专利名称：一种双圆盘式润滑油拖动力试验机的制作方法
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性流体动力润滑拖动力试验机。
背景技术：
弹性流体动力润滑(弹流润滑)主要特点就是同时考虑接触表面的弹性变形和粘压效应，而滚动轴承、齿轮等传动接触件在绝大多数情况下处于弹流润滑状态。比如在滚动轴承中，轴承内圈转动时，滚子与内外圈之间产生弹性变形，滚子与润滑油膜之间就会产生拖动滚子运动的摩擦力称为拖动力。该拖动力对滚动轴承、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拖动力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，根据润滑油的拖动性能进行轴承设计不仅能控制滚动体的滑动和滚动，而且很大程度上保证了保持架的稳定性，从而提高了轴承的寿命。可见，润滑油拖动力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。通过理论计算得到的拖动力误差比较大，工程上一般要通过设计专门的拖动力试验测试装置来测试拖动力。所以进行润滑油拖动力的试验测量装置的研究具有重要意义。目前对润滑油进行拖动特性测试的双圆盘试验机或球盘试验机存在的问题在于I.采用电主轴驱动盘试件(或球试件)，成本较高。2.可以沿拖动力方向转动的盘(或球)试件，其支撑轴承(滚动轴承或静压轴承)本身的摩擦力对于两圆盘(或球盘)之间拖动力的精确测试产生较大影响。3.目前润滑油试验装置只能实现径向加载，不能实现轴向和径向同时加载。4.实盘磨损后，换盘困难。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，设计一种能精确测量润滑油拖动力的试验机，该试验机能模拟润滑油弹流润滑状态真实工况，相应的传动接触件之间滚动运动同时伴有滑动运动，能连续加载，能够准确测量出弹流状态下润滑油拖动力的大小。本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是
一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，包括电动机I、电动机II、联轴器I、联轴器II、下圆盘轴、上圆盘轴、上圆盘和下圆盘、液压加载机构和测力机构组成，电动机I通过联轴器I与下圆盘轴连接，电动机I驱动和下轴圆盘轴连接的下圆盘转动，电动机II通过联轴器II和上圆盘轴连接，上圆盘轴穿过液压加载机构和测力机构并与上圆盘连接，电动机II驱动上圆盘转动；
所述的测力机构包括电阻式应变片、集流环、电阻应变仪和计算机，电阻式应变片贴近上圆盘设置并贴设在上圆盘轴上，集流环套设在上圆盘轴(108)上，并设置在上圆盘与液压加载机构之间，电阻应变片的输出端通过导线与集流环连接，集流环将电信号传输给电阻应变仪，电阻应变仪将数据传递给计算机，计算机通过数据采集和数据采集分析测出弹流拖动力的大小。本发明所述的液压加载机构设有箱体、箱体内设有一个空腔，箱体的内壁上设有凸台，设有轴肩的上圆盘轴穿过空腔，并与凸台与箱体内壁之间形成液压腔，箱体两端分别设有轴承端盖I和轴承端盖II，箱体上端设有进油口，下端设有泄油口，箱体内的两端设有圆柱滚子轴承I和圆柱滚子轴承II，并分别与轴承端盖I和轴承端盖II配合设置。本发明所述的试验机还设有试盘快速更换机构，试盘快速更换机构包括基座、滑道、定位孔、圆柱销，基座表面固定设有滑道，滑道上设有定位孔，滑道上设有与滑道相匹配的可滑动的箱体，圆柱销穿过定位孔将箱体固定在滑道上。本发明所述的运动模拟机构还包括模拟箱，小齿轮、大齿轮、上圆盘和下圆盘设置在模拟箱内，模拟箱上设有用于支撑上圆盘轴的圆柱滚子轴承III。本发明所述的电动机I和电动机II均为无级变速直流调速电动机。 本发明所述的下圆盘的轮缘为锥面。本发明所述的上圆盘的轮缘为锥面。本发明所述的上圆盘的轮缘为锥面，锥面上设有截面为圆弧形的环形凸起。本发明所述的上圆盘轴与上圆盘连接的一端为弹性轴。本发明有益效果为
I、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方向上，因此可以方便地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，使得拖动力测量更加精确。2、本试验机成本低，加载范围大，测力准确，调整方便。3、应变片所贴位置位于所有支撑轴承的前面，所以有效解决了现有技术中的不足，即解决了支撑轴承本身摩擦力对于拾取盘试件之间拖动力的影响。轴向加载力的大小可通过另一组应变片来测量，两个沿轴向，两个沿径向对称布置，搭成全桥电路，消除扭转变形及弯曲变形影响，这个力的检测有效解决了液压加载不精确，不稳定的缺点，可以随时根据检测值调整加载力的大小。4、上圆盘轴上面安装有三个圆柱滚子轴承,三个轴承不仅保证了轴的刚度,而且不抵消轴向的加载力。这样有效保证了加载力的稳定，同时也使试验机结构紧凑，测试的准确度提高。5、试验机的试盘快换部分主要包括了液压箱体，箱体滑道，定位圆柱销。当发现试盘磨损以后，只要拔下圆柱销，拉动箱体(同时拉动里面安装的全部构件)向右移动到指定位置，就实现了上下圆盘在轴向的错开，错开后只需打开箱盖，去掉轴端挡圈后即可换盘，换好以后只要重新向左移动箱体到指定位置，插上圆柱销后即完成了换盘。该部分的设计大大减轻了操作人员的劳动强度，同时也间接的保证了系统的精度在一次调整后不变。
