技術領域:

本發(fā)明屬于高副點接觸彈流摩擦力測量領域，涉及一種摩擦力測量實驗模擬裝置，特別是一種高應力接觸潤滑油油膜摩擦力的模擬測量裝置，能夠?qū)η蜉S承在不同運動狀態(tài)條件下的摩擦力進行模擬測量。

背景技術：
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工程中的大量零部件為高副接觸，取決于運行工況其潤滑狀態(tài)大都處于彈流潤滑、混合潤滑和邊界潤滑下，對于混合潤滑和邊界狀態(tài)下的潤滑機制探索是摩擦學領域研究的重點，特別是加工技術的對接觸副表面質(zhì)量的提升以及新型潤滑材料的使用，使得對于潤滑機制需要進行重新認識，而這需要借助接觸副內(nèi)潤滑油摩擦力這一評估手段，高應力接觸潤滑油油膜摩擦力測量主要通過引力試驗機來進行，現(xiàn)有技術中，申請?zhí)枮閏n2736771y的中國專利公開了一種潤滑油綜合性能評價試驗機，其包括動力裝置，摩擦副，盛油裝置，加載裝置，固定軸，所述摩擦副包括轉(zhuǎn)子和定子，該專利采用砝碼負重，利用杠桿原理，使摩擦點的定子與轉(zhuǎn)子發(fā)生滑動摩擦，通過溫控裝置測試記錄最終油溫變化以及摩擦副磨痕來評價潤滑油的抗磨性能，該實用新型設計簡單、操作方便、并且易于攜帶，但是，該專利仍然存在以下缺陷，一是通過磨痕來評價潤滑油的減摩抗磨性能準確性不高，沒有一個準確的標準來評判磨痕的大小，而且磨痕本身也是毫無規(guī)律的，不同的人對磨痕的判斷也不相同，會導致人員誤差，二是每測試一次之后就需要更換和修復摩擦副，增加了人力物力財力，三是溫度易受外界環(huán)境影響，使得測量結果的準確度不高，四是該實用新型不能第一時間得出測試結果，需要計算。因此，為克服以往測量裝置中的技術缺陷，開發(fā)一種切實可行的實驗裝置對高應力接觸潤滑油膜摩擦力進行準確測量，以對其研究提供數(shù)據(jù)支持，在對高應力接觸潤滑油膜摩擦力研究過程中，為了簡化分析將滾子與軸承滾道的接觸等效為滾子與平面的接觸，設計制備一種高應力接觸潤滑油油膜摩擦力的模擬測量裝置。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的問題，尋求設計提供一種高應力接觸潤滑油油膜摩擦力的模擬測量裝置，利用鋼球和平面圓鋼盤的接觸來模擬滾子與軸承滾道的接觸，來獲得準確性高、重復性好的摩擦力數(shù)據(jù)，以對高應力接觸潤滑油膜摩擦力研究提供實驗數(shù)據(jù)支持。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的高應力接觸潤滑油油膜摩擦力的模擬測量裝置的主體結構包括：支撐平臺、圓盤驅(qū)動裝置、鋼球固定裝置、傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置、加載回轉(zhuǎn)裝置和平移裝置；支撐平臺是底部為四腳支撐結構，四個支撐腳的上端分別與臺面的四角處固定連接；所述圓盤驅(qū)動裝置固定置于支撐平臺上表面靠近前邊沿處，其主體結構包括：圓鋼盤、固定裝置、從動帶輪、從動軸、盤驅(qū)電機支座、盤驅(qū)電機、同步帶輪、固定盤和套筒；圓鋼盤固定置于從動軸的上端，所述圓鋼盤的上端置有用以固定圓鋼盤的圓形固定裝置，所述從動軸的下端穿過平移裝置上的固定通孔，并且從動軸下端固定置有從動帶輪，用以傳遞同步帶輪的動力以帶動從動軸轉(zhuǎn)動，從動軸的下端貼近從動帶輪的上側(cè)活動式套有柱形空心套筒，套筒上端固定連接有固定盤，所述從動軸能夠繞套筒中間的腔室自由轉(zhuǎn)動，所述固定盤和固定通孔的圓周邊沿處對應位置均開有螺栓孔，用以將固定盤固定于臺面上并用以固定圓盤驅(qū)動裝置；工形結構的盤驅(qū)電機支座固定于臺面的右邊沿靠后處，所述盤驅(qū)電機支座的槽口朝內(nèi)，并且槽口內(nèi)固定置有用以提供動力的盤驅(qū)電機，所述盤驅(qū)電機的輸出軸穿過盤驅(qū)電機支座的下側(cè)板與同步帶輪連接，用以帶動同步帶輪轉(zhuǎn)動。

