真空環(huán)境下球-盤滑動摩擦副液體潤滑狀態(tài)光學(xué)測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種真空環(huán)境下球-盤滑動摩擦副液體潤滑狀態(tài)光學(xué)測試裝置，屬于空間摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]液體潤滑劑是應(yīng)用最廣泛的潤滑材料，摩擦副之間潤滑劑的厚度及其分布是確定其潤滑狀態(tài)的重要因素，通過光學(xué)方法表征摩擦過程中潤滑劑的厚度及其分布是研究潤滑劑狀態(tài)的常用手段之一。
[0003]液體潤滑劑包括礦物油、合成油、動植物油和水基液體等。因為這類潤滑劑具有低而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、較寬的粘溫系數(shù)、壓縮比小、散熱效率高、對運(yùn)動部件的尺寸和精度、性價比較高等優(yōu)點，為解決不同的摩擦工況(負(fù)荷、速度和溫度等)條件下運(yùn)動部件的潤滑問題提供了較多的選擇。近年來，離子液體以其極低具有揮發(fā)性和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和粘溫性等特點也被應(yīng)用于鋼/鋼、鋼/鋁、鋼/銅、鋼/單晶硅、鋼/陶瓷、陶瓷/陶瓷等摩擦副的潤滑劑，在室溫或高溫、高低負(fù)荷下都具有優(yōu)良的減摩和抗磨性能。
[0004]采用液體潤滑劑潤滑的摩擦副通常可采用彈流潤滑（EI a s t ο h y d r ο d y n a m i cLubrication)、邊界潤滑(Boundary Lubrication)和干摩擦(Dry Lubrication)等描述其潤滑狀態(tài)。干摩擦是摩擦副之間無潤滑劑而完全接觸的極端情況，此時摩擦副之間不存在潤滑劑的作用，摩擦學(xué)性能完全取決于接觸區(qū)的表面性質(zhì)。彈流潤滑是液體潤滑摩擦副的理想潤滑狀態(tài)，此時摩擦副之間被一層完整的潤滑劑薄膜隔開，摩擦主要發(fā)生在潤滑劑分子之間，即所謂的內(nèi)摩擦，摩擦副之間不發(fā)生接觸。形成彈流潤滑的必要條件如下：（I)摩擦副接觸表面沿相對運(yùn)動方向必須形成收斂的楔形間隙，（2)必須有足夠大的相對滑動速度，
(3)潤滑油必須有一定的粘度。邊界潤滑是由于摩擦副之間不滿足上述彈流潤滑條件而導(dǎo)致潤滑劑薄膜不完整，摩擦副表面部分接觸的潤滑狀態(tài)。此時不能充分發(fā)揮液體潤滑劑的特性，決定摩擦表面之間摩擦學(xué)性質(zhì)的是潤滑劑和表面之間的相互作用及所生成的邊界膜的性質(zhì)。邊界潤滑可以看作由彈流潤滑到干摩擦之間過渡狀態(tài)，是一種不穩(wěn)定的潤滑狀態(tài)?？梢?，潤滑劑薄膜的形成和保持是有條件的，由于摩擦工況和環(huán)境的不同，液體潤滑劑在摩擦副之間的厚度及其分布狀態(tài)也不一樣，隨著潤滑劑薄膜厚度的變化，潤滑狀態(tài)發(fā)生變化，相應(yīng)地導(dǎo)致摩擦副的磨損率發(fā)生變化。當(dāng)摩擦副之間的法向接觸載荷較大，溫度較高，潤滑劑的粘度較小時，潤滑薄膜的厚度也較小。當(dāng)摩擦條件不足以形成完整的潤滑劑薄膜時，摩擦副之間的油膜厚度發(fā)生破裂，摩擦副之間形成部分接觸，導(dǎo)致磨損程度增大。
[0005]在液體潤滑條件下，液體潤滑劑的潤滑狀態(tài)是影響液體潤滑摩擦副摩擦學(xué)性能的關(guān)鍵因素，液體潤滑劑在摩擦副之間的厚度及其分布是表征潤滑劑潤滑狀態(tài)的重要參數(shù)之一。液體潤滑狀態(tài)除了受到潤滑劑本身的性質(zhì)影響之外，還受到摩擦副材料的材質(zhì)、形狀、表面狀態(tài)，以及摩擦工況和環(huán)境的影響，因此，液體潤滑狀態(tài)是由特定的潤滑劑、摩擦副、工況和環(huán)境等因素確定的總體特性，特別是環(huán)境對液體潤滑狀態(tài)的影響不可忽視。
