专利名称：平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的参考文献如下 [1]Jacobson， B.0. ， High-pressure chamber measurements. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part J : J. Eng. Trib. ， 2006， Vol. 220， 199-206. [2]Kleemola， J. and Lehtovaara， A. ， An approach for determination oflubricant properties at elliptical elastohydrodynamic contacts using atwin_disc test device and a numerical traction model. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part J : J. Eng. Trib. ， 2008， Vol. 222， 797-806. [3]Workel， M. F. ， Dowson， D. ， Ehret， P. and Taylor, C. M. ， Measurements of the coefficients of friction of different lubricants duringimpact under high pressure and shear. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part J : J. Eng. Trib. ， 2003， Vol. 217， 115-124. [4]温诗铸、杨沛然.弹性流体动力润滑，北京清华大学出版社，1990.
[5]Zhang，Y. B. and Wen，S. Z. ，An analysis of elastohydrodynamiclubrication with limiting shear stress :Part I_Theory and solutions. TribologyTransactions, 2002， Vol. 45，135-144. 有鉴于此，本领域发明人寻求一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的 方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法及 其装置，它解决了上述现有技术所存在的问题，能够达到同时测量大气压下润滑油-接触 表面界面剪切强度和润滑油_接触表面界面剪切强度_润滑油压力比例系数的目的。
本发明的技术解决方案如下 —种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法，采用双平板滑动接触进 行测量，其中一块平板接触表面粗糙，具有球冠状微凸体，其表面粗糙度Ra值为0. 1 m 0. 4 m，另一块平板接触表面光滑，其接触表面粗糙度Ra值不大于0. 05 m ;
包括以下步骤 A、粗糙平板静止，光滑平板以速度u相对于粗糙平板作滑动，无量纲滚动速度 un乂(2E' R)应满足1.0E-11《un乂(2E' R)《1. 0E_9，其中n a是大气压下润滑油粘度，E'是两平板的综合杨氏弹性模量，R是粗糙平板接触表面上微凸体顶部的平均曲率半 径； B、往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间 施加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板接触的最大接触压力大于0. 4GPa，而 使无量纲载荷w/ ( P NAE' R2)满足w/ ( P NAE' R2) > 1512. 2 (HRD2/E' )3和w/ ( P NAE' R2) < 3. 78(HRD1/E' ) 3，从而保证两平板间接触即粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板的 接触为全塑性接触；其中，w为两平板间施加的载荷，A为两平板的表观接触面积，P N为粗 糙平板接触表面上微凸体的数密度即单位面积上的微凸体数； C、要完成一次测量需要两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，分别在这两块粗 糙平板和光滑平板接触上进行一次加载，分别测出这两块粗糙平板和光滑平板加载接触下 的粗糙平板接触表面或光滑平板接触表面上的摩擦系数值，求解关于接触表面摩擦系数的 两元一次方程组(t s。和a s为未知量)即可得到t s。和a s值。 为提高测量精度，所述步骤C之后使用由两块成一组的数组具有不同接触表面硬 度的粗糙平板分别进行加载测量，解得若干组、。和cis值，分别求得这些、。和as的平 均值，求得的、。和as平均值可分别取作、。和as的最终测量结果。
所述步骤C中粗糙平板接触表面摩擦系数和光滑平板接触表面摩擦系数均为
(2) 视所测摩擦系数所属的接触表面，t ^和a s值为大气压下该接触表面-润滑油界
<formula>formula see original document page 6</formula>视所测摩擦系数所属的接触表面， 面剪切强度和该接触表面_润滑油界面剪切强度_润滑油压力比例系数；
