技术领域
[0001] 本
发明涉及一种流体润滑摩擦磨损试验机及方法,尤其适用于
摩擦副材料的摩擦磨损技术领域的一种流体润滑摩擦磨损试验机及方法。
背景技术
[0002] 流体传动已在
工程机械中已有广泛的应用,并且当前流体传动朝着高速化、高压化、低噪声、长寿命的趋势发展。
[0003] 在流体机械(如
液压泵、
液压马达、液压控制
阀及滑动
水轴承等)工作过程中,其关键摩擦副界面中存在一定压
力的流体介质,在一定条件下形成液体润滑膜以减轻磨损,提高工作效率和使用寿命。常见的流体润滑摩擦副有
液压泵/马达中的
柱塞-
曲轴回转摩擦副、液压泵/马达中
配流盘端面-
转子端面摩擦副、液压泵/马达配流轴-壳体内孔间的回转摩擦副、
液压阀芯-
阀座间的摩擦副、
滑动轴承轴径与轴瓦之间的滑动摩擦副等。合理设计流体机械中各类型摩擦副使之形成合适的液体润滑膜厚度,对提高流体压力元件的工作可靠性和使用寿命有重要意义。
[0004] 流体机械元件的摩擦副界面间形成液体润滑膜受多方面因素影响,不仅与流体介质的压力、摩擦副界面两构件的相对运动速度、流体介质的
粘度,还与摩擦副的结构参数及构件的装配
精度有关。流体机械元件的失效多是由于其关键摩擦副的摩擦界面没有形成必要的润滑条件,使摩擦副磨损甚至烧坏,从而导致泄露和剧烈振动,这也是导致液压泵、液压马达、液压
控制阀及滑动水轴承这类元件失效的主要原因。当前摩擦磨损试验机多考虑通用性,一般仅考虑
载荷、
接触形式、
温度和材料类型等因素,测量方法和测量结果单一,没有综合考虑摩擦副界面中流体介质压力、粘度、样品结构,表面形貌等因素对摩擦副界面形成流体润滑膜的影响。并且大多数流体润滑研究多是
润滑脂和液压油,对纯水、乳化液、水乙二醇等低粘度液体的研究较少。因此研究不同参数(包括介质压力、粘度、载荷、结构参数及摩擦副材料类型)对摩擦副界面中形成流体润滑膜的影响规律,以及观察摩擦副界面的摩擦磨损行为,
对流体机械元件的关键摩擦副设计具有重要参考意义。
发明内容
[0005] 技术目的:针对上述技术的不足之处,提出一种结构简单,使用效果好,不仅可以设置流体介质压力、载荷以建立摩擦副界面中的流体润滑膜,还可以研究摩擦试样的形状、表面粗糙度、材料类型对摩擦磨损过程油膜建立的影响,而且通过更换工作介质可以实现不同介质粘度下测试的流体润滑摩擦磨损试验机及方法。
[0006] 技术内容:为实现上述技术目的,本发明的一种流体润滑摩擦磨损试验机,包括试验机底座,试验机底座上分别设有
箱体和驱动
电机,箱体内一侧设有贯通试验机底座的导流孔,导流孔下方设有量杯,箱体顶部设有箱体盖板,试验机底座下方在箱体和
驱动电机处设有从动带轮和主动带轮,其中主动带轮通过
转轴与驱动电机相连接,箱体内底部设有下试样底座,下试样底座通过贯穿底座底部以及试验机底座的转轴与从动带轮相连接,主动带轮与从动带轮之间设有
齿轮带相互连接,下试样底座上设有下试样,下试样底座上方设有固定在箱体上方箱体盖板上的套筒,套筒内中间设有加载
弹簧,套筒内在加载弹簧下方套有上试样底座,上试样底座下方固定有上试样,上试样与下试样之间接触,下试样上设有位移
传感器Ⅰ,上试样上设有位移传感器Ⅱ,套筒与上试样底座接触处设有两个力传感器,套筒内在加载弹簧上方设有弹簧座,弹簧座上的箱体开有与弹簧座匹配的开孔,开孔上设有加载螺杆座,加载螺杆座设有下方与弹簧座接触的加载螺杆,加载螺杆座与加载螺杆
螺纹匹配;两个力传感器、位移传感器Ⅰ与位移传感器Ⅱ通过
导线穿过箱体并通过
数据采集卡与计算机相连接,计算机还通过电机控制
电路与驱动电机相连接,所述上试样底座上设有液压管,液压管通过液压表分别与溢流阀和流体介质存储箱相连接,其中与体介质存储箱连接的液压管上设有通过电机控制的液压泵。
[0007] 所述套筒的顶部设有便于与箱体盖板连接固定的
法兰盘,法兰盘上设有多个套筒
螺栓孔套筒的下方边缘对称设有两个缺口,缺口中分别设有力传感器Ⅰ和力传感器Ⅱ。
[0008] 所述上试样底座为与套筒尺寸匹配的柱状结构,上试样底座两侧分别设有与套筒两个缺口匹配的
耳板Ⅰ和耳板Ⅱ,上试样底座底部的圆形处设有下通液孔,上试样底座两侧水平设有相互贯通的右通液孔和左通液孔,右通液孔和左通液孔分别与液压管的两个出口相连接平衡出液,右通液孔(13-3)和左通液孔与下通液孔连通形成T字形结构,上试样底座底面在下通液孔的周围设有多个螺栓孔。
[0009] 所述上试样包括上试样上柱台和上试样下柱台,其中上试样下柱台直径小于上试样上柱台,上试样上柱台超过上试样下柱台处设有多个与螺栓孔(13-2)匹配的上试样螺栓孔,上试样圆心处轴向设有上试样通液孔,上试样通液孔底部设有阻尼孔,上试样上柱台上加工