专利名称：多功能摩擦学性能实验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种试验设备，特别涉及一种滑动轴承、环块、特别是金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的综合性能检测实验系统。
背景技术：
金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承等机械基础件在机械传动特别是船舶、水轮机、汽轮机、水泵等机械装置中得到广泛应用。水润滑轴承采用新型工程复合材料替代贵重金属作为摩擦副，用天然水替代矿物油作为润滑介质，由多曲面圆弧直线凹槽的橡胶合金衬套和金属外壳有机结合为一体，具有摩擦系数小、耐磨、减振、低噪音、重量轻、装拆维修简便、对冲击不敏感等优点。将其与动密封件相结合，形成一体化的水润滑动 密封轴承，有效地降低或减少各种摩擦副因运动而产生的摩擦、磨损、振动、冲击、噪声、无功能耗、可靠性差、寿命短和艉轴油污泄露等问题，节省了大量油料和贵重有色金属等战略资源，很好地解决了环境友好问题。在生产和科研中，要求在国内外有关技术标准或规范规定的试验条件下评定滑动轴承、环块，特别是金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承等机械基础件的综合性能，即在水润滑、油润滑、边界润滑、自润滑和干摩擦等特殊与极端环境条件下，不同载荷、速度、润滑介质、温度、时间等各种工况下进行试验，测试试件的转速、转矩、温升、摩擦特性、试验加载力、密封性能、PV值、动态刚度和动态阻尼等摩擦学综合性能技术指标，以用于准确地了解金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承等机械基础件的载荷特性和动态服役行为，建立高可靠低噪声水润滑橡胶轴承系统实验与评价体系，帮助科研技术人员开展对金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的理论性研究，有利于滑动轴承、环块的生产、开发和改进。但当前技术中针对金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的综合性能测试手段不够完善，没有能真实完整地模拟金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承实际工况的实验系统，特别是激振加载，没有先进的测试设备和测试方法来对金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承进行综合性能测试，特别是无法准确地测量液膜厚度，从而不能真正地掌握滑动轴承和环块的承载机理、润滑机理以及磨损机理等规律。因此，需研发一种能模拟金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承实际复杂工况的综合性能实验系统，完善对金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承等机械基础件的各项性能检测，以便于评价金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的综合性能，掌握水润滑摩擦副的承载与失效机理、摩擦学性能与动态服役行为等规律，全面深入分析复合材料特性、轴承和滑块结构形状、负载变化、工作速度、特殊与极端环境等多因素、多层次耦合机制对机械系统动态服役行为的影响，为开发无污染、低噪声、高可靠、长寿命、高效节能的滑动轴承和环块等摩擦学机械基础件提供关键科学技术依据和试验平台支撑