所述鋼球固定裝置位于圓鋼盤的上側(cè)，其主體結構包括：鋼球支座、鋼球套筒、張緊線螺母和鋼球；鋼球支座為圓桿狀結構，其上端與加載回轉(zhuǎn)裝置中的加載板的外端連接，用以將加載回轉(zhuǎn)裝置加載的力傳遞至鋼球支座，鋼球支座的下端螺紋連接圓柱狀鋼球套筒，鋼球套筒的外側(cè)面靠上處置有兩個張緊線螺母，所述鋼球套筒上的兩個張緊線螺母之間的夾角為180°；通過張緊線與傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置中的壓力傳感器連接；所述鋼球套筒的下端套有鋼球，鋼球的下端與圓鋼盤接觸來作為高應力接觸副，并通過壓力傳感器來觀測接觸副摩擦力變化過程。

所述傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置位于平移臺左右邊沿靠前處，其主體結構包括：一維平移臺、支座腳、支撐螺釘、傳感器連接板和拉壓力傳感器；所述一維平移臺與平移臺活動式連接，并且只能夠沿平移臺左右移動，所述一維平移臺的上表面固定置有l(wèi)型結構的支座腳，支座腳的上側(cè)中間處與支撐螺釘?shù)南露诉B接，所述傳感器連接板為l型彎折板結構，下端為豎直平板結構，上端為向外側(cè)彎折的短橫板結構，所述豎直平板結構的外側(cè)緊貼近支座腳的內(nèi)側(cè)，所述豎直平板結構的內(nèi)側(cè)中間處固定置有拉壓力傳感器，所述拉壓力傳感器通過張緊線與張緊線螺母連接，所述支撐螺釘?shù)纳蟼?cè)與傳感器連接板的短橫板結構連接，通過調(diào)節(jié)支撐螺釘來調(diào)節(jié)傳感器連接板的高度，進一步調(diào)節(jié)壓力傳感器的高度。

所述加載回轉(zhuǎn)裝置固定置于平移臺的后邊沿中間處，其主體結構包括：加載板、彈簧調(diào)節(jié)螺母、彈簧、彈簧座、支撐側(cè)板、推力軸、軸承座和推力球軸承；空心圓柱結構的軸承座固定置于平移臺上，其中間空腔處置有推力球軸承，所述推力球軸承與推力軸的下端軸承連接，推力軸能夠繞推力球軸承在水平方向自由轉(zhuǎn)動，所述推力軸的上側(cè)為長方體板狀結構，并且推力軸的中間處與平板狀結構的彈簧座連接，所述推力軸的上端與支撐側(cè)板的一端轉(zhuǎn)動式連接，支撐側(cè)板能夠繞推力軸上下轉(zhuǎn)動；所述支撐側(cè)板的另一端與加載板的一端連接，所述加載板的另一端與鋼球支座連接，用以對鋼球固定裝置進行加載；所述彈簧座的上側(cè)固定置有彈簧調(diào)節(jié)螺母，彈簧調(diào)節(jié)螺母的上端置有彈簧，彈簧的上端與加載板靠近支撐側(cè)板的一端的底部連接，用以通過調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)螺母來控制加載板所加載力的大小。