图I为本发明的结构示意 图2为图I的工作原理 图3是本发明拖动力试验机实施例中的液压加载系统的结构示意 图4是本发明拖动力试验机实施例中的盘试件快换部分的结构示意图；图5为本发明的下圆盘的结构示意 图6为本发明的上圆盘的结构示意 图7为本发明的上圆盘的结构示意 图中1、模拟机构，101、电动机I，102、电动机II，103、联轴器I，104、联轴器II，105、小齿轮，106、大齿轮，107、下轴圆盘轴，108、上圆盘轴，109、上圆盘，110、下圆盘，111、模拟箱，112、圆柱滚子轴承III，2、液压加载机构，201、箱体，202、轴肩，203、进油口，204、泄油口，205、轴承端盖I，206、轴承端盖II，207、圆柱滚子轴承I，208、圆柱滚子轴承II，209、空腔，210、凸台，211、液压腔，3、测力机构，301、电阻式应变片，302、集流环，303、电阻应变仪，304、计算机，4、试盘快速更换机构，401、基座，402、滑道，403、定位孔，404、圆柱销。
具体实施例方式如图所示，一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，由运动模拟机构I、液压加载机构·
2、测力机构3和试盘快速更换机构4组成，
所述的液压加载机构2设有箱体201、箱体201内设有一个空腔209，箱体201的内壁上设有凸台210，设有轴肩202的上圆盘轴108穿过空腔209，并与凸台210与箱体201内壁之间形成液压腔211，箱体201两端分别设有轴承端盖I 205和轴承端盖II 206，箱体201上端设有进油口 203，下端设有泄油口 204，箱体201内的两端设有圆柱滚子轴承I 207和圆柱滚子轴承II 208，并分别与轴承端盖I 205和轴承端盖II 206配合设置；
所述的运动模拟机构I包括电动机I 101、电动机II 102、联轴器I 103、联轴器II 104、小齿轮105、大齿轮106、下圆盘轴107、上圆盘轴108、上圆盘109和下圆盘110，
电动机I 101通过联轴器I 103和轴与小齿轮104连接，小齿轮104与大齿轮106相啮合，大齿轮106通过下圆盘轴107与下圆盘110连接；电动机II 102通过联轴器II 104与上圆盘轴108连接，上圆盘轴108依次穿过液压加载机构2的轴承端盖I 205、圆柱滚子轴承I 207、轴肩202、圆柱滚子轴承II 208和轴承端盖II 206，并与上圆盘109连接；上圆盘109和下圆盘110相贴合设置；
所述的测力机构3包括电阻式应变片301、集流环302、电阻应变仪303和计算机304，电阻式应变片301贴近上圆盘109设置并贴设在上圆盘轴108上，集流环302套设在上圆盘轴108上，并设置在上圆盘109与液压加载机构2之间，电阻应变片301的输出端通过导线与集流环302连接，集流环302将电信号传输给电阻应变仪303，电阻应变仪303将数据传递给计算机304，计算机304通过数据采集和数据采集分析测出弹流拖动力的大小；所述的试盘快速更换机构4包括基座401、滑道402、定位孔403、圆柱销404，基座401表面固定设有滑道402，滑道402上设有定位孔403，滑道402上设有与滑道402相匹配的可滑动的箱体201，圆柱销404穿过定位孔403将箱体201固定在滑道402上。所述的运动模拟机构I还包括模拟箱111，小齿轮105、大齿轮106、上圆盘109和下圆盘110设置在模拟箱111内，模拟箱111上设有用于支撑上圆盘轴108的圆柱滚子轴承 III 112。所述的电动机I 101和电动机II 102均为无级变速直流调速电动机。所述的下圆盘110的轮缘为锥面。所述的上圆盘110的轮缘为锥面。
所述的上圆盘110的轮缘为锥面，锥面上设有截面为圆弧形的环形凸起113。所述的上圆盘轴108与上圆盘109连接的一端为弹性轴。运动模拟机构为驱动上圆盘转动的部分，驱动下圆盘转动的部分。从左向右看，驱动下圆盘转动的部分是由左侧电动机I 101通过键连接带动联轴器I 103运动，联轴器
