润滑油弹流摩擦特性测量仪

摘要

本发明公开了一种润滑油弹流摩擦特性测量仪，包括工况模拟系统、测量系统，工况模拟系统包括转动轴线相互平行的一个中心圆盘和三个以上的外围圆盘、驱动中心圆盘转动的主电动机、驱动外围圆盘转动的副电动机以及对圆盘加载的加载装置，外围圆盘均匀围绕在中心圆盘的周围并分别与中心圆盘以相对的锥面贴合接触而形成线接触或以锥面与环形凸缘接触而形成点接触。本发明的测量仪，中心圆盘与周围的三个以上的圆盘有三个以上的由相互接触的接触点或接触面构成的接触区域，其摩擦力信号为可放大为三倍以上，对拾取信号非常有利。

说明书

技术领域

本发明涉及测控技术领域的测量仪器，具体是测量润滑油的弹流摩擦特性的测量仪。

背景技术

滚动轴承、齿轮等传动副的传动接触件在绝大多数情况下处于弹流润滑状态(弹性流体动压润滑简称弹流润滑，是指在两个具有相对运动的固体表面相互接触过程中，考虑了固体的弹性变形和润滑油粘度变化作用的液体动压润滑)，相接触的传动件之间会形成一层弹流润滑油膜，而不同的润滑油具有不同的摩擦特性，润滑油的弹流摩擦特性对滚动轴承、齿轮等传动件的动力学行为影响极大。如轴承滚动体与滚道之间存在的油膜摩擦力能导致滚动体的过度滑动，所产生的惯性载荷决定了滚动体和保持架碰撞的严重程度，极大影响了保持架的运动稳定性和寿命，若不加以控制，将导致保持架的破坏，从而严重影响滚动轴承的寿命。因此，根据润滑油的摩擦性能进行轴承设计不仅能控制滚动体的滑动和滚动，而且很大程度上控制了保持架的稳定性，从而提高轴承的寿命。可见，润滑油弹流摩擦特性是进行滚动轴承、齿轮等传动件设计必不可少的重要数据，进行润滑油弹流摩擦特性的试验测量装置的研究及试验研究具有重要意义。

目前对润滑油摩擦特性的研究，在四球摩擦试验机上进行测试的较多，但是四球机只能模拟两接触件之间的滑动运动，且仅能测试润滑油边界润滑性能，而滚动轴承和齿轮等传动件中，两接触件之间相对运动是滚动伴有滑动，润滑状态为弹流润滑状态，因此采用四球机模拟的工况进行测量时，经常会遇到不同润滑油在四球摩擦磨损试验机上测得的PB或PD值相同，却与台架试验或者实际应用中的性能有较明显的差别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相应传动接触件之间滚动运动同时伴有滑动运动、模拟润滑油弹流润滑状态真实工况的润滑油弹流摩擦特性测量仪。

本发明的技术方案是：一种润滑油弹流摩擦特性测量仪，包括工况模拟系统、测量系统，工况模拟系统包括转动轴线相互平行的一个中心圆盘和三个以上的外围圆盘、驱动中心圆盘转动的主电动机、驱动外围圆盘转动的副电动机以及对圆盘加载的加载装置，外围圆盘均匀围绕在中心圆盘的周围并分别与中心圆盘以相对的锥面贴合接触而形成线接触或以锥面与环形凸缘接触而形成点接触，中心圆盘的中心固定有由主电动机带动旋转的主轴，主轴上设有在径向受力时发生弹性变形的弹性轴段，主轴上于弹性轴段的后方设有承压轴肩，承压轴肩具有朝后的环形的承压台阶面，所述加载装置包括所述承压轴肩上套设的静压轴承及向静压轴承供油以推动所述承压轴肩的液压加载油路，静压轴承包括与承压轴肩转动配合的套管及套管后端固定的后端盖，静压轴承的后端盖上开设有用于注入高压油以推动所述承压轴肩的注油孔；所述测量系统包括粘贴在主轴前端的弹性轴段上的电阻式应变式片、通过主轴上设置的旋转电连接器接收电阻式应变式片的应变信号的电阻应变仪和与电阻应变仪输出端连接的用于得出弹流摩擦力数据的计算机。