所述平移裝置包括：臺面、滑塊、導軌、平移板、螺紋前座、螺紋后座、平移螺桿和固定通孔；臺面的靠近前邊沿處開有固定通孔，臺面的上側(cè)置有平移板，所述平移板的下表面上置有螺紋前座，所述臺面的上表面上置有螺紋后座，螺紋前座和螺紋后座通過平移螺桿連接，平移螺桿旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)平移板的水平移動，臺面的上表面置有沿臺面前后方向延伸的直線導軌和滑塊結構，所述平移板的下表面開有與導軌和滑塊配合的溝槽，滑塊能夠在溝槽中的滑動，用以降低了平移板移動過程中的摩擦阻力，并通過平移板前后移動來帶動鋼球固定裝置、傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置和加載回轉(zhuǎn)裝置前后移動，用以調(diào)節(jié)圓鋼盤的回轉(zhuǎn)半徑。

本發(fā)明在測量高應力接觸潤滑油油膜摩擦力時，具體測量步驟如下：

1、回轉(zhuǎn)半徑和加載力的調(diào)整：

先調(diào)整平移螺桿來調(diào)整平移板的前后位置，通過臺面位置的移動來調(diào)整鋼球的回轉(zhuǎn)半徑，根據(jù)所需加載力的大小來調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)螺母，再將對應重量的砝碼放在加載板上進行準確加載；

2、拉壓力傳感器位置的調(diào)整：

先調(diào)整支撐螺釘來調(diào)整傳感器連接板的高度，使拉壓力傳感器達到所需要的高度，調(diào)整完畢后固定好支撐螺釘，再移動一維平移臺來調(diào)整所需要張緊力的大小，調(diào)整完畢后固定一維平移臺；

3、摩擦力的獲?。?/p>

啟動盤驅(qū)電機，盤驅(qū)電機通過同步帶輪帶動從動帶輪轉(zhuǎn)動，將動力傳遞至從動軸上來帶動圓鋼盤轉(zhuǎn)動，圓鋼盤和鋼球共同組成高應力接觸副，兩個拉壓力傳感器對拉的方式與加載板通過張緊線相連，兩個拉壓力傳感器連接到平移臺上，通過移動平移臺來拉緊張緊線，加載板在未受到兩個拉壓力傳感器緊約束的條件下，能夠繞加載回轉(zhuǎn)裝置自由回轉(zhuǎn)；而當加載板被兩個拉壓力傳感器對拉約束后，加載板的在接觸副摩擦力作用下，將會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)趨勢，該趨勢傳遞到拉壓力傳感器上，進而獲取摩擦力；

4、摩擦力的在線測量和存儲：

通過拉壓力傳感器測量出圓鋼盤與鋼球摩擦力，由數(shù)據(jù)采集卡usb捕獲并傳輸?shù)絧c端，由pc端將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫，對數(shù)據(jù)采集的labview進行程序設計，實現(xiàn)labview與普通數(shù)據(jù)采集卡usb的結合，進而實現(xiàn)信號的采集、處理和數(shù)據(jù)存儲，通過采集界面來直接讀出摩擦力，完成摩擦力的在線測量和存儲；

5、測量設備的標定：

采用兩個拉壓力傳感器對拉能夠?qū)崿F(xiàn)對測量過程中的系統(tǒng)誤差進行標定，由于加載板的回轉(zhuǎn)需要通過推力球軸承支撐來實現(xiàn)，若使鋼球產(chǎn)生運動或運動趨勢，必須克服推力軸承本身的滾動摩擦力，為了保證摩擦力測量的準確性，必須標定出推力球軸承中的摩擦力矩，采用陳俊等設計的傳感器對拉實驗，由拉壓力傳感器測量出的數(shù)值進行修正，假設阻礙鋼球運動的摩擦力矩為m，將兩個拉壓力傳感器分別命名為傳感器1和傳感器2來進行區(qū)分，當傳感器1固定，傳感器2勻速運動時，傳感器1得到拉力值f1，傳感器2得到f2，有：

f2x2＝f1x1+m(1)

令上式中則有

f2＝b+f1k(2)