设有两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分别为HRD2a和HRD2b， 对它们和光滑平板接触分别进行一次加载，测得这两块粗糙平板加载接触下粗糙平板接触 表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数分别为^和&，则可得下面联立方程组
<formula>formula see original document page 6</formula> 使用由两块成一组的数组具有不同接触表面硬度的粗糙平板分别进行加载测量， 测出这些粗糙平板加载接触下的粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系 数，得到若干组如式(3)所示的联立方程组，解这些联立方程组可得到若干组t 3。和a s值， 分别求出这些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分别作为t s。禾P a s的最终 测量结果。 —种实施平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法的装置，包括若干传 感器，还包括两块平板，具有不同接触表面硬度，其中一块平板接触表面粗糙，具有球冠状微凸体，另一块平板接触表面光滑； 所述两块平板滑动接触，粗糙平板球冠状微凸体和光滑平板平面接触形成高副点 接触，粗糙平板静止，光滑平板以速度u相对于粗糙平板作滑动； 所述光滑平板接触表面硬度HRD1大于粗糙平板接触表面硬度HRD2，粗糙平板接 触表面粗糙度Ra值为0. 1 ii m 0. 4 ii m，光滑平板接触表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m ;
往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间施 加载荷。 所述平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的装置还包括一块粗糙平板，两 块粗糙平板构成一组，为两块粗糙平板与光滑平板的全塑性接触。 在粗糙平板和光滑平板间施加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板全 塑性接触的最大接触压力大于0. 4GPa。 所述两块成一组的粗糙平板设置成数组粗糙平板。 本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优势 1、本发明的方法可同时测量大气压下润滑油-接触表面界面剪切强度和润滑
油_接触表面界面剪切强度_润滑油压力比例系数。 2、按本发明方法制造的装置结构简单，容易制造和实施，制造成本和使用成本均 较低。 3、按本发明的方法能够实现在较大范围的润滑油压力下测量。
4、按本发明的方法测量精度较高。
5、按本发明的方法测量容易。 按照本发明的方法及装置实施测量，技术效果显著，具有测试的润滑油压力范围 较大、结构简单紧凑、容易实现、制造成本和使用成本较低、测量容易和测量精度较高等优 点，而且能同时测出两个界面剪切强度参数值，具有显著的实用价值。本发明的装置可以替 代高压腔测量装置、双圆盘试验机和球冲击试验机等测量装置，显示出独有的应用价值。
图1是本发明的一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法的流程 图。 图2是按本发明方法实施的一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的 装置示意图。 图3是本发明的实施例中粗糙平板接触表面微凸体与光滑平板形成的点接触中 动压润滑油膜压力分布示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。 参看图l，按照本发明的一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法， 采用双平板滑动接触进行测量，其中一块平板接触表面粗糙，具有球冠状微凸体，其表面粗 糙度Ra值为0. 1 i！ m 0. 4 i！ m ;另一块平板接触表面光滑，其接触表面粗糙度Ra值不大于 0. 05iim。
本发明的方法主要包括以下步骤 A、粗糙平板静止，光滑平板以一定速度u相对于粗糙平板作滑动，无量纲滚动速 度un乂(2E' R)应满足1.0E-11《un乂(2E' R)《1. 0E_9，其中n a是大气压下润滑油 粘度，E'是两平板的综合杨氏弹性模量，R是粗糙平板接触表面上微凸体顶部的平均曲率 半径。 B、往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间 施加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板接触的最大接触压力大于0. 4GPa，而 使无量纲载荷w/ ( P NAE' R2)满足w/ ( P NAE' R2) > 1512. 2 (HRD2/E' )3和w/ ( P NAE' R2) < 3. 78(HRD1/E' ) 3，从而保证两平板间接触即粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板的 接触为全塑性接触。其中，w为两平板间施加的载荷，A为两平板的表观接触面积，P,为粗 糙平板接触表面上微凸体的数密度即单位面积上的微凸体数。 C、要完成一次测量需要两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，分别在这两块粗 糙平板和光滑平板接触上进行一次满足要求的加载，分别测出这两块粗糙平板和光滑平板 加载接触下的粗糙平板接触表面或光滑平板接触表面上的摩擦系数值，求解关于接触表面 摩擦系数的两元一次方程组(t s。和a s为未知量)即可得到t s。和a s值。
