一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪

摘要

一种用于测试带有自旋的弹流润滑油膜牵引力的球槽式测试仪，包括大底板、阶梯轴、小底板、电主轴Ⅰ、电主轴Ⅱ、联轴器、槽试件、球试件、直线导轨、V型槽、蜗轮蜗杆机构、杠杆-滑轮加载机构和牵引力传感器组成，大底板与小底板用阶梯轴连接，阶梯轴上安装蜗轮，蜗杆轴安装在大底板上来控制蜗轮的转动；小底板上固定电主轴Ⅱ和槽试件，球试件固定在电主轴Ⅰ的端部，而电主轴Ⅰ安装于固定在直线导轨移动部分上的V型槽里，通过砝码和杠杆-滑轮加载机构实现球试件对槽试件的加载；本发明的测试仪能够模拟椭圆接触下两接触件滚动伴有滑动状态和不同自旋量下的弹流润滑状态，准确测出润滑剂的弹流牵引力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试仪，尤其是涉及一种用于测试带有自旋的弹流润滑油膜牵引力的球槽式测试仪。

背景技术

弹性流体动力润滑（简称弹流润滑）是工程中许多点、线接触零部件常见的润滑形式，它的研究需要同时考虑两个相对运动固体表面的弹性变形和接触面间润滑剂的流变特性，半/全环面型无级变速器、滚动轴承等传动接触件在绝大多数情况下都是处于弹流润滑状态的。处于弹流润滑状态下的两接触件之间会形成一层弹流润滑油膜，油膜的弹流牵引特性对半/全环面型无级变速器、滚动轴承等传动件的动力学行为影响很大，比如半/全环面型无级变速器的锥盘与滚轮之间存在的油膜牵引力决定了整个无级变速器的动力传递能力。由于不同的润滑剂具有不同的牵引流变特性，而通过理论计算得到的牵引力误差比较大，工程上一般要通过设计专门的油膜牵引力试验装置来测试牵引力。因此，进行润滑剂弹流牵引力的试验测试仪的研究就具有重要的意义。

目前，一般使用双圆盘试验机或球盘试验机来进行润滑剂的牵引特性测试，但它们存在一些不足之处：1.不能连续模拟不同自旋条件下的弹流润滑状态。2.通过调节两接触表面旋转轴的夹角来引入不同的自旋量，其调节过程比较复杂。3.现有的加载装置一般采用液压加载，由于液压加载存在泄漏、不稳定等缺陷，无法准确获得加载力。4.现有的球盘试验机实现的是点（圆）接触，不能实现点（椭圆）接触。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明公开一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的测试仪能够模拟两接触件滚动伴有滑动状态和不同自旋量下的弹流润滑状态，从而能够模拟真实工况，准确测出润滑剂的弹流牵引力。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案如下所述。

一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的测试仪由蜗轮蜗杆机构、角度变换机构、直线导轨机构和杠杆-滑轮加载机构四大部分组成，具体包括大底板、阶梯轴、小底板、电主轴Ⅰ、电主轴Ⅱ、联轴器、槽试件、球试件、直线导轨、V型槽、蜗轮、蜗杆轴、杠杆Ⅰ、杠杆Ⅱ、定滑轮和牵引力传感器，大底板与小底板用阶梯轴连接，阶梯轴的一端用滚动轴承Ⅱ连接大底板，另一端用平键Ⅱ连接小底板；

所述的角度变换机构包括小底板、电主轴Ⅱ、联轴器、槽试件和配重块，小底板上固定设置有一个支座和一个轴承座Ⅰ，支座上安装电主轴Ⅱ，电主轴Ⅱ通过联轴器与槽试件的一端相连，槽试件的另一端用滚动轴承Ⅰ安装在小底板上的轴承座Ⅰ里，同时小底板上安装有配重块，以保证小底板处于水平状态； 

所述的直线导轨机构包括支架、托板、直线导轨、V型槽、电主轴Ⅰ、牵引力传感器和球试件，支架一端固定在大底板上，另一端固定设置一个托板，托板上固定安装直线导轨的固定部分，而直线导轨的移动部分上固定一个V型槽，V型槽里安装有电主轴Ⅰ，且电主轴Ⅰ可以绕着自身轴线在V型槽里旋转，同时沿电主轴Ⅰ旋转方向安装有牵引力传感器，电主轴Ⅰ的端头部安装有球试件；

所述的杠杆-滑轮加载机构包含杠杆Ⅰ、杠杆Ⅱ、推杆、连杆、砝码、钢丝和定滑轮，杠杆Ⅰ安装在托板上，杠杆Ⅰ的一端通过固定铰链支座Ⅰ固定在托板上，另一端通过一连杆与杠杆Ⅱ相连，在杠杆Ⅰ上的A点处安装有一推杆，推杆的另一端连接直线导轨的移动部分，杠杆Ⅱ一端与连杆相连，另一端用一段钢丝经定滑轮连接砝码，在杠杆Ⅱ上的B点处有一固定铰链支座Ⅱ；