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种多功能摩擦学性能实验系统，该多功能摩擦学性能实验系统能采用滑动摩擦和伺服电动缸径向、轴向加载的形式，在国内外有关技术标准或规范规定的试验条件下评定滑动轴承、环块，特别是金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承等机械基础件的综合性能，即在水润滑、油润滑、边界润滑、自润滑和干摩擦等特殊与极端环境条件下，不同载荷、速度、润滑介质、温度、时间等各种工况下进行试验，测试试件的转速、转矩、温升、摩擦特性、试验加载力、密封性能、PV值、动态刚度和动态阻尼等摩擦学综合性能技术指标。本发明的具体方案为 本发明多功能摩擦学性能实验系统，包括试验舱体、以可拆卸的方式固定设置于试验舱体中的轴承套、设置于轴承套中并与其同轴的试验轴、以可拆卸的方式固定外套于试验轴上的轴套、用于驱动试验轴的驱动装置和用于对试验舱体加载的加载装置，轴套和轴承套之间的空间为被测试件安装空间，试验舱体的两端分别与试验轴转动密封配合，且轴承套两端外侧的试验舱体上设置有润滑剂进口和润滑剂出口 ；
所述加载装置包括沿试验轴径向向试验舱体施加载荷的径向加载装置和沿试验轴轴向向试验舱体施加载荷的轴向加载装置；
还包括综合性能测试单元，所述综合性能测试单元包括计算机，综合性能测试单元还包括试验轴转矩转速检测装置、加载力检测装置、润滑剂温度检测装置、试验轴和被测试件间的液膜厚度检测装置、以及流入流出试验舱体润滑剂流量检测装置中的一种、几种或全部，所述试验轴转矩转速检测装置、润滑剂温度检测装置、液膜厚度检测装置、流入流出试验舱体润滑剂流量检测装置的检测数据输入计算机。进一步，所述径向加载装置为两个，并以加载力相互垂直的方式布置；所述轴向加载装置至少为两个、并在以试验轴轴心线为中心的圆周上均匀布置；
进一步，所述径向加载装置和轴向加载装置均为伺服电动缸；
进一步，所述加载力检测装置包括设置在径向加载装置和试验舱体结合部的第一压力传感器和设置在轴向加载装置和试验舱体结合部的第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器向计算机输入检测信号，计算机向伺服电动缸输入控制信号；
进一步，所述转矩转速检测装置为转矩转速传感器，所述转矩转速传感器的动力输入端同驱动装置的动力输出端连接，转矩转速传感器的动力输出端同试验轴连接；
进一步，所述驱动装置为变频电机，变频电机的转子和转矩转速传感器的动力输入端通过弹性联轴器连接，转矩转速传感器的动力输出端和试验轴通过弹性联轴器连接；转矩转速传感器向计算机输入检测信号，计算机向变频电机输入控制信号；
进一步，所述润滑剂温度检测装置包括分别设置于试验舱体的润滑剂进口和润滑剂出口旁的温度传感器和设置于试验舱体上对试验舱体内润滑剂加热的加热器；温度传感器的检测数据输入计算机，计算机向加热器输出控制信号；
进一步，所述流量检测装置包括两个涡轮流量计、压力控制阀和流量控制阀，两个涡轮流量计分别设置于试验舱体的润滑剂进口和润滑剂出口，压力控制阀和流量控制阀设置于与试验舱体的润滑剂进口相连的管路上，涡轮流量计的检测数据输入计算机，计算机向压力控制阀和流量控制阀输出控制信号；
进一步，所述液膜厚度检测装置为设置于试验轴或被测试件上的激光位移传感器；进一步，还包括润滑剂循环供给系统，润滑剂循环供给系统的出口和试验舱体上的润滑剂进口连通，润滑剂循环供给系统的进口和试验舱体上的润滑剂出口连通。本发明的有益效果
I、本发明多功能摩擦学性能实验系统能同时进行径向和轴向两个方向加载，更真实地模拟金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的实际复杂工况，并且对金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的性能测试较完整，包括转速、转矩、温升、摩擦特性、试验加载力、密封性能、PV值、动态刚度和动态阻尼等摩擦学综合性能测试，能真实、合理、有效、全面地试验和验证待测金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的综合性能。