[0006]球-盤滑動摩擦副是一種典型的摩擦副形式，可以方便地模擬出多種實際摩擦機(jī)構(gòu)在點-面接觸下的滑動摩擦狀態(tài)，摩擦工況(載荷、速度等）易于調(diào)控，摩擦副材料容易制備和檢測，實驗條件的重復(fù)性較高，是目前摩擦學(xué)研究的通用實驗技術(shù)之一。
[0007]空間環(huán)境下摩擦副及其潤滑狀態(tài)是確保航天器運(yùn)動機(jī)構(gòu)，特別是長期暴露于空間環(huán)境下的運(yùn)動機(jī)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵。真空環(huán)境是空間環(huán)境的基本特征，與大氣狀態(tài)不同的是在真空下液體潤滑劑易于揮發(fā)而導(dǎo)致其性能退化甚至失效。為了更好地應(yīng)用液體潤滑劑解決空間真空環(huán)境中的摩擦學(xué)問題，首先必須掌握真空環(huán)境下摩擦副之間液體的潤滑狀態(tài)及其變化規(guī)律。然而目前國內(nèi)外尚未建立真空環(huán)境下表征摩擦副液體潤滑狀態(tài)的實驗裝置。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種真空環(huán)境下球-盤滑動摩擦副液體潤滑狀態(tài)光學(xué)測試裝置，該裝置是將真空系統(tǒng)、球-盤摩擦機(jī)構(gòu)和光學(xué)測試系統(tǒng)優(yōu)化集成，建立具備真空環(huán)境下測試潤滑劑厚度及其分布的真空摩擦副液體潤滑狀態(tài)光學(xué)測試系統(tǒng)，為研究空間真空環(huán)境下液體的潤滑狀態(tài)及其變化規(guī)律提供技術(shù)條件。
[0009]一種真空環(huán)境下球-盤滑動摩擦副液體潤滑狀態(tài)光學(xué)測試裝置，其特征在于該裝置包括真空系統(tǒng)、球-盤摩擦機(jī)構(gòu)和光學(xué)測試系統(tǒng)：
[0010]所述真空系統(tǒng)包括其上設(shè)有放氣閥的真空室，該真空室上設(shè)有與真空計通過電纜相連的真空規(guī)管，且該真空室通過其上設(shè)有插板閥的真空管道與分子栗相連;所述分子栗通過真空波紋管與機(jī)械栗相連；
[0011 ]所述球-盤摩擦機(jī)構(gòu)包括位于所述真空室內(nèi)的由上試樣和下試樣組成的摩擦副，所述上試樣為下端面為球面的剛性固體，置于橫桿一端上方的加載砝碼通過穿過橫桿的立桿與上試樣相連;所述橫桿的另一端設(shè)有平衡砝碼，且橫桿通過軸承與支桿I垂直連接，橫桿以軸承為中心在垂直平面內(nèi)自由活動;所述支桿I與通過支架I固定的軸承相連，且支架I固定在真空室底板內(nèi)側(cè);所述下試樣為一個水平放置的圓形玻璃盤，螺栓穿過下試樣的中心將其固定在轉(zhuǎn)軸的上端;所述轉(zhuǎn)軸穿過通過支架Π固定的軸承與磁流體密封轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸節(jié)相連，所述支架π固定在真空室底板內(nèi)側(cè);所述磁流體密封轉(zhuǎn)軸與真空室通過磁流體密封法蘭相連，且穿過真空室的底板通過聯(lián)軸節(jié)與調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連;所述調(diào)速電機(jī)依次通過信號線、位于真空室外的測控儀、信號線、A/D轉(zhuǎn)換器、信號線與工控計算機(jī)相連;所述上試樣和所述下試樣之間相對滑動所產(chǎn)生的摩擦力通過測力桿傳遞至力傳感器，該力傳感器依次通過信號線、測控儀、信號線、A/D轉(zhuǎn)換器、信號線與工控計算機(jī)相連；