I103通过键连接带动轴运动，轴通过键连接带动小齿轮105转动，小齿轮105带动大齿轮106转动，大齿轮106通过键连接带动下圆盘轴107及下圆盘轴107上的下圆盘110转动。驱动上圆盘的是右侧电动机II 102，电动机II 102通过键连接带动联轴器II 104运动，联轴器II 104通过键连接带动上圆盘轴108运动，上圆盘 轴108通过键连接带动上圆盘109运动。下圆盘110的轮缘为锥面，上圆盘109的结构有两种，一种是轮缘为锥面，可以与下圆盘配合模拟线接触，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，可以模拟点接触。两台电动机I 101和电动机II 102均为无级变速直流调速电动机，通过调节两台电机的转速，使得上下圆盘的线速度不同，可模拟接触件之间的滚动伴有滑动的运动状态。电动机I 101和电动机II 102的额定转速为n=3000r/min，齿轮传动的传动比为i=5. 45,圆盘接触区域的直径为d=96mm,由此可以计算出圆盘的最大线速度为v=15. 07m/S。而圆盘达到弹流润滑状态的最小线速度要求为2m/s，完全可以满足实验的要求。液压加载机构如图3所述。箱体201与上圆盘轴108的轴肩202，进油口 203，泄油口 204构成了一个液压缸结构，轴肩202相当于液压缸中的活塞。液压油从进油口 203进入，然后推动轴肩202，实现了轴向的液压加载。由于上下圆盘轮缘的锥面结构，使得轴向方向加载的力具有垂直于接触面的法向分量，从而使上圆盘与下圆盘形成法向加载。在卸载时，通过泄油口 204，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。而上圆盘轴108的固定支撑是通过两个圆柱滚子轴承及轴承端盖实现。此处结构采用圆柱滚子轴承可允许上圆盘轴108的微小的轴向移动，这个移动是因为上下圆盘的磨损，并在加载力的作用下产生的。试盘快速更换机构，如图4所示。该部分设计的目的是为了解决下面的一个问题。盘试件在运行一段时间后，因为磨损需要更换，为了解决快速换盘问题，特设计了该部分结构。如图所示，滑道402通过螺栓连接在试验机的基座401上，滑道里面安装的是液压箱体201，箱体201可以在滑道402中滑动，移动范围为30mm，在图I中已经表示出来。当移动到设定的位置后，圆柱销404会插入在滑道中做好的定位孔403，实现定位。当需要更换试盘的时候，只要把圆柱销拔掉，然后就可以将箱体201带上圆盘轴108、上圆盘109—起从圆盘的接触区域移动出去，然后实现换盘，而不需要将整个装置拆卸。测力机构如图2所示。包括粘贴在上圆盘轴108最细部分上的电阻式应变片301、装在上圆盘轴108上的集流环302，还有电阻应变仪303和计算机304。上圆盘轴108最细部分是一段弹性轴，本实施例中为了提高拖动力矩的测试灵敏度，将弹性轴段加工成直径15mm的弹性轴，使得拖动力矩变化时，轴变形的变化较大，应变片能较灵敏地测试出拖动力矩的变化。集流环302的作用是将转动轴上的电信号传递到静止的电阻应变仪和计算机上面。电阻式应变传感器的输出端经导线沿上圆盘轴108上所开设的槽引到集流环302上，将信号传递到电阻应变仪上，最后通过计算机的数据采集板和数据采集程序即可测出弹流拖动力的大小。为了同时测量拖动力和轴向加载力的大小，在弹性轴段处贴两组应变片，其中一组测拖动力，用四个应变片搭成全桥电路，四个沿轴向成45度角布置，这样可消除轴向变形及弯曲变形的影响，精确测量拖动力大小；一组测加载力，同样用四个应变片搭成全桥电路测量，两个沿轴向，两个沿径向对称布置，消除扭转变形及弯曲变形影响，精确测量加载力大小。以往的双圆盘试验机采用电主轴跟静压轴承，其摩擦系数在O. 002附近，虽然摩擦系数很小，但是因为拖动力本身就很小，也会产生出10%的测量误差，如果使用的是滚动轴承，则摩擦系数在O. 02附近，这样测量的误差就更大了。本试验机因为将应变片帖在了所有轴承的前面，根据材料力学的知识，轴承的摩擦力对牵引力的测量没有任何影响，也就是说本实验机可以至少提高10%的测量精度，有效解决了轴承摩擦力对测量精度的影响。在进行试验时，首先对圆盘接触区喷润滑油，然后启动电动机I 101和电动机
II102，并调整电动机I 101和电动机II 102的转速，使得上下圆盘接触点处于纯滚动状态。然后打开液压加载机构进行加载，由于圆盘的锥形结构，使得圆盘接触处可实现法向加载。 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。通过电动机I 101和电动机II 102的调速调整上下圆盘试件的转速，使得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拖动力。在拖动力的作用下，使得上圆盘试件所在的上圆盘轴108发生一定的扭转变形，其中的弹性轴段的变形通过粘贴在其上的电阻应变式传感器测得，把变形信号转化为电信号，电信号通过导线沿在主轴上开设的槽引到集流环，再传递到电阻应变仪，输出电压信号，电压信号通过电脑中的数据采集板转化为数字信号，经数据采集程序换算成拖动力矩或拖动力的数值。