为提高测量精度，可使用多组(两块成一组)具有不同接触表面硬度的粗糙平板 分别进行加载测量，可解得若干组、。和as值，分别求得这些、。和as的平均值，求得的 、。和as平均值可分别取作、。和as的最终测量结果。
粗糙平板接触表面摩擦系数和光滑平板接触表面摩擦系数均为
(2) 视所测摩擦系数所属的接触表面，t ^和a s值为大气压下该接触表面-润滑油界 /:
服D2 、
视所测摩擦系数所属的接触表面， 面剪切强度和该接触表面_润滑油界面剪切强度_润滑油压力比例系数；
设有两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分别为HRD2a和HRD2b， 对它们和光滑平板接触分别进行一次满足要求的加载，测得这两块粗糙平板加载接触下粗 糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数分别为^和&，则可得下面联立方 程组
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解以上联立方程组，得
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(3)
(4)
(5) 使用由两块成一组的数组具有不同接触表面硬度的粗糙平板分别进行加载测量， 测出这些粗糙平板加载接触下的粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数，得到若干组如式(3)所示的联立方程组，解这些联立方程组可得到若干组t 3。和a s值， 分别求出这些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分别作为t s。禾P a s的最终 测量结果。 参看图2，按本发明方法实施的一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度 的装置，包括若干传感器、两块平板，两块平板具有不同接触表面硬度，其中一块平板接触 表面粗糙，具有球冠状微凸体，另 一块平板接触表面光滑。 两块平板滑动接触，粗糙平板球冠状微凸体和光滑平板平面接触形成高副点接 触，粗糙平板静止，光滑平板以一定速度u相对于粗糙平板作滑动。 光滑平板接触表面硬度HRDl大于粗糙平板接触表面硬度HRD2。粗糙平板接触表 面粗糙度Ra值为0. 1 ii m 0. 4 ii m，光滑平板接触表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m。
往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间施 加载荷。 本发明的装置可由两块以上粗糙平板组成，两块粗糙平板构成一组粗糙平板，为 一组两块粗糙平板与光滑平板的全塑性接触。 本发明的装置可将两块成一组的粗糙平板设置成数组粗糙平板，为若干组粗糙平 板与光滑平板的全塑性接触。 在粗糙平板和光滑平板间施加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板全 塑性接触的最大接触压力大于0. 4GPa。 实际使用中，本发明为双平板滑动接触测量装置，用来测量大气压下润滑油-接 触表面界面剪切强度t s。和润滑油_接触表面界面剪切强度_润滑油压力比例系数a s，能 同时测出这两个参数值。两平板均为钢制平板，两平板间接触为由许多球冠状微凸体和平 面接触组成，球冠状微凸体和平面接触为高副点接触。其中一块平板接触表面较粗糙，具有 球冠状微凸体，其表面粗糙度Ra值为0. 1 m 0. 4 m ;另一块平板接触表面较光滑，其接 触表面粗糙度Ra值不大于0. 05 m。粗糙平板静止，光滑平板以一定速度u相对于粗糙平 板作滑动(无量纲滚动速度u n乂(2E' R)应满足1. 0E-11《u n乂(2E' R)《1. 0E-9，此 处^是大气压下润滑油粘度，E'是两平板的综合杨氏弹性模量，R是粗糙平板接触表面 上微凸体顶部的平均曲率半径)，光滑平板接触表面硬度HRDl应大于粗糙平板接触表面硬 度HRD2。 往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间施 加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板接触的最大接触压力大于0. 4GPa，而使 无量纲载荷w/(PNAE' R2)满足w/( P NAE' R2) > 1512. 2(HRD2/E'"和w/(PnAE' R2) < 3. 78(HRD1/E' ) 3，从而保证两平板间接触(即粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板 的接触)为全塑性接触；此处，w为两平板间施加的载荷，A为两平板的表观接触面积，P N 为粗糙平板接触表面上微凸体的数密度(即单位面积上的微凸体数)。
