一種主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，屬于機械摩擦【技術領域】。本試驗臺中，玻璃盤通過固定螺釘固定在轉軸的上端部，玻璃盤與轉軸聯動。鉸鏈置于潤滑試驗臺上，杠桿穿過鉸鏈，油杯置于杠桿的一端，砝碼掛在杠桿的另一端。鋼球置于油杯上表面和潤滑試驗臺的下表面之間，壓電陶瓷桿的下部通過緊定螺釘固定在壓電陶瓷支架上，壓電陶瓷支架的下部設有微調螺旋桿；壓電陶瓷桿的下端部通過信號線與壓電陶瓷控制器相連。本發(fā)明摩擦實驗臺，能夠粗調鋼球與玻璃盤點接觸副的間隙，通過杠桿原理，將壓電陶瓷產生的位移在杠桿近端進一步縮小，實現對球-盤點接觸副間隙更加精準的控制。
【專利說明】一種主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，屬于機械摩擦【技術領域】。

【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)的點接觸摩擦副潤滑膜試驗測試手段主要利用摩擦副的相對運動將潤滑劑帶入摩擦副的接觸區(qū)形成不同厚度的潤滑膜。結合光干涉方法等，實現對潤滑接觸區(qū)的潤滑膜行為的觀測。在這種技術中，通常采用線性電機進給對球-盤點接觸副外加負載，但是電機的位移精度較差，難以保證點接觸的穩(wěn)定性。采用帶有砝碼的杠桿裝置可以實現點接觸副的柔性接觸，保證接觸載荷穩(wěn)定，但是無法主動、精確調節(jié)點接觸副間隙，潤滑膜厚度主要進行間接控制，屬于被動性的調控范疇。此外，在摩擦副相對滾動條件下，球-盤點接觸區(qū)的潤滑劑行為受到摩擦副的滾動效應、潤滑劑流動效應以及系統(tǒng)振動等因素影響，因而難以對不同厚度潤滑劑本征特性進行準確測定。此外，在潤滑膜測試試驗中，潤滑膜厚度很小，一般在幾納米至幾百納米之間，因此有必要構建納米級潤滑膜厚度的主動調控裝置。
[0003]目前已有一些測試儀器用于分析潤滑油潤滑特性。如高壓微間隙潤滑試驗機(專利號:200810123328.7)能夠評價材料在高壓微間隙潤條件下的承載能力、流變特性等；一種潤滑劑膜厚測量儀(專利號:CN200910219284)，可以用來分析平衡加載條件下的潤滑膜厚度。一種潤滑劑膜厚測量儀(專利號:CN200910219284)，能夠測試工作軸承內部的潤滑情況，還能夠評價軸承工作中潤滑材料的運動情況及潤滑劑成分的變化。以上公開的專利中的測試設備雖然能對潤滑劑的某些潤滑特性和摩擦磨損性能進行分析。但大部分只能考察摩擦副接觸間隙變化或不確定條件下的潤滑特性研究，目前尚缺乏對固定摩擦副間隙內潤滑膜的成膜和流動特性等觀測。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明提出一種主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，對已有的潤滑膜厚度測試儀器的結構進行改進，以有利于對潤滑油的潤滑特性進行分析。