权利要求
1.一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于包括电动机I (101)、电动机II(102)、联轴器I (103)、联轴器II (104)、下圆盘轴(107)、上圆盘轴(108)、上圆盘(109)和下圆盘(110 )、液压加载机构(2 )和测力机构(3 )组成，电动机I (101)通过联轴器1(103)与下圆盘轴(107)连接，电动机I (101)驱动和下轴圆盘轴(107)连接的下圆盘(110)转动，电动机II (102)通过联轴器II (104)和上圆盘轴(108)连接，上圆盘轴(108)穿过液压加载机构(2 )和测力机构(3 )并与上圆盘(109 )连接，电动机II (102 )驱动上圆盘(109 )转动； 所述的测力机构(3)包括电阻式应变片(301)、集流环(302)、电阻应变仪(303)和计算机(304)，电阻式应变片(301)贴近上圆盘(109)设置并贴设在上圆盘轴(108)上，集流环(302)套设在上圆盘轴(108)上，并设置在上圆盘(109)与液压加载机构(2)之间，电阻应变片(301)的输出端通过导线与集流环(302 )连接，集流环(302 )将电信号传输给电阻应变仪(303)，电阻应变仪(303)将数据传递给计算机(304)，计算机(304)通过数据采集和数据采集分析测出弹流拖动力的大小。
2.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的液压加载机构(2)设有箱体(201)、箱体(201)内设有一个空腔(209)，箱体(201)的内壁上设有凸台(210)，设有轴肩(202)的上圆盘轴(108)穿过空腔(209)，并与凸台(210)与箱体(201)内壁之间形成液压腔(211)，箱体(201)两端分别设有轴承端盖I (205)和轴承端盖II (206),箱体(201)上端设有进油口(203)，下端设有泄油口(204)，箱体(201)内的两端设有圆柱滚子轴承I (207)和圆柱滚子轴承II (208)，并分别与轴承端盖I (205)和轴承端盖II (206)配合设置。
3.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的试验机还设有试盘快速更换机构(4)，试盘快速更换机构(4)包括基座(401)、滑道(402)、定位孔(403)、圆柱销(404)，基座(401)表面固定设有滑道(402)，滑道(402)上设有定位孔(403)，滑道(402)上设有与滑道(402)相匹配的可滑动的箱体(201)，圆柱销(404)穿过定位孔(403 )将箱体(201)固定在滑道(402 )上。
4.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的运动模拟机构(I)还包括模拟箱(111)，小齿轮(105 )、大齿轮(106 )、上圆盘(109 )和下圆盘(110)设置在模拟箱(111)内，模拟箱(111)上设有用于支撑上圆盘轴(108)的圆柱滚子轴承 III (112)。
5.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的电动机I (101)和电动机II (102)均为无级变速直流调速电动机。
6.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的下圆盘(110)的轮缘为锥面。
7.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的上圆盘(110)的轮缘为锥面。
8.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的上圆盘(110)的轮缘为锥面，锥面上设有截面为圆弧形的环形凸起(113)。
9.如权利要求书所述的一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，其特征在于所述的上圆盘轴(108)与上圆盘(109)连接的一端为弹性轴。
全文摘要
一种双圆盘式润滑油拖动力试验机，包括电动机Ⅰ、电动机Ⅱ、联轴器Ⅰ、联轴器Ⅱ、下圆盘轴、上圆盘轴、上圆盘和下圆盘、液压加载机构和测力机构组成，该试验机能模拟润滑油弹流润滑状态真实工况，相应的传动接触件之间滚动运动同时伴有滑动运动，能连续加载，能够准确测量出弹流状态下润滑油拖动力的大小。
文档编号G01N13/00GK102818752SQ20121028608
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者王燕霜, 尹宇鹤, 李璞, 曹佳伟, 李燕, 袁倩倩 申请人:河南科技大学