[0012]所述光學(xué)測試系統(tǒng)包括位于上試樣正下方且位于真空室底板上的光學(xué)窗口，該光學(xué)窗口的正下方設(shè)有光學(xué)測試儀;所述光學(xué)測試儀依次通過信號線、圖像傳感器、信號線、測控儀、信號線與工控計算機(jī)相連。
[0013]所述真空室為立式圓柱形，采用不銹鋼制造、氟橡膠密封。
[0014]所述真空規(guī)管與真空室、插板閥與真空管道均是通過法蘭相連。
[0015]所述螺栓與下試樣之間設(shè)有墊片。
[0016]所述平衡砝碼與橫桿通過螺絲活動連接，平衡砝碼與橫桿之間的相對位置通過旋轉(zhuǎn)螺絲進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0017]所述力傳感器固定在支桿Π上，該支桿Π固定在真空室底板內(nèi)側(cè)。
[0018]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0019]1、本實用新型提供了模擬空間真空環(huán)境下球-盤滑動摩擦副液體潤滑狀態(tài)的光學(xué)測試裝置，為研究空間真空環(huán)境對液體潤滑狀態(tài)的影響規(guī)律創(chuàng)造了必需的實驗條件，對于發(fā)展新型空間液體潤滑劑具有重要意義。
[0020]2、本實用新型球-盤滑動摩擦副的優(yōu)點是摩擦副材料、形狀、接觸方式、載荷、速度、運(yùn)動形式和環(huán)境等易于調(diào)控和重復(fù)，可高效獲取多種因素對液體潤滑狀態(tài)的影響規(guī)律。
[0021]3、本實用新型從大氣環(huán)境到真空環(huán)境之間氣壓的連續(xù)變化為研究不同環(huán)境壓力下液體潤滑狀態(tài)與摩擦副表面/界面物理化學(xué)行為提供了獨特的試驗條件。
[0022]4、本實用新型可將一種或多種氣體充入真空室并調(diào)控環(huán)境氣壓，便于研究多種氣體及其分壓環(huán)境對液體潤滑摩擦副的潤滑狀態(tài)及其表面界面行為的影響規(guī)律。
[0023]5、本實用新型所采用的光學(xué)干涉法測試潤滑劑厚度及其分布狀態(tài)的測試方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣條件下的液體潤滑理論的研究，將這一成熟的測試技術(shù)和真空環(huán)境創(chuàng)新集成一體，特別適合研究真空下的彈流潤滑理論。
[0024]6、本實用新型在摩擦工況和潤滑劑之間雙向優(yōu)選，一方面可以為特定的液體潤滑劑找到合適的使用工況，另一方面能夠優(yōu)選出適合特定工況和環(huán)境的潤滑劑種類，為發(fā)展液體潤滑技術(shù)提供技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0025]圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0026]圖2為大氣和真空下球-盤摩擦副液體薄膜的光學(xué)衍射圖像。
[0027]圖3為大氣和真空下摩擦力隨時間的變化曲線。
[0028]圖4為大氣和真空下膜厚隨時間的變化曲線。
[0029]分別在大氣環(huán)境（室溫20±1°C，濕度30 土 5%RH )和真空環(huán)境（室溫20±1°C，5X 10-3 Pa )中進(jìn)行了球-盤滑動摩擦試驗，上試樣