要完成一次测量需要两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，分别在这两块粗糙 平板和光滑平板接触上进行一次满足要求的加载，分别测出这两块粗糙平板和光滑平板加 载接触下的粗糙平板接触表面或光滑平板接触表面上的摩擦系数值，求解关于接触表面摩 擦系数的两元一次方程组(Ts。和cis为未知量)即可得到、。禾P as值。得到的、。和 a s值为大气压下润滑油_粗糙平板接触表面界面剪切强度和润滑油_粗糙平板接触表面界面剪切强度_润滑油压力比例系数，或大气压下润滑油_光滑平板接触表面界面剪切强 度和润滑油_光滑平板接触表面界面剪切强度_润滑油压力比例系数(视所测的摩擦系数 为哪个接触表面上摩擦系数而定)。 为提高测量精度，可使用多组(两个成一组)具有不同接触表面硬度的粗糙平板 分别进行加载测量，可解得若干组、。和cis值，分别求得这些、。和as的平均值，求得的 、。和as平均值可分别取作、。和cis的最终测量结果。 其中，1. 0E-11《u n乂(2E' R)《1. 0E-9，w/( P NAE' R2) > 1512. 2 (HRD2/E' )3 和w/ ( P NAE' R2) < 3. 78 (HRD1/E' )3，光滑平板接触表面硬度HRD1大于粗糙平板接触表 面硬度HRD2。粗糙平板接触表面上具有球冠状微凸体，粗糙平板接触表面粗糙度Ra值为 0. liim 0.4iim。光滑平板接触表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m。粗糙平板接触表面上 微凸体与光滑平板接触的最大接触压力大于0. 4GPa。 根据推导，图2中本发明粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系 数均为
「00801 <formula>formula see original document page 10</formula> 视所测摩擦系数所属的接触表面，t 3。和a s分别为大气压下该接触表面-润滑油
界面剪切强度和该接触表面_润滑油界面剪切强度_润滑油压力比例系数。 设有两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分别为HRD2a和HRD2b，
对它们和光滑平板接触分别进行一次满足要求的加载，测得这两块粗糙平板加载接触下粗
糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数分别为^和&，则可得下面联立方
程组
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解以上联立方程组，得
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(3)
(4)
(5)
使用多组(由两块成一组)具有不同接触表面硬度的粗糙平板分别进行加载测 量，测出这些粗糙平板加载接触下的粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦 系数，得到若干组如式(3)所示的联立方程组，解这些联立方程组可得到若干组、。和as 值，分别求出这些、。禾P as的平均值，得到的、。禾P as平均值可分别作为、。禾P as的 最终测量结果。
实施例 光滑平板由20CrMnTi钢制成，接触表面经渗碳淬火处理，表面硬度为HRD1 = 4. OGPa。光滑平板接触表面粗糙度Ra值为0. 05 y m。使用的润滑油为石蜡油LVI260 (国际 牌号)。
1、粗糙平板由20号钢制成，接触表面硬度为HRD2 = 0. 3GPa。粗糙平板接触表面粗糙度Ra值为0. 1 ii m。粗糙平板和光滑平板接触表面的综合杨氏弹性模量为E' = 209GPa。粗糙平板(接触面上)长度为1 = 10mm，光滑平板的长度(沿粗糙平板长度方向)为20mm，两平板的接触长度为10mm。粗糙平板宽度为10mm(粗糙平板表观接触面积为A = 100mm2)，粗糙平板接触表面上微凸体顶部的平均曲率半径为R = 50ym，粗糙平板接触表面上微凸体数密度为PN= 100/mm2，光滑平板相对于粗糙平板的滑动速度为u二0.01m/s，无量纲滚动速度为un乂(2E' R) = 1.91E-11。两平板之间施加的载荷为Wi = 24N即两平板之间施加的无量纲载荷为巧/(P/E' R2) 二 4.593E-6时，测得粗糙平板接触表面上的摩擦系数为^ = 0. 051。粗糙平板仍由20号钢制成，仅将其接触表面硬度变成HRD2 = 0. 4GPa，以上粗糙平板其他参数保持不变。粗糙平板和光滑平板之间施加的载荷为w2 = 36N即两平板之间施加的无量纲载荷为w2/ ( P NAE' R2) = 6. 890E-6时，测得粗糙平板接触表面上的摩擦系数为f2 = 0. 045。根据这两次测量结果，由式(4)和(5)得t s0 = 7. 20MPa、 a s = 0. 027。
2、粗糙平板仍由20号钢制成，仅将其接触表面硬度变成HRD2 = 0. 35GPa，粗糙平板其他参数同实施例1。粗糙平板和光滑平板之间施加的载荷为w3 = 24N即两平板之间施加的无量纲载荷为^/(P/E' R2) 二 4.593E-6时，测得粗糙平板接触表面上的摩擦系数为f3 = o. 047。粗糙平板仍由20号钢制成，仅将其接触表面硬度变成HRD2 = 0. 45GPa，粗糙平板其他参数同实施例1。粗糙平板和光滑平板之间施加的载荷为w4 = 36N即两平板之间施加的无量纲载荷为^/(P/E' R2) 二 6.890E-6时，测得粗糙平板接触表面上的摩擦系数为f4 = 0. 042。根据这两次测量结果，由式(4)和(5)得t s0 = 7. 88MPa、 a s = 0. 025。
3、根据实施例1中HRD2 = 0. 3GPa时f\ = 0. 051和实施例2中HRD2 = 0. 45GPa时f4 = 0. 042，可由式(4)禾P (5)得t s0 = 8. lOMPa、 a s = 0. 024。 4、根据实施例1中HRD2 = 0. 4GPa时f2 = 0. 045和实施例2中HRD2 = 0. 35GPa时f3 = 0. 047，可由式(4)和(5)得t s0 = 5. 60MPa、 a s = 0. 031。 上述四组t s。、 a s测量结果的平均值分别为7. 20MPa和0. 027，最终可取t s。、 a s测量值分别为7. 20MPa和0. 027。