所述主轴上于弹性轴段的外围套设有用于保持主轴刚度的轴套，轴套前端固定在主轴上，轴套后端通过轴承转动装配于主轴上。

所述外围圆盘均为轮缘为锥面的圆盘，中心圆盘的结构有两种，一种是轮缘为锥面的圆盘，另一种是在锥面轮缘的锥面上设有截面为圆弧形的环形凸起的圆盘。

所述外围圆盘有三个，三个外围圆盘由副电动机经齿轮传动机构驱动，齿轮传动机构是由副电动机带动的中心齿轮及中心齿轮周围的三个大小相同呈120°排列的小齿轮构成，中心齿轮带动三个小齿轮旋转，三个外围圆盘的中心分别与三根小齿轮的齿轮轴固连。

测量仪还包括被测油供油回油系统，被测油供油回油系统包括喷射方向分别朝向工况模拟系统的中心圆盘和外围圆盘的接触区的多个喷油嘴、设置在中心圆盘下方的接油盘及连接于接油盘与喷油嘴之间的油管，油管与油泵连接。

本发明的测量仪，中心圆盘与周围的三个以上的圆盘有三个以上的由相互接触的接触点或接触面构成的接触区域，其摩擦力信号为可放大为三倍以上，对拾取信号非常有利，而且采用锥面轮缘的圆盘，可以将轴向的加载力分解出一部分在垂直于锥面的法向上分力，因此可以方便的实现加载装置在轴向上和径向上的同时加载，从而使得模拟出的工况更接近于真实工况，使得测量更加精确。

附图说明

图1是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例中所用的外围圆盘的结构示意图；

图2是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例中用于模拟线接触工况的中心圆盘的结构示意图；

图3是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例中用于模拟点接触工况的中心圆盘的结构示意图；

图4是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例中电阻式应变式片在弹性轴上粘贴的示意图；

图5是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例中的静压轴承的结构示意图；

图6是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例中的电刷与集流环的结构示意图；

图7是本发明润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例的结构示意图；

图8是图7的工作原理图。

具体实施方式

如图1～图8所示，本发明的润滑油弹流摩擦特性测量仪的实施例，包括工况模拟系统、测量系统、被测油供油回油系统。

其中的工况模拟系统包括由电动机驱动转动的转动轴线相互平行一个中心圆盘1和三个外围圆盘2以及对圆盘加载的加载装置，三个外围圆盘2以120°的周向间隔均匀围绕在中心圆盘1的周围，中心圆盘1的中心固定有由主电动机3带动旋转的主轴4，三个外围圆盘2由副电动机5及齿轮传动机构驱动，齿轮传动机构是由副电动机5带动的中心齿轮6及中心齿轮6周围的三个大小相同呈120°排列的小齿轮7构成，中心齿轮6带动三个小齿轮7旋转，将动力传递到三根小齿轮轴上，三个外围圆盘2的中心分别与三根小齿轮轴固连而实现转动。三个外围圆盘2分别与中心圆盘接触1而形成三个接触区，如图1-3所示，外围圆盘2均为轮缘为锥面的圆盘，中心圆盘1的结构有两种，一种是如图2所示的轮缘为锥面的圆盘1-1，可以与外围圆盘配合模拟线接触，另一种是如图3所示的在锥面轮缘的锥面上设有截面为圆弧形的环形凸起的圆盘1-2，可以模拟点接触。主、副两台电动机3、5为无级变速交流电动机，调节两台电动机的频率，使得中心圆盘1与周围三个外围圆盘2在接触区域(点或线)的线速度不同，可模拟接触件之间的滚动伴有滑动的运动状态。主轴4的前端与中心圆盘1连接，主轴4上设有承压轴肩42，承压轴肩42具有朝后的环形的承压台阶面，所述加载装置包括所述承压轴肩42上套设的静压轴承9以及对静压轴承9供油的液压加载油路13，如图5所示，静压轴承9包括与承压轴肩转动配合的套管91及套管后端固定的后端盖92，静压轴承9的后端盖92上开设有用于注入高压油以推动所述承压轴肩42的注油孔93，液压加载油路13包括与储油容器连接的带有油泵、压力表及阀门的油管，对于本领域技术人员而言，向某腔体提供一定压力的液压油的油路属于容易实现的现有技术，在此处不再详述，由液压加载油路13进入注油孔93的高压油推动承压轴肩42并通过主轴4将力传递到中心圆盘1，由于中心圆盘1轮缘的锥面结构，使得轴向方向加载的力具有垂直于接触面的法向分量，从而使中心圆盘1与周围的外围圆盘2形成法向加载。在卸载时，通过静压轴承9的套管91上的卸载孔94，可以方便地放油卸载。液压加载与机械加载相比，可降低两个接触盘之间的振动，提高盘试件的使用寿命，并且加载、卸载操作方便。所述承压轴肩42之前的主轴4上还设有在径向受力时发生弹性变形的弹性轴段41，本实施例中为了提高润滑油摩擦力矩的测试灵敏度，将弹性轴段41加工成直径10mm的弹性轴，使得摩擦力矩变化时，轴的变形的变化较大，弹性轴上的相应传感器(电阻式应变片)能较灵敏地测试出摩擦力矩的变化。同时为确保主轴4整体上在径向方向上的刚度，在弹性轴段41的外围套设有轴套43，轴套43前端固定在主轴上，轴套后端通过轴承转动装配于主轴4上，这既保证了主轴4的刚度，也不影响弹性主轴4在轴向和周向的变形。

