[发明专利]圆盘与平板全塑性接触下测量界面剪切强度的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量界面剪切强度的方法，具体涉及一种圆盘与平板全塑 性接触下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方法及其装置。

背景技术

剪切强度是指材料承受剪切力的能力。大量的实验和工程实践表明， 机械零件处于流体动压润滑时润滑油和零件接触表面的界面上存在剪切 强度，该剪切强度低于润滑油剪切强度。零件处于流体动压润滑时润滑油 -接触表面界面剪切强度发挥作用并对零件的润滑产生重要影响。高的润 滑油-接触表面界面剪切强度使润滑膜厚度增大从而有助于润滑，而低的 润滑油-接触表面界面剪切强度使润滑膜厚度减小从而不利于润滑。实验 表明，高压下润滑油-接触表面界面剪切强度满足下面关系式：

τ_s＝τ_s0+α_sp    (1)

此处，τ_s为润滑油-接触表面界面剪切强度，p为润滑油压力，τ_s0为插 值得到的大气压下润滑油-接触表面界面剪切强度，α_s为润滑油-接触表面 界面剪切强度-润滑油压力比例系数。从式(1)可看出，τ_s0和α_s为润滑油 -接触表面界面剪切强度的两个特征参数，知道了这两个特征参数值，就 可由式(1)计算出给定压力下的润滑油-接触表面界面剪切强度值。

已往确定τ_s0和α_s的方法是：在高压装置中测量不同润滑油压力下的润 滑油-接触表面界面剪切强度，使润滑油在高压接触区因挤压沿固体接触 表面滑动，此时润滑油和固体接触表面间的剪应力即为润滑油-固体接触 表面界面剪切强度，测出此时固体接触表面上的摩擦力F_f并算出固体接触 表面的面积A，F_f与A的商F_f/A即为润滑油-固体接触表面界面剪切强度 τ_s。测出各个润滑油压力下的τ_s值，对这些τ_s测量结果进行线性回归可得 到如式(1)所示的τ_s表达式，由该表达式可得到τ_s0和α_s值。

已往测量方法的缺陷：

1、需要设计专门的高压装置(内压可达到0.5GPa量级)，需要辅助 液压系统提供高的润滑油压力，这么高的内压容易损坏装置，对测量装置 强度和结构设计均提出很高要求。另外需要设计密封装置，防止润滑油从 高压腔中泄漏。还有高压腔表面和挤压润滑油的柱塞外表面均需高精度加 工并获得很高的表面光洁度。因此这种测量装置结构复杂，成本高，而且 润滑油压力受到装置强度的限制而不能达到很高；另一方面，使用这种装 置的测试成本也较高。高压腔测量装置(详见参考文献1)就有这些缺陷。

2、在双圆盘高副线接触的赫兹接触区形成高压，使两圆盘产生一定 的相对滑动(一般滑滚比为0.1左右)，使润滑油在该高压区受到挤压并 通过高副接触区，测出圆盘接触表面上的摩擦力并算出赫兹接触区面积， 两者之商即为润滑油-圆盘接触表面界面剪切强度。由于赫兹区压力分布 接近赫兹压力分布而呈现出显著的不均性，测得的界面剪切强度为赫兹区 润滑油-圆盘接触表面界面平均剪切强度，该剪切强度与赫兹区平均压力 之间本质上不存在线性关系而只具备近似的线性关系。另一方面，在赫兹 区圆盘接触表面上摩擦应力并非处处都达到界面剪切强度，因此测得的界 面剪切强度实际上并非是精确的赫兹区润滑油-圆盘接触表面界面平均剪 切强度。对测量结果通过线性回归得到的界面平均剪切强度-赫兹区平均 压力关系曲线只能近似地表达润滑油-圆盘接触表面界面剪切强度与润滑 油压力之间的线性关系。由回归出的界面平均剪切强度-赫兹区平均压力 线性关系式得到的τ_s0和α_s值只能是近似的，本质上是不精确的。因此这种 测量装置具有测量精度不高的缺陷。双圆盘试验机(详见参考文献2)就 属于这种装置。

3、现有的球冲击试验机(详见参考文献3)测量界面剪切强度的原 理同双圆盘试验机测量原理，也具有本质上存在测量误差和测量精度不高 的缺陷。

本发明涉及的参考文献如下：