2、可通过对各伺服电动缸分别独立控制，使试验轴实现对被测试件施加两个相互垂直方向不同频率的激振力，真实地模拟轴承的实际工况，从而获取金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的动态特性，如动态刚度和动态阻尼特性等。3、本发明中的轴套和轴承套均可拆卸，可通过选择不同规格的轴套和轴承套来与不同规格的被测试件配合，从而能实现对不同规格的被测试件进行试验，且轴套和轴承套磨损后易于更换，操作方便，节省费用。4、本发明通过涡轮流量计测出试验舱体的润滑剂进口和润滑剂出口之间的流量差，从而可准确的测试出动密封轴承的密封性，结构简单。5、本发明中的液膜厚度检测装置按轴承类型的不同，分别安装在不同位置，若为刚性轴承，则激光位移传感器安装于固定的轴承上，通过有线传输方式将检测数据输入计算机，数据传输安全稳定；若为弹性轴承，则激光位移传感器安装于旋转的试验轴上，通过无线信号传输方式将检测数据输入计算机，考虑到了弹性轴承内衬的变形，又能动态测试轴承上各点的液膜厚度分布，大大提高了检测数据的准确性。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图I为本发明多功能摩擦学性能实验系统的主视 图2为图I沿A-A的剖视 图3为试验舱体部的轴向剖视图。
具体实施例方式图I为本发明多功能摩擦学性能实验系统的主视图；图2为图I沿A-A的剖视图；图3为试验舱体部的轴向剖视图。各图中带箭头的线段代表检测信号传输或润滑剂的流动。本实施例多功能摩擦学性能实验系统，包括试验舱体I、以可拆卸的方式固定设置于试验舱体I中的轴承套2、设置于轴承套2中并与其同轴的试验轴3、以可拆卸的方式固定外套于试验轴3上的轴套4、用于驱动试验轴3的驱动装置5和用于对试验舱体I加载的 加载装置，轴套4和轴承套2之间的空间为被测试件安装空间，试验舱体I的两端分别与试验轴3转动密封配合，且轴承套2两端外侧的试验舱体I上设置有润滑剂进口 Ia和润滑剂出口 Ib ;
所述加载装置包括沿试验轴径向向试验舱体施加载荷的径向加载装置6和沿试验轴轴向向试验舱体施加载荷的轴向加载装置7 ；
还包括综合性能测试单元，所述综合性能测试单元包括计算机8，综合性能测试单元还包括试验轴转矩转速检测装置、加载力检测装置、润滑剂温度检测装置、试验轴和被测试件间的液膜厚度检测装置、以及流入流出试验舱体润滑剂流量检测装置，所述试验轴转矩转速检测装置、润滑剂温度检测装置、液膜厚度检测装置、流入流出试验舱体润滑剂流量检测装置的检测数据输入计算机。本实施例中，所述试验舱体I和轴承套2之间、以及试验轴3和轴套4之间采用锥面配合,轴承套2和轴套4的拆装方便快捷，通过使用不同规格的轴承套2和轴套4便可对不同的被测试件进行组装，从而实现对不同规格的被测试件进行试验；同时也便于对磨损的轴承套2和轴套4进行更换。当然在不同实施方式中，试验舱体I和轴承套2之间、以及试验轴3和轴套4之间也可采用其他的可拆卸连接方式。并且，在不同实施方式中，综合性能测试单元还可以只包括试验轴转矩转速检测装置、加载力检测装置、润滑剂温度检测装置、试验轴和被测试件间的液膜厚度检测装置、以及流入流出试验舱体润滑剂流量检测装 置中的一种或几种。本实施例中，所述径向加载装置6为两个，并以加载力相互垂直的方式布置，可以模拟被测试件在径向平面内的受力情况，当然径向加载装置6还可为其它数量；所述轴向加载装置7为两个、并在以试验轴轴心线为中心的圆周上均匀布置，可保证被测试件的轴向受力均匀，当然在不同实施方式中，轴向加载装置7的数量还可以为2个以上的其它数。本实施例中，所述径向加载装置6和轴向加载装置7均为伺服电动缸，便于实现自动控制加载力；本实施例中的伺服电动缸和安装基座9间、以及伺服电动缸和试验舱体I间采用铰接的方式连接，可以消除连接部的应力集中和保证正确加载的方向。