[0005]本發(fā)明提出的主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，包括潤滑試驗臺、玻璃盤、電機、轉軸、鋼球、油杯、鉸鏈、杠桿和壓電陶瓷桿，所述的電機與電源相連；所述的轉軸與電機的輸出軸聯動，輸出軸穿過潤滑試驗臺，所述的玻璃盤通過固定螺釘固定在轉軸的上端部，玻璃盤與轉軸聯動；所述的鉸鏈置于潤滑試驗臺上，所述的杠桿穿過鉸鏈，所述的油杯置于杠桿的一端，所述的破碼掛在杠桿的另一端；所述的鋼球置于油杯上表面和潤滑試驗臺的下表面之間；所述的壓電陶瓷桿的上端部與鉸鏈和砝碼之間的杠桿下部相對固定，壓電陶瓷桿的下部通過緊定螺釘固定在壓電陶瓷支架上，壓電陶瓷支架與鉸鏈底部的連接板相對固定；壓電陶瓷支架的下部設有微調螺旋桿；壓電陶瓷桿的下端部通過信號線與壓電陶瓷控制器相連。
[0006]本發(fā)明提出的主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，其優(yōu)點是:
[0007]本發(fā)明提出的主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，其中的壓電陶瓷支架可以在較大范圍內改變相對于微調螺旋桿的位置，適于實驗前調節(jié)儀器使用，能夠粗調鋼球與玻璃盤點接觸副的間隙；微調螺旋桿精度為0.001mm，用于實驗前精調球-盤點接觸副的間隙；壓電陶瓷的精度是納米級精度，通過閉環(huán)控制可以在實驗過程中動態(tài)地調整球-盤點接觸副的間隙，從而保證潤滑膜厚度的恒定；另外，杠桿在鉸鏈兩側的力臂長度不一樣，因此可以通過杠桿原理，將壓電陶瓷產生的位移在杠桿近端進一步縮小，實現對球-盤點接觸副間隙更加精準的控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明提出的主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺的結構示意圖。
[0009]圖1中，I是玻璃盤，2是固定螺母，3是轉軸，4是鋼球，5是油杯，6是鉸鏈，7是杠桿，8是壓電陶瓷桿，9是緊定螺釘，10是壓電陶瓷支架，11是砝碼，12是微調螺旋桿支架，13是微調螺旋桿，14是調節(jié)裝置支架，15是連接板，16是固定板，17是壓電陶瓷控制器，18是電機，19是潤滑試驗臺。

【具體實施方式】
[0010]本發(fā)明提出的主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，其結構如圖1所示，包括潤滑試驗臺19、玻璃盤1、電機18、轉軸3、鋼球4、油杯5、鉸鏈6、杠桿7和壓電陶瓷桿8,電機與電源(圖中未不出)相連，轉軸3與電機18的輸出軸聯動,輸出軸18穿過潤滑試驗臺19，玻璃盤I通過固定螺釘2固定在轉軸3的上端部，玻璃盤I與轉軸3聯動。鉸鏈6置于潤滑試驗臺19上,杠桿7穿過鉸鏈6,油杯5置于杠桿7的一端,破碼11掛在杠桿7的另一端。鋼球4置于油杯5的上表面和潤滑試驗臺19的下表面之間。壓電陶瓷桿8的上端部與鉸鏈和砝碼之間的杠桿下部相對固定，壓電陶瓷桿8的下部通過緊定螺釘9固定在壓電陶瓷支架10上，壓電陶瓷支架10與鉸鏈6底部的連接板15相對固定。壓電陶瓷支架10的下部設有微調螺旋桿12。壓電陶瓷桿8的下端部通過信號線與壓電陶瓷控制器17相連。
[0011]本發(fā)明提出的主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，其中玻璃盤與鋼球之間有很小的間隙，存有納米級厚度的潤滑膜。鋼球通過油杯與杠桿剛性連接在一起，隨著杠桿的擺動而上下移動。杠桿通過鉸鏈與潤滑試驗臺相連，遠端部分與壓電陶瓷伸縮端接觸。為保證有效接觸以及摩擦實驗臺的的穩(wěn)定性，在杠桿遠端端部掛有砝碼，砝碼的大小可由試驗確定。壓電陶瓷桿與壓電陶瓷支架通過緊定螺釘相互固定，可以根據試驗的需要改變它們之間的相對位置。壓電陶瓷支架與微調螺旋桿相連，用緊定螺釘固定，同樣可以根據試驗的需要改變相對位置。微調螺旋桿固定在微調螺旋桿支架上，這樣就可以使整個裝置保持相對位置的恒定。
