[发明专利]一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置

说明书

本发明属于高应力接触副摩擦学特性测量技术领域，涉及一种球‑三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元分别安装在支撑单元的操作台上，测试头单元内的钢球与回转驱动单元连接，测试头单元的下端与测试头加载升降单元连接，摩擦力测量单元与测试头加载升降单元配合，用于测量测试头单元内接触副的摩擦力；支撑单元连接和支撑钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元和摩擦力测量单元；其结构简单，操作方便，测量数据准确、测量结果重复性强，便于对高副接触摩擦学特性进行定量分析研究。

技术领域：

本发明属于高应力接触副摩擦学特性测量技术领域，涉及一种纯滑动工况条件下的接触副的摩擦、磨损与润滑油膜实验测量装置，特别是一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置。

背景技术：

在机械传动装置中，大量核心零部件如轴承、齿轮、凸轮等属于高副接触，这些零部件的摩擦学特性对设备运行精度、使用寿命、功率消耗等方面产生了重要影响。了解高应力接触副内的摩擦、磨损和润滑状态，对于指导机械部件的摩擦学设计、表面处理和润滑油品的开发具有重要意义。

摩擦试验机是评价接触副摩擦学特性的有效手段，为了对高副接触的摩擦力、磨损和润滑油膜厚度进行测量，国内外出现了不同类型的摩擦学测量设备。目前，有的设备通过测量摩擦力曲线和磨损(如磨斑尺寸)来反映摩擦副的抗磨能力或润滑剂的承载能力；有的设备通过测量油膜厚度和摩擦力来反映摩擦副的成膜能力或润滑剂的流变特性；同时摩擦学测试需要与表面分析技术相结合，以探求摩擦学内在机理，例如研究人员以润滑油膜厚度与表面粗糙度的比值来分析润滑状态。随着人们对摩擦学的深入研究，摩擦学理论与应用已从宏观向微观转化，研究人员更倾向于定量理解摩擦特征的动态演化过程，这就需要在摩擦学测量过程同时提取摩擦、磨损与润滑信息，实时建立三者之间的内在联系，但现有的设备要么可以同时测量摩擦力和磨损，而缺少膜厚的测量；要么可以同时测量膜厚和摩擦力，但对磨损的分析采用离线方式，而不能在线实时追踪磨损的过程。因此，考虑到摩擦学前沿研究的需求及现有测量装置中的技术限制，设计开发一种全新的摩擦学实验装置，对高应力接触摩擦力、磨损和润滑油膜厚度进行同时测量，以对摩擦学机理研究提供数据支持。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，能够同时测量接触副内的摩擦力、磨损和润滑油膜厚度，以同时获取三者的信息，为摩擦学机理研究提供测量数据。

为了实现上述目的，本发明所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置包括测试头单元、钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元和支撑单元六个功能部分，钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元分别安装在支撑单元的操作台上，测试头单元内的钢球与回转驱动单元连接，回转驱动单元驱动钢球旋转，实现不同速度的调节；测试头单元的下端与测试头加载升降单元连接，测试头加载升降单元实现测试头单元内测试头的加载与升降；润滑油膜测量单元用于测量测试头单元内钢球与玻璃块构成的接触副内的润滑油膜厚度、油膜外形和接触副表面的磨损状态；摩擦力测量单元与测试头加载升降单元配合，用于测量测试头单元内接触副的摩擦力；支撑单元连接和支撑钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元和摩擦力测量单元。

本发明所述测试头单元包括压盖、钢球、玻璃块、梯形块和测试头；压盖盖在测试头上，钢球与三个玻璃块相切构成球-三斜面结构的接触副，玻璃块安装在梯形块内，梯形块安装在测试头内；梯形块和测试头上分别开有第一小孔和第二小孔，用以观察钢球和玻璃块构成的接触副润滑状态；采用玻璃块的目的是采用光学技术可视化测量钢球与玻璃块接触间隙内的润滑油膜外形和厚度及钢球的磨损量。