本实施例中，所述加载力检测装置包括设置在径向加载装置6和试验舱体I结合部的第一压力传感器10和设置在轴向加载装置7和试验舱体I结合部的第二压力传感器11，第一压力传感器10和第二压力传感器11向计算机8输入检测信号，计算机8向伺服电动缸输入控制信号；在试验中可通过对各伺服电动缸分别独立控制，使试验轴实现对被测试件施加两个相互垂直方向不同频率的激振力，真实地模拟轴承工作时的实际受力状况，从而获取金属滑动轴承、水润滑轴承、水润滑动密封轴承的动态特性，如动态刚度和动态阻尼特性等。本实施例中，所述转矩转速检测装置为转矩转速传感器12，所述转矩转速传感器12的动力输入端同驱动装置5的动力输出端连接，转矩转速传感器12的动力输出端同试验轴3连接。本实施例中，所述驱动装置5为变频电机，变频电机5的转子和转矩转速传感器12的动力输入端通过弹性联轴器13连接，转矩转速传感器12的动力输出端和试验轴3也通过弹性联轴器连接，由于试验轴3需加载径向的激振，加载后试验轴会产生径向的高频跳动等运动，通过弹性联轴器来适应各种偏差和精确传递扭矩，并可起到保护传感器的作用；转矩转速传感器12向计算机8输入检测信号，计算机8向变频电机5输入控制信号；驱动装置采用变频电机，便于实现自动控制，当然在不同实施方式中，驱动装置还可采用其他常用动力输出设备，如内燃机等。本实施例中，所述润滑剂温度检测装置包括分别设置于试验舱体I的润滑剂进口Ia和润滑剂出口 Ib旁的温度传感器13和设置于试验舱体I上对试验舱体内润滑剂加热的加热器14 ;温度传感器13的检测数据输入计算机8，计算机8向加热器14输出控制信号；润滑剂温度检测装置可测试被测试件的温升特性，润滑剂温度检测装置可模拟被测试件实际工作时的润滑剂温度状况。本实施例中，所述流量检测装置包括两个涡轮流量计15、压力控制阀16和流量控制阀17，两个涡轮流量15计分别设置于试验舱体I的润滑剂进口 Ia和润滑剂出口 lb，压力控制阀16和流量控制阀17设置于与试验舱体I的润滑剂进口 Ia相连的管路上，涡轮流量计15的检测数据输入计算机8，计算机8向压力控制阀16和流量控制阀17输出控制信号；通过涡轮流量计15测出试验舱体的润滑剂进口和润滑剂出口之间的流量差，从而可准确的测试出动密封轴承的密封性，通过控制压力控制阀16和流量控制阀17，可模拟被测试件实际工作中润滑剂的压力和流量状况。本实施例中，所述液膜厚度检测装置为设置于试验轴3上的激光位移传感器18，激光位移传感器18沿试验轴3轴周向均匀布置多个，当被测试件为弹性轴承时，激光位移传感器需安装于试验轴3上，激光位移传感器18通过无线信号传输方式将检测数据输入计算机8，这种安装方式考虑到了弹性轴承的内衬变形，能动态测试轴承上各点的液膜厚度分布，可大大的提高检测数据的准确性。当然，若被测试件为刚性轴承时，激光位移传感器18可直接设置于被测试件上。本实施例多功能摩擦学性能实验系统还包括润滑剂循环供给系统19，润滑剂循环供给系统19的出口和试验舱体I上的润滑剂进口 Ia连通，润滑剂循环供给系统19的进口和试验舱体I上的润滑剂出口 Ib连通。在具体实施中，润滑剂循环供给系统19还可提供杂质含量可调的润滑剂，从而可更真实的模拟被测试件的实际工作状况。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于包括试验舱体、以可拆卸的方式固定设置于试验舱体中的轴承套、设置于轴承套中并与其同轴的试验轴、以可拆卸的方式固定外套于试验轴上的轴套、用于驱动试验轴的驱动装置和用于对试验舱体加载的加载装置，轴套和轴承套之间的空间为被测试件安装空间，试验舱体的两端分别与试验轴转动密封配合，且轴承套两端外侧的试验舱体上设置有润滑剂进口和润滑剂出口； 所述加载装置包括沿试验轴径向向试验舱体施加载荷的径向加载装置和沿试验轴轴向向试验舱体施加载荷的轴向加载装置； 还包括综合性能测试单元，所述综合性能测试单元包括计算机，综合性能测试单元还包括试验轴转矩转速检测装置、加载力检测装置、润滑剂温度检测装置、试验轴和被测试件间的液膜厚度检测装置、以及流入流出试验舱体润滑剂流量检测装置中的一种、几种或全部，所述试验轴转矩转速检测装置、润滑剂温度检测装置、液膜厚度检测装置、流入流出试验舱体润滑剂流量检测装置的检测数据输入计算机。