t s。、 a s测量值分别为大气压下润滑油-粗糙平板接触表面界面剪切强度和润滑油_粗糙平板接触表面界面剪切强度_润滑油压力比例系数。
本发明原理 在本发明给定的加载条件下，两平板间接触为全塑性接触即粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板的接触为全塑性接触，在加载接触下，粗糙平板接触表面上微凸体发生全塑性变形。在本发明给定的加载条件下，两平板接触表面上的摩擦系数取决于粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板接触的摩擦系数。根据已往界面滑移点接触流体动压润滑研究结果，当图2中粗糙平板静止、光滑平板相对于粗糙平板滑动时，在一定的光滑平板滑动速度和一定的施加载荷范围内(如上面给出)，粗糙平板接触表面上微凸体和光滑平板形成的点接触处于润滑油动压润滑下，在点接触的赫兹区润滑油于微凸体表面处和光滑平板接触表面处均发生滑移，在点接触的赫兹区微凸体表面处剪应力和光滑平板接触表面处剪应力分别等于润滑油_微凸体表面界面剪切强度和润滑油_光滑平板接触表面界面剪切强度。由于赫兹区为高油压区，赫兹区的润滑油-接触表面界面剪切强度满足式(1)。大量的实验和理论研究表明，在图2的粗糙平板接触表面微凸体与光滑平板形成的点接触中，由于赫兹区油压高、油的粘度大、油膜的剪切率大，赫兹区接触表面的剪应力远大于点接触中其它区域(即入口区和出口区)接触表面上的剪应力。故图2中粗糙平板接触表面上微凸体表面摩擦力和摩擦系数及光滑平板接触表面摩擦力和摩擦系数取决于微凸体与光滑平板形成的点接触中赫兹区润滑油_接触表面界面剪切强度。 已往研究结果表明，在图2的粗糙平板接触表面微凸体与光滑平板形成的点接触中，润滑油膜压力在赫兹区为常值P,。在本发明的两平板全塑性接触下，Pmax = HRD2，且= w。，此处&为微凸体与光滑平板形成的点接触中全塑性接触区域的面积，w。为单个微凸体与光滑平板形成的点接触承受的载荷。图3显示了粗糙平板接触表面微凸体与光滑平板形成的点接触中润滑膜压力分布情况，为取一维方向润滑膜压力分布示意。
故图2本发明中粗糙平板接触表面或光滑平板接触表面摩擦系数(或粗糙平板接
触表面上单个微凸体与光滑平板形成的点接触摩擦系数)为,—Ts4 _ (2"v0+a,//i D2)4 /:
(6)
朋D2 视摩擦系数所属的接触表面，t s为粗糙平板上微凸体与光滑平板形成的点接触
中赫兹区(或全塑性接触区域)润滑油-该接触表面界面剪切强度。 设有两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分别为HRD2a和HRD2b，对它们和光滑平板接触分别进行一次满足要求的加载，测得这两块粗糙平板加载接触下粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数分别为^和&，则可得下面联立方程组
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解以上联立方程组，得
<formula>formula see original document page 12</formula>
(4)
(5) 使用多组(两块成一组)具有不同接触表面硬度的粗糙平板分别进行加载测量，测出这些粗糙平板加载接触下的粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数，得到若干组如式(3)所示的联立方程组，解这些联立方程组可得到若干组t 3。和a s值，分别求出这些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分别作为t s。禾P a s的最终测量结果。 综上可知，采用本发明的方法及装置，技术效果显著，具有测试的润滑油压力范围较大、结构简单紧凑、容易实现、制造成本和使用成本较低、测量容易和测量精度较高等优点，而且能同时测出两个界面剪切强度参数值，具有显著的实用价值。本发明的装置可以替代高压腔测量装置、双圆盘试验机和球冲击试验机等测量装置，显示出独有的应用价值。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变换、变型都将落在本发明权利要求的范围内。
权利要求
一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法，其特征在于，采用双平板滑动接触进行测量，其中一块平板接触表面粗糙，具有球冠状微凸体，其表面粗糙度Ra值为0.1μm～0.4μm，另一块平板接触表面光滑，其接触表面粗糙度Ra值不大于0.05μm；包括以下步骤A、粗糙平板静止，光滑平板以速度u相对于粗糙平板作滑动，无量纲滚动速度uηa/(2E′R)应满足1.0E-11≤uηa/(2E′R)≤1.0E-9，其中ηa是大气压下润滑油粘度，E′是两平板的综合杨氏弹性模量，R是粗糙平板接触表面上微凸体顶部的平均曲率半径；B、往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间施加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板接触的最大接触压力大于0.4GPa，而使无量纲载荷w/(ρNAE′R2)满足w/(ρNAE′R2)＞1512.2(HRD2/E′)3和w/(ρNAE′R2)＜3.78(HRD1/E′)3，从而保证两平板间接触即粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板的接触为全塑性接触；其中，w为两平板间施加的载荷，A为两平板的表观接触面积，ρN为粗糙平板接触表面上微凸体的数密度即单位面积上的微凸体数；C、要完成一次测量需要两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，分别在这两块粗糙平板和光滑平板接触上进行一次加载，分别测出这两块粗糙平板和光滑平板加载接触下的粗糙平板接触表面或光滑平板接触表面上的摩擦系数值，求解关于接触表面摩擦系数的两元一次方程组(τs0和αs为未知量)即可得到τs0和αs值。
2. 根据权利要求1所述的平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法，其特征 在于为提高测量精度，所述步骤C之后使用由两块成一组的数组具有不同接触表面硬度的 粗糙平板分别进行加载测量，解得若干组、。和as值，分别求得这些、。和as的平均值， 求得的、。禾P as平均值可分别取作、。禾P as的最终测量结果。
3. 根据权利要求1所述的平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法，其特征 在于所述步骤C中粗糙平板接触表面摩擦系数和光滑平板接触表面摩擦系数均为//漁 (2)视所测摩擦系数所属的接触表面，、。和c^值为大气压下该接触表面-润滑油界面剪切强度和该接触表面_润滑油界面剪切强度_润滑油压力比例系数；设有两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分别为HRD2a和HRD2b，对它 们和光滑平板接触分别进行一次加载，测得这两块粗糙平板加载接触下粗糙平板接触表面 摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数分别为^和&，则可得下面联立方程组服D2解以上联立方程组，得(y;-/2)腳2Q腳^<formula>formula see original document page 3</formula>使用由两块成一组的数组具有不同接触表面硬度的粗糙平板分别进行加载测量，测出 这些粗糙平板加载接触下的粗糙平板接触表面摩擦系数或光滑平板接触表面摩擦系数，得 到若干组如式(3)所示的联立方程组，解这些联立方程组可得到若干组、。和as值，分别 求出这些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分别作为t s。禾P a s的最终测量 结果。
4. 一种实施权利要求1所述的平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法的 装置，包括若干传感器，其特征在于，还包括两块平板，具有不同接触表面硬度，其中一块 平板接触表面粗糙，具有球冠状微凸体，另一块平板接触表面光滑；所述两块平板滑动接触，粗糙平板球冠状微凸体和光滑平板平面接触形成高副点接 触，粗糙平板静止，光滑平板以速度u相对于粗糙平板作滑动；所述光滑平板接触表面硬度HRD1大于粗糙平板接触表面硬度HRD2，粗糙平板接触表 面粗糙度Ra值为0. 1 ii m 0. 4 ii m，光滑平板接触表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m ;往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间施加载荷。
5. 根据权利要求4所述的平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的装置，其特征 在于，还包括一块粗糙平板，两块粗糙平板构成一组，为两块粗糙平板与光滑平板的全塑性 接触。
6. 根据权利要求4或5所述的平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的装置，其 特征在于，在粗糙平板和光滑平板间施加载荷，使粗糙平板接触表面上微凸体与光滑平板 全塑性接触的最大接触压力大于0. 4GPa。
7. 根据权利要求5所述的平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的装置，其特征 在于，所述两块成一组的粗糙平板设置成数组粗糙平板。
全文摘要
本发明涉及一种平板与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法，采用双平板滑动接触进行测量，一块平板接触表面粗糙，另一块平板接触表面光滑。它包括以下步骤A、粗糙平板静止，光滑平板以速度u相对于粗糙平板作滑动；B、往两平板接触区供应被测润滑油，使两平板间形成流体动压润滑，在两平板间施加载荷；C、要完成一次测量需要两块具有不同接触表面硬度的粗糙平板，分别在这两块粗糙平板和光滑平板接触上进行一次加载，分别测出粗糙平板接触表面或光滑平板接触表面上的摩擦系数值，求解得到τs0和αs值。采用本发明的方法及装置，技术效果显著，具有测试的润滑油压力范围较大、结构简单紧凑、容易实现、制造成本和使用成本较低、测量容易和测量精度较高等优点。
文档编号G01N19/00GK101710061SQ200910201300
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者张永斌 申请人:张永斌;袁虹娣