其中，x1、x2分別表示傳感器1和傳感器2到回轉(zhuǎn)中心的距離，需要說明的是，雖然對拉實驗球-盤并未接觸，但是實驗中的f2可等效為摩擦力系統(tǒng)中球-盤接觸后潤滑油膜給鋼球施加的實際摩擦力，因此，為了消除了推力球軸承中摩擦力矩的影響，只需讀取傳感器f1的數(shù)值，潤滑油膜施加給鋼球的實際摩擦力f2則通過擬合公式計算得到。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，采用鋼球與圓鋼盤配合的結構作為高應力接觸副，并通過拉壓力傳感器來時時獲得接觸副摩擦力變化過程，提高了測量數(shù)據(jù)的準確性和重復性，平移板能夠沿臺面前后移動來調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)半徑，實用性好，加載回轉(zhuǎn)裝置能夠根據(jù)需要精確控制加載力的大小，以保證測量結果的準確性，同時提高了設備的操作靈活性，其主體結構簡單，設計構思巧妙，測量結果準確，操作簡單方便，原理科學，使用方便靈活，實用性強，應用環(huán)境好，市場前景廣闊。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的主體結構原理示意圖。

圖2為本發(fā)明涉及的圓盤驅(qū)動裝置的主體結構原理示意圖。

圖3為本發(fā)明涉及的鋼球固定裝置的主體結構原理示意圖。

圖4為本發(fā)明涉及的傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置的主體結構原理示意圖。

圖5為本發(fā)明涉及的加載回轉(zhuǎn)裝置的主體結構原理示意圖。

圖6為本發(fā)明涉及的軸承座的縱剖面結構原理示意圖。

圖7為本發(fā)明涉及的平移裝置的主體結構原理示意圖。

具體實施方式：

下面通過實施例并結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

實施例：

本實施例涉及的高應力接觸潤滑油油膜摩擦力的模擬測量裝置的主體結構包括：支撐平臺1、圓盤驅(qū)動裝置2、鋼球固定裝置3、傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置4、加載回轉(zhuǎn)裝置5和平移裝置6；支撐平臺1是底部為四腳支撐結構，四個支撐腳的上端分別與臺面61的四角處固定連接；所述圓盤驅(qū)動裝置2固定置于支撐平臺1上表面靠近前邊沿處，其主體結構包括：圓鋼盤21、固定裝置22、從動帶輪23、從動軸24、盤驅(qū)電機支座25、盤驅(qū)電機26、同步帶輪27、固定盤28和套筒29；圓鋼盤21固定置于從動軸24的上端，所述圓鋼盤21的上端置有用以固定圓鋼盤21的圓形固定裝置22，所述從動軸24的下端穿過平移裝置6上的固定通孔68，并且從動軸24下端固定置有從動帶輪23，用以傳遞同步帶輪27的動力以帶動從動軸24轉(zhuǎn)動，從動軸24的下端貼近從動帶輪23的上側(cè)活動式套有柱形空心套筒29，套筒29上端固定連接有固定盤28，所述從動軸24能夠繞套筒29中間的腔室自由轉(zhuǎn)動，所述固定盤28和固定通孔68的圓周邊沿處對應位置均開有螺栓孔，用以將固定盤28固定于臺面61上并用以固定圓盤驅(qū)動裝置2；工形結構的盤驅(qū)電機支座25固定于臺面61的右邊沿靠后處，所述盤驅(qū)電機支座25的槽口朝內(nèi)，并且槽口內(nèi)固定置有用以提供動力的盤驅(qū)電機26，所述盤驅(qū)電機26的輸出軸穿過盤驅(qū)電機支座25的下側(cè)板與同步帶輪27連接，用以帶動同步帶輪27轉(zhuǎn)動。