所述的蜗轮蜗杆机构包含蜗轮、蜗杆轴和刻度盘，蜗轮用平键Ⅰ安装在阶梯轴上，蜗杆轴安装于固定在大底板上的轴承座Ⅱ和轴承座Ⅲ里，蜗杆轴的一端安装有刻度盘。

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的球试件和槽试件的表面粗糙度                                                 =0.02mm。

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的蜗杆轴是单头蜗杆。

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的阶梯轴的轴心与槽试件在水平面所投影的圆弧的圆心是重合的。

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的槽试件是一带有回转圆弧面的轴，其回转圆弧面为环形内凹。

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的球试件是一个圆盘，其圆盘的轮缘为球面。

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的刻度盘上的刻度值与球试件和槽试件的两旋转轴的夹角值一一对应。

采用如上所述的技术方案，本发明具有以下有益效果。

1.本发明所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，利用蜗轮蜗杆机构控制两试件旋转轴的夹角以得到不同的自旋值，从而模拟不同自旋条件下的弹流润滑状态；通过电主轴Ⅰ和电主轴Ⅱ分别带动球试件和槽试件旋转，当两试件接触时，通过喷油嘴将润滑油喷入接触区，然后，分别调节电主轴Ⅰ和电主轴Ⅱ的转速，使得槽试件与球试件在接触点处的线速度不同而产生相对滑动，从而达到模拟两接触件之间滚动伴有滑动的润滑状态。

2.本发明所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，通过蜗轮蜗杆机构与刻度盘可以精确模拟不同自旋值下的弹流润滑状态。

3.由于采用的单头蜗杆轴具有自锁性，可以准确固定槽试件与球试件的位置。

4.本发明采用的杠杆-滑轮加载机构具有明显的增力效果，加载范围大，调节方便，并且可以直接读出法向载荷的数值。

5.本试验仪采用的槽试件和球试件，可以将加载力分解成槽试件的轴向和径向两个方向上，从而可以模拟出半/全环面型无级变速器等的真实工况。

6. 本试验仪中，阶梯轴的轴心与槽试件在水平面所投影的圆弧的圆心是重合的，从而可以保证在空载条件下，槽试件与球试件始终为点接触。

附图说明

图1是本发明所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪的俯视图。

图2是图1所示测试仪的主视图。

图3是本发明所述蜗杆轴的结构示意图。

图4是本发明所述球试件的结构示意图。

图中：1-蜗轮蜗杆机构；101-大底板；102-蜗轮；103-蜗杆轴；104-刻度盘；105-平键Ⅰ；106-平键Ⅱ；107-阶梯轴；108-滚动轴承Ⅱ；109-轴承座Ⅱ；110-轴承座Ⅲ；2-角度变换机构；201-小底板；202-电主轴Ⅱ；203-联轴器；204-槽试件；205-轴承座Ⅰ；206-配重块；207-螺钉；208-支座；3-直线导轨机构：301-支架；302-托板；303-直线导轨；303A-直线导轨的固定部分；303B-直线导轨的移动部分；304-滚动轴承Ⅰ；305-电主轴Ⅰ；306-V型槽；307-牵引力传感器；308-球试件；4-杠杆-滑轮加载机构：401-杠杆Ⅰ；402-杠杆Ⅱ；403-推杆；404-连杆；405-钢丝；406-定滑轮；407-砝码；408-固定铰链支座Ⅱ；409-固定铰链支座Ⅰ；410-喷油嘴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详述本发明，但本发明并不局限于下面的实施例。

结合附图所示，一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，由蜗轮蜗杆机构（1）、角度变换机构（2）、直线导轨机构（3）和杠杆-滑轮加载机构（4）组成；

所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪，所述的测试仪包含有：大底板（101）、阶梯轴（107）、小底板（201）、电主轴Ⅰ（305）、电主轴Ⅱ（202）、联轴器（203）、槽试件（204）、球试件（308）、直线导轨（303）、V型槽（306）、蜗轮（102）、蜗杆轴（103）、杠杆Ⅰ（401）、杠杆Ⅱ（402）、定滑轮（406）和牵引力传感器（307），大底板（101）与小底板（201）用阶梯轴（107）连接，阶梯轴（107）的一端用滚动轴承Ⅱ（108）连接大底板（101），另一端用平键Ⅱ（106）连接小底板（201）；

所述的角度变换机构（2）包括小底板（201）、电主轴Ⅱ（202）、联轴器（203）、槽试件（204）和配重块（206），小底板（201）上固定设置有一个支座（208）和一个轴承座Ⅰ（205），支座（208）上安装电主轴Ⅱ（202），电主轴Ⅱ（202）通过联轴器（203）与槽试件（204）的一端相连，槽试件（204）的另一端用滚动轴承Ⅰ（304）安装在小底板（201）上的轴承座Ⅰ（205）里，同时小底板（201）上安装有配重块（206），以保证小底板（201）处于水平状态，阶梯轴（107）的轴心与槽试件（204）在水平面所投影的圆弧的圆心是重合的，这样确保在无负载条件下旋转刻度盘（104）时，槽试件（204）和球试件（308）始终为点接触；

