一种主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，属于机械摩擦【技术领域】。本试验台中，玻璃盘通过固定螺钉固定在转轴的上端部，玻璃盘与转轴联动。铰链置于润滑试验台上，杠杆穿过铰链，油杯置于杠杆的一端，砝码挂在杠杆的另一端。钢球置于油杯上表面和润滑试验台的下表面之间，压电陶瓷杆的下部通过紧定螺钉固定在压电陶瓷支架上，压电陶瓷支架的下部设有微调螺旋杆；压电陶瓷杆的下端部通过信号线与压电陶瓷控制器相连。本发明摩擦实验台，能够粗调钢球与玻璃盘点接触副的间隙，通过杠杆原理，将压电陶瓷产生的位移在杠杆近端进一步缩小，实现对球-盘点接触副间隙更加精准的控制。
【专利说明】一种主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，属于机械摩擦【技术领域】。
【背景技术】
[0002]传统的点接触摩擦副润滑膜试验测试手段主要利用摩擦副的相对运动将润滑剂带入摩擦副的接触区形成不同厚度的润滑膜。结合光干涉方法等，实现对润滑接触区的润滑膜行为的观测。在这种技术中，通常采用线性电机进给对球-盘点接触副外加负载，但是电机的位移精度较差，难以保证点接触的稳定性。采用带有砝码的杠杆装置可以实现点接触副的柔性接触，保证接触载荷稳定，但是无法主动、精确调节点接触副间隙，润滑膜厚度主要进行间接控制，属于被动性的调控范畴。此外，在摩擦副相对滚动条件下，球-盘点接触区的润滑剂行为受到摩擦副的滚动效应、润滑剂流动效应以及系统振动等因素影响，因而难以对不同厚度润滑剂本征特性进行准确测定。此外，在润滑膜测试试验中，润滑膜厚度很小，一般在几纳米至几百纳米之间，因此有必要构建纳米级润滑膜厚度的主动调控装置。
[0003]目前已有一些测试仪器用于分析润滑油润滑特性。如高压微间隙润滑试验机(专利号:200810123328.7)能够评价材料在高压微间隙润条件下的承载能力、流变特性等；一种润滑剂膜厚测量仪(专利号:CN200910219284)，可以用来分析平衡加载条件下的润滑膜厚度。一种润滑剂膜厚测量仪(专利号:CN200910219284)，能够测试工作轴承内部的润滑情况，还能够评价轴承工作中润滑材料的运动情况及润滑剂成分的变化。以上公开的专利中的测试设备虽然能对润滑剂的某些润滑特性和摩擦磨损性能进行分析。但大部分只能考察摩擦副接触间隙变化或不确定条件下的润滑特性研究，目前尚缺乏对固定摩擦副间隙内润滑膜的成膜和流动特性等观测。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，对已有的润滑膜厚度测试仪器的结构进行改进，以有利于对润滑油的润滑特性进行分析。
[0005]本发明提出的主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，包括润滑试验台、玻璃盘、电机、转轴、钢球、油杯、铰链、杠杆和压电陶瓷杆，所述的电机与电源相连；所述的转轴与电机的输出轴联动，输出轴穿过润滑试验台，所述的玻璃盘通过固定螺钉固定在转轴的上端部，玻璃盘与转轴联动；所述的铰链置于润滑试验台上，所述的杠杆穿过铰链，所述的油杯置于杠杆的一端，所述的破码挂在杠杆的另一端；所述的钢球置于油杯上表面和润滑试验台的下表面之间；所述的压电陶瓷杆的上端部与铰链和砝码之间的杠杆下部相对固定，压电陶瓷杆的下部通过紧定螺钉固定在压电陶瓷支架上，压电陶瓷支架与铰链底部的连接板相对固定；压电陶瓷支架的下部设有微调螺旋杆；压电陶瓷杆的下端部通过信号线与压电陶瓷控制器相连。
[0006]本发明提出的主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，其优点是:
[0007]本发明提出的主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，其中的压电陶瓷支架可以在较大范围内改变相对于微调螺旋杆的位置，适于实验前调节仪器使用，能够粗调钢球与玻璃盘点接触副的间隙；微调螺旋杆精度为0.001mm，用于实验前精调球-盘点接触副的间隙；压电陶瓷的精度是纳米级精度，通过闭环控制可以在实验过程中动态地调整球-盘点接触副的间隙，从而保证润滑膜厚度的恒定；另外，杠杆在铰链两侧的力臂长度不一样，因此可以通过杠杆原理，将压电陶瓷产生的位移在杠杆近端进一步缩小，实现对球-盘点接触副间隙更加精准的控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明提出的主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台的结构示意图。