测量系统包括粘贴在主轴前端的弹性轴段41上的电阻式应变片8、电阻应变仪9和计算机10，所述主轴4上还套设有旋转电连接器11，旋转电连接器11包括固定套设在主轴4上的集流环111和在集流环111外围固定设置的与集流环导电滑动配合的电刷112，电刷112与主轴4相对转动配合，集流环111随主轴4一起旋转，所述电阻式应变片8的输出端经导线沿主轴4上所开设的槽引到所述集流环111上，与集流环111导电滑动配合的电刷112可将应变信号经导线传递到电阻应变仪9上，最后通过计算机10的数据采集板和的数据采集程序即可测出弹流摩擦力的大小。

被测油供油回油系统12包括喷射方向分别朝向工况模拟系统的中心圆盘和外围圆盘的接触区的多个喷油嘴、设置在中心圆盘下方的接油盘及连接于接油盘与喷油嘴之间的油管，油管与油泵连接。被测油供油回油系统12的结构属于本领域技术人员容易实现的现有技术，而不在图中显示。

本发明的上述实施例在进行测试时，首先打开被测油供油回油系统12，使被测油供油回油系统的三个喷油嘴把润滑油送入中心圆盘1与周围三个外围圆盘2形成的三个接触区。然后启动主、副电动机3、5，并调整主、副电动机的转速，使得中心圆盘1与周围三个外围圆盘2接触并处于纯滚动状态。打开向静压轴承7供油的液压加载油路使得中心圆盘1与周围三个外围圆盘2发生接触而加载，由于圆盘的锥形结构，使得圆盘接触处可实现法向加载。当各圆盘在充分润滑的条件下高速旋转时，其相互间的接触区将形成一定厚度的弹流油膜。通过主副电机的调速调整中心圆盘1和周围三个圆盘2的转速，使得中心圆盘1与外围圆盘2在接触点处的线速度不同，产生一定的滑动速度差，则油膜与两个接触表面将产生相应的弹流摩擦力。在弹流油膜摩擦力的作用下，使得中心圆盘1所在的主轴4发生一定的扭转变形，其中的弹性轴段41的变形通过粘贴在其上的电阻式应变式片8测得，把变形信号转化为电信号，电信号通过导线沿在主轴4上开设的槽引到旋转电连接器11，通过旋转电连接器11传递到电阻应变仪9，输出电压信号，电压信号通过计算机10中的数据采集板转化为数字信号，经数据采集程序换算成摩擦力矩或摩擦力的数值。

当然，在本发明的其他实施例中，也可以不设置润滑油供油回油系统，而是在每次开始测量前以人工方式加油；另外，外围圆盘的数量也可以多于三个。