[0012]以下結合附圖，詳細說明本發(fā)明的具體結構及工作過程:
[0013]如圖1所示，試驗之前，在杠桿7的遠端端部懸掛砝碼11，調節(jié)壓電陶瓷支架10，粗調鋼球4-玻璃盤I之間點接觸副的間隙，然后調節(jié)微調螺旋桿13實現精調上述間隙。在間隙中滴入潤滑油，形成一定厚度的油膜。通過電源控制器驅動電機帶動轉軸3微小范圍內擺動，通過固定螺母2所產生的摩擦力帶動玻璃盤I擺動。潤滑油有一定粘度，因此玻璃盤帶動鋼球4繞球心擺動，繼而可以將油杯中的潤滑油卷起，帶入間隙內，保證潤滑油充足，潤滑膜穩(wěn)定存在。利用壓電陶瓷控制器，根據實驗需要控制壓電陶瓷桿8發(fā)生納米級長度變化，結合加載杠桿，運用杠桿原理將壓電陶瓷的位移變化進一步縮小，從而調節(jié)鋼球的位置，最終實現玻璃盤I和鋼球4之間納米級潤滑膜厚度的主動控制。
[0014]此外，本發(fā)明的摩擦實驗臺，也可應用到玻璃盤進行圓周旋轉的潤滑性能測試中。首先，調整壓電陶瓷支架、微調螺旋桿使玻璃盤與鋼球發(fā)生接觸；電機控制器控制電機慢速旋轉，玻璃盤旋轉，帶動鋼球旋轉，從而卷起油杯中的潤滑油；壓電陶瓷控制器控制壓電陶瓷長度，通過杠桿傳遞使球-盤接觸進行微小的卸載，主動使球-盤點接觸區(qū)出現一定的間隙，這樣球-盤間隙內的潤滑膜的厚度在不同電機轉速下保持恒定。進而可以結合其它研究手段，包括光干涉顯微鏡、紅外熱像儀和高精度萬用表等儀器，研究潤滑劑的本征性能。
[0015]本發(fā)明的摩擦實驗臺，其中的壓電陶瓷支架10可以運用4個緊定螺釘，固定壓電陶瓷桿8，微調螺旋桿用2個緊定螺釘固定壓電陶瓷支架上。其中，壓電陶瓷支架10靠近壓電陶瓷桿的一端要加工出四個凹槽，用于壓電陶瓷接線的安裝。
[0016]本發(fā)明的摩擦實驗臺，其中的固定板上要有兩對凹槽，用于調節(jié)試驗臺的位置，從而調節(jié)玻璃板與鋼球的點接觸位置。其中的杠桿在鉸鏈左右兩側的分布長度是近端部分短、遠端部分長。
【權利要求】
1.一種主動調控摩擦副之間潤滑膜厚度的摩擦實驗臺，其特征在于該摩擦實驗裝置包括潤滑試驗臺、玻璃盤、電機、轉軸、鋼球、油杯、鉸鏈、杠桿和壓電陶瓷桿，所述的電機與電源相連；所述的轉軸與電機的輸出軸聯動，輸出軸穿過潤滑試驗臺，所述的玻璃盤通過固定螺釘固定在轉軸的上端部，玻璃盤與轉軸聯動；所述的鉸鏈置于潤滑試驗臺上，所述的杠桿穿過鉸鏈，所述的油杯置于杠桿的一端，所述的砝碼掛在杠桿的另一端；所述的鋼球置于油杯上表面和潤滑試驗臺的下表面之間；所述的壓電陶瓷桿的上端部與鉸鏈和砝碼之間的杠桿下部相對固定，壓電陶瓷桿的下部通過緊定螺釘固定在壓電陶瓷支架上，壓電陶瓷支架與鉸鏈底部的連接板相對固定；壓電陶瓷支架的下部設有微調螺旋桿；壓電陶瓷桿的下端部通過信號線與壓電陶瓷控制器相連。
【文檔編號】G01N33/30GK104297454SQ201410539650
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權日:2014年10月13日
【發(fā)明者】解國新, 崔子燚, 郭丹, 雒建斌 申請人:清華大學