[0009]图1中，I是玻璃盘，2是固定螺母，3是转轴，4是钢球，5是油杯，6是铰链，7是杠杆，8是压电陶瓷杆，9是紧定螺钉，10是压电陶瓷支架，11是砝码，12是微调螺旋杆支架，13是微调螺旋杆，14是调节装置支架，15是连接板，16是固定板，17是压电陶瓷控制器，18是电机，19是润滑试验台。
【具体实施方式】
[0010]本发明提出的主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，其结构如图1所示，包括润滑试验台19、玻璃盘1、电机18、转轴3、钢球4、油杯5、铰链6、杠杆7和压电陶瓷杆8,电机与电源(图中未不出)相连，转轴3与电机18的输出轴联动,输出轴18穿过润滑试验台19，玻璃盘I通过固定螺钉2固定在转轴3的上端部，玻璃盘I与转轴3联动。铰链6置于润滑试验台19上,杠杆7穿过铰链6,油杯5置于杠杆7的一端,破码11挂在杠杆7的另一端。钢球4置于油杯5的上表面和润滑试验台19的下表面之间。压电陶瓷杆8的上端部与铰链和砝码之间的杠杆下部相对固定，压电陶瓷杆8的下部通过紧定螺钉9固定在压电陶瓷支架10上，压电陶瓷支架10与铰链6底部的连接板15相对固定。压电陶瓷支架10的下部设有微调螺旋杆12。压电陶瓷杆8的下端部通过信号线与压电陶瓷控制器17相连。
[0011]本发明提出的主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，其中玻璃盘与钢球之间有很小的间隙，存有纳米级厚度的润滑膜。钢球通过油杯与杠杆刚性连接在一起，随着杠杆的摆动而上下移动。杠杆通过铰链与润滑试验台相连，远端部分与压电陶瓷伸缩端接触。为保证有效接触以及摩擦实验台的的稳定性，在杠杆远端端部挂有砝码，砝码的大小可由试验确定。压电陶瓷杆与压电陶瓷支架通过紧定螺钉相互固定，可以根据试验的需要改变它们之间的相对位置。压电陶瓷支架与微调螺旋杆相连，用紧定螺钉固定，同样可以根据试验的需要改变相对位置。微调螺旋杆固定在微调螺旋杆支架上，这样就可以使整个装置保持相对位置的恒定。
[0012]以下结合附图，详细说明本发明的具体结构及工作过程:
[0013]如图1所示，试验之前，在杠杆7的远端端部悬挂砝码11，调节压电陶瓷支架10，粗调钢球4-玻璃盘I之间点接触副的间隙，然后调节微调螺旋杆13实现精调上述间隙。在间隙中滴入润滑油，形成一定厚度的油膜。通过电源控制器驱动电机带动转轴3微小范围内摆动，通过固定螺母2所产生的摩擦力带动玻璃盘I摆动。润滑油有一定粘度，因此玻璃盘带动钢球4绕球心摆动，继而可以将油杯中的润滑油卷起，带入间隙内，保证润滑油充足，润滑膜稳定存在。利用压电陶瓷控制器，根据实验需要控制压电陶瓷杆8发生纳米级长度变化，结合加载杠杆，运用杠杆原理将压电陶瓷的位移变化进一步缩小，从而调节钢球的位置，最终实现玻璃盘I和钢球4之间纳米级润滑膜厚度的主动控制。
[0014]此外，本发明的摩擦实验台，也可应用到玻璃盘进行圆周旋转的润滑性能测试中。首先，调整压电陶瓷支架、微调螺旋杆使玻璃盘与钢球发生接触；电机控制器控制电机慢速旋转，玻璃盘旋转，带动钢球旋转，从而卷起油杯中的润滑油；压电陶瓷控制器控制压电陶瓷长度，通过杠杆传递使球-盘接触进行微小的卸载，主动使球-盘点接触区出现一定的间隙，这样球-盘间隙内的润滑膜的厚度在不同电机转速下保持恒定。进而可以结合其它研究手段，包括光干涉显微镜、红外热像仪和高精度万用表等仪器，研究润滑剂的本征性能。
[0015]本发明的摩擦实验台，其中的压电陶瓷支架10可以运用4个紧定螺钉，固定压电陶瓷杆8，微调螺旋杆用2个紧定螺钉固定压电陶瓷支架上。其中，压电陶瓷支架10靠近压电陶瓷杆的一端要加工出四个凹槽，用于压电陶瓷接线的安装。
[0016]本发明的摩擦实验台，其中的固定板上要有两对凹槽，用于调节试验台的位置，从而调节玻璃板与钢球的点接触位置。其中的杠杆在铰链左右两侧的分布长度是近端部分短、远端部分长。
【权利要求】
1.一种主动调控摩擦副之间润滑膜厚度的摩擦实验台，其特征在于该摩擦实验装置包括润滑试验台、玻璃盘、电机、转轴、钢球、油杯、铰链、杠杆和压电陶瓷杆，所述的电机与电源相连；所述的转轴与电机的输出轴联动，输出轴穿过润滑试验台，所述的玻璃盘通过固定螺钉固定在转轴的上端部，玻璃盘与转轴联动；所述的铰链置于润滑试验台上，所述的杠杆穿过铰链，所述的油杯置于杠杆的一端，所述的砝码挂在杠杆的另一端；所述的钢球置于油杯上表面和润滑试验台的下表面之间；所述的压电陶瓷杆的上端部与铰链和砝码之间的杠杆下部相对固定，压电陶瓷杆的下部通过紧定螺钉固定在压电陶瓷支架上，压电陶瓷支架与铰链底部的连接板相对固定；压电陶瓷支架的下部设有微调螺旋杆；压电陶瓷杆的下端部通过信号线与压电陶瓷控制器相连。
【文档编号】G01N33/30GK104297454SQ201410539650
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】解国新, 崔子燚, 郭丹, 雒建斌 申请人:清华大学