所述鋼球固定裝置3位于圓鋼盤21的上側(cè)，其主體結構包括：鋼球支座31、鋼球套筒32、張緊線螺母33和鋼球34；鋼球支座31為圓桿狀結構，其上端與加載回轉(zhuǎn)裝置5中的加載板51的外端連接，用以將加載回轉(zhuǎn)裝置5加載的力傳遞至鋼球支座31，鋼球支座31的下端螺紋連接圓柱狀鋼球套筒32，鋼球套筒32的外側(cè)面靠上處置有兩個張緊線螺母33，所述鋼球套筒32上的兩個張緊線螺母33之間的夾角為180°；通過張緊線與傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置4中的壓力傳感器45連接；所述鋼球套筒32的下端套有鋼球34，鋼球34的下端與圓鋼盤21接觸來作為高應力接觸副，并通過壓力傳感器45來觀測接觸副摩擦力變化過程。

所述傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置4位于平移臺64左右邊沿靠前處，其主體結構包括：一維平移臺41、支座腳42、支撐螺釘43、傳感器連接板44和拉壓力傳感器45；所述一維平移臺41與平移臺64活動式連接，并且只能夠沿平移臺64左右移動，所述一維平移臺41的上表面固定置有l(wèi)型結構的支座腳42，支座腳42的上側(cè)中間處與支撐螺釘43的下端連接，所述傳感器連接板44為l型彎折板結構，下端為豎直平板結構，上端為向外側(cè)彎折的短橫板結構，所述豎直平板結構的外側(cè)緊貼近支座腳42的內(nèi)側(cè)，所述豎直平板結構的內(nèi)側(cè)中間處固定置有拉壓力傳感器45，所述拉壓力傳感器45通過張緊線與張緊線螺母33連接，所述支撐螺釘43的上側(cè)與傳感器連接板44的短橫板結構連接，通過調(diào)節(jié)支撐螺釘43來調(diào)節(jié)傳感器連接板44的高度，進一步調(diào)節(jié)壓力傳感器45的高度。

所述加載回轉(zhuǎn)裝置5固定置于平移臺64的后邊沿中間處，其主體結構包括：加載板51、彈簧調(diào)節(jié)螺母52、彈簧53、彈簧座54、支撐側(cè)板55、推力軸56、57、軸承座58和推力球軸承59；空心圓柱結構的軸承座58固定置于平移臺64上，其中間空腔處置有推力球軸承59，所述推力球軸承59與推力軸56的下端軸承連接，推力軸56能夠繞推力球軸承59在水平方向自由轉(zhuǎn)動，所述推力軸56的上側(cè)為長方體板狀結構，并且推力軸56的中間處與平板狀結構的彈簧座54連接，所述推力軸56的上端與支撐側(cè)板55的一端轉(zhuǎn)動式連接，支撐側(cè)板55能夠繞推力軸56上下轉(zhuǎn)動；所述支撐側(cè)板55的另一端與加載板51的一端連接，所述加載板51的另一端與鋼球支座31連接，用以對鋼球固定裝置3進行加載；所述彈簧座54的上側(cè)固定置有彈簧調(diào)節(jié)螺母52，彈簧調(diào)節(jié)螺母52的上端置有彈簧53，彈簧的上端與加載板51靠近支撐側(cè)板55的一端的底部連接，用以通過調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)螺母52來控制加載板51所加載力的大小。

所述平移裝置6包括：臺面61、滑塊62、導軌63、平移板64、螺紋前座65、螺紋后座66、平移螺桿67和固定通孔68；臺面61的靠近前邊沿處開有固定通孔68，臺面61的上側(cè)置有平移板64，所述平移板64的下表面上置有螺紋前座65，所述臺面61的上表面上置有螺紋后座66，螺紋前座65和螺紋后座66通過平移螺桿67連接，平移螺桿67旋轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)平移板64的水平移動，臺面61的上表面置有沿臺面61前后方向延伸的直線導軌63和滑塊62結構，所述平移板64的下表面開有與導軌63和滑塊62配合的溝槽，滑塊62能夠在溝槽中的滑動，用以降低了平移板64移動過程中的摩擦阻力，并通過平移板64前后移動來帶動鋼球固定裝置3、傳感器固定及調(diào)節(jié)裝置4和加載回轉(zhuǎn)裝置5前后移動，用以調(diào)節(jié)圓鋼盤21的回轉(zhuǎn)半徑。