所述的直线导轨机构（3）包括支架（301）、托板（302）、直线导轨（303）、V型槽（306）、电主轴Ⅰ（305）、牵引力传感器（307）和球试件（308），支架（301）一端固定在大底板（101）上，另一端固定设置一个托板（302），托板（302）上固定安装直线导轨的固定部分（303A），而直线导轨的移动部分（303B）上固定一个V型槽（306），V型槽（306）里安装有电主轴Ⅰ（305），且电主轴Ⅰ（305）可以绕着自身轴线在V型槽（306）里旋转，同时沿电主轴Ⅰ（305）旋转方向安装有牵引力传感器（307），电主轴Ⅰ（305）的端头部安装有球试件（308），球试件（308）与槽试件（204）接触时，由润滑油产生的牵引力迫使电主轴Ⅰ（305）绕着自身轴线旋转，从而使得V型槽（306）里的牵引力传感器（307）读数变化，再通过数据采集与转化装置将记录收集起来，传入计算机进行后期处理；

所述的杠杆-滑轮加载机构（4）包含杠杆Ⅰ（401）、杠杆Ⅱ（402）、推杆（403）、连杆（404）、砝码（407）、钢丝（405）和定滑轮（406），杠杆Ⅰ（401）安装在托板（302）上，杠杆Ⅰ（401）的一端通过固定铰链支座Ⅰ（409）固定在托板（302）上，另一端通过一连杆（404）与杠杆Ⅱ（402）相连，在杠杆Ⅰ（401）上的A点处安装有一推杆（403），推杆（403）的另一端连接直线导轨的移动部分（303B），杠杆Ⅱ（402）一端与连杆（404）相连，另一端用一段钢丝（405）经定滑轮（406）连接砝码（407），在杠杆Ⅱ（402）上的B点处有一固定铰链支座Ⅱ（408）；利用砝码（407）产生的竖直向下的重力给钢丝（405）一个拉力，经杠杆Ⅱ（402）和杠杆Ⅰ（401）将拉力放大，使得推杆（403）产生足够大的推力，推动直线导轨的移动部分（303B）沿导轨方向运动，从而完成球试件（308）对槽试件（204）的加载；

所述的蜗轮蜗杆机构（1）包含蜗轮（102）、蜗杆轴（103）和刻度盘（104），蜗轮（102）用平键Ⅰ（105）安装在阶梯轴（107）上，蜗杆轴（103）安装于固定在大底板（101）上的轴承座Ⅱ（109）和轴承座Ⅲ（110）里，蜗杆轴（103）的一端安装有刻度盘（104），刻度盘（104）上的刻度值与槽试件（204）、球试件（308）的两旋转轴的夹角值一一对应。

实施本发明所述的一种带有自旋的弹流润滑油膜牵引力测试仪时，首先将润滑油加热至设定温度，再转动刻度盘（104），让蜗杆轴（103）和蜗轮（102）带动小底板（201）转动，从而控制槽试件（204）和球试件（308）两旋转轴之间的夹角，获得不同的自旋值；接着使电主轴Ⅰ（305）和电主轴Ⅱ（202）分别带动球试件（308）和槽试件（204）转动，将加热后的润滑油经喷油嘴（410）喷进球槽接触区；最后加载相应重量的砝码（407）来使得球试件（308）与槽试件（204）产生椭圆接触；加载砝码（407）的重量经两级杠杆机构放大后给推杆（403）的一个推力，其推力值等于球试件（308）和槽试件（204）之间的法向载荷加上电主轴Ⅰ（305）、V型槽（306）、直线导轨的移动部分（303B）和球试件（308）的总重量在直线导轨的固定部分（303A）上产生的摩擦力；

在充分润滑的条件下，由于法向载荷的作用，球试件（308）和槽试件（204）接触并发生相应的弹性变形，点接触变为椭圆接触，球槽接触区之间会形成一层弹流润滑油膜，此时，调整电主轴Ⅰ（305）和电主轴Ⅱ（202）的转速，使得球试件（308）和槽试件（204）接触表面之间产生相对滑动，因此两接触面之间的弹流润滑油膜将对球试件（308）和槽试件（204）产生弹流牵引力；在弹流牵引力的作用下，球试件（308）和电主轴Ⅰ（305）会绕着电主轴Ⅰ（305）的轴线在V型槽（306）里发生偏转，从而压迫牵引力传感器（307），通过牵引力传感器（307）把收集到的力信号转换为数字信号，并传入计算机进行后期处理；当测试结束时，减少砝码（407）的重量，完成卸载，因此所述的测试仪加载与卸载操作都很方便；

重复上述步骤，完成对不同自旋值、不同温度、不同载荷、不同滑动速度作用下，椭圆接触弹流润滑油膜牵引力的测试研究。

本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。