2.根据权利要求I所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述径向加载装置为两个，并以加载力相互垂直的方式布置；所述轴向加载装置至少为两个、并在以试验轴轴心线为中心的圆周上均匀布置。
3.根据权利要求2所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述径向加载装置和轴向加载装置均为伺服电动缸。
4.根据权利要求3所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述加载力检测装置包括设置在径向加载装置和试验舱体结合部的第一压力传感器和设置在轴向加载装置和试验舱体结合部的第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器向计算机输入检测信号，计算机向伺服电动缸输入控制信号。
5.根据权利要求I所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述转矩转速检测装置为转矩转速传感器，所述转矩转速传感器的动力输入端同驱动装置的动力输出端连接，转矩转速传感器的动力输出端同试验轴连接。
6.根据权利要求5所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述驱动装置为变频电机，变频电机的转子和转矩转速传感器的动力输入端通过弹性联轴器连接，转矩转速传感器的动力输出端和试验轴通过弹性联轴器连接；转矩转速传感器向计算机输入检测信号，计算机向变频电机输入控制信号。
7.根据权利要求I所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述润滑剂温度检测装置包括分别设置于试验舱体的润滑剂进口和润滑剂出口旁的温度传感器和设置于试验舱体上对试验舱体内润滑剂加热的加热器，温度传感器的检测数据输入计算机，计算机向加热器输出控制信号。
8.根据权利要求I所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述流量检测装置包括两个涡轮流量计、压力控制阀和流量控制阀，两个涡轮流量计分别设置于试验舱体的润滑剂进口和润滑剂出口，压力控制阀和流量控制阀设置于与试验舱体的润滑剂进口相连的管路上，涡轮流量计的检测数据输入计算机，计算机向压力控制阀和流量控制阀输出控制信号。
9.根据权利要求I所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于所述液膜厚度检测装置为设置于试验轴或被测试件上的激光位移传感器。
10.根据权利要求I所述的多功能摩擦学性能实验系统，其特征在于还包括润滑剂循环供给系统，润滑剂循环供给系统的出口和试验舱体上的润滑剂进口连通，润滑剂循环供给系统的进口和试验舱体上的润滑剂出口连通。
全文摘要
本发明公开了一种多功能摩擦学性能实验系统，包括试验舱体、轴承套、试验轴、轴套、试验轴驱动装置、加载装置和综合性能测试单元，轴套和轴承套之间的空间为被测试件安装空间，试验舱体的两端分别与试验轴转动密封配合，试验舱体上设置有润滑剂进口和润滑剂出口；综合性能测试单元包括计算机、转矩转速检测装置、加载力检测装置、润滑剂温度检测装置、液膜厚度检测装置、以及润滑剂流量检测装置。本发明能同时进行径向和轴向加载，更真实地模拟被测试件的实际复杂工况，实现转速、转矩、温升、摩擦特性、试验加载力、PV值、动态刚度和动态阻尼等摩擦学综合性能测试，能真实、全面地试验和验证被测试件的综合性能。
文档编号G01M13/04GK102628747SQ201210139818
公开日2012年8月8日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者刘文红, 周广武, 李俊阳, 杨荣松, 王家序, 蒲伟, 袁佳, 郭胤 申请人:重庆大学