本實施例在測量高應力接觸潤滑油油膜摩擦力時，具體測量步驟如下：

(1)回轉(zhuǎn)半徑和加載力的調(diào)整：

先調(diào)整平移螺桿67來調(diào)整平移板64的前后位置，通過臺面61位置的移動來調(diào)整鋼球34的回轉(zhuǎn)半徑，根據(jù)所需加載力的大小來調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)螺母52，再將對應重量的砝碼放在加載板51上進行準確加載；

(2)拉壓力傳感器位置的調(diào)整：

先調(diào)整支撐螺釘43來調(diào)整傳感器連接板44的高度，使拉壓力傳感器45達到所需要的高度，調(diào)整完畢后固定好支撐螺釘43，再移動一維平移臺41來調(diào)整所需要張緊力的大小，調(diào)整完畢后固定一維平移臺41；

(3)摩擦力的獲取：

啟動盤驅(qū)電機26，盤驅(qū)電機26通過同步帶輪27帶動從動帶輪23轉(zhuǎn)動，將動力傳遞至從動軸24上來帶動圓鋼盤21轉(zhuǎn)動，圓鋼盤21和鋼球34共同組成高應力接觸副，兩個拉壓力傳感器45對拉的方式與加載板51通過張緊線相連，兩個拉壓力傳感器45連接到平移臺64上，通過移動平移臺64來拉緊張緊線，加載板51在未受到兩個拉壓力傳感器45緊約束的條件下，能夠繞加載回轉(zhuǎn)裝置5自由回轉(zhuǎn)；而當加載板51被兩個拉壓力傳感器45對拉約束后，加載板51的在接觸副摩擦力作用下，將會產(chǎn)生回轉(zhuǎn)趨勢，該趨勢傳遞到拉壓力傳感器45上，進而獲取摩擦力；

(4)摩擦力的在線測量和存儲：

通過拉壓力傳感器45測量出圓鋼盤21與鋼球34摩擦力，由數(shù)據(jù)采集卡usb5935捕獲并傳輸?shù)絧c端，由pc端將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫，對數(shù)據(jù)采集的labview進行程序設計，實現(xiàn)labview與普通數(shù)據(jù)采集卡usb5935的結合，進而實現(xiàn)信號的采集、處理和數(shù)據(jù)存儲，通過采集界面來直接讀出摩擦力，完成摩擦力的在線測量和存儲；

(5)測量設備的標定：

采用兩個拉壓力傳感器45對拉能夠?qū)崿F(xiàn)對測量過程中的系統(tǒng)誤差進行標定，由于加載板51的回轉(zhuǎn)需要通過推力球軸承59支撐來實現(xiàn)，若使鋼球(滾子)產(chǎn)生運動或運動趨勢，必須克服推力球軸承59本身的滾動摩擦力，為了保證摩擦力測量的準確性，必須標定出推力球軸承59中的摩擦力矩，采用陳俊等設計的傳感器對拉實驗，由拉壓力傳感器45測量出的數(shù)值進行修正，假設阻礙鋼球34運動的摩擦力矩為m，將兩個拉壓力傳感器45分別命名為傳感器1和傳感器2來進行區(qū)分，當傳感器1固定，傳感器2勻速運動時，傳感器1得到拉力值f1，傳感器2得到f2，有：

f2x2＝f1x1+m(1)

令上式中則有

f2＝b+f1k(2)

其中，x1、x2分別表示傳感器1和傳感器2到回轉(zhuǎn)中心的距離，需要說明的是，雖然對拉實驗球-盤并未接觸，但是實驗中的f2可等效為摩擦力系統(tǒng)中球-盤接觸后潤滑油膜給鋼球施加的實際摩擦力，因此，為了消除了軸承中摩擦力矩的影響，本實施例只需讀取傳感器f1的數(shù)值，潤滑油膜施加給鋼球的實際摩擦力f2則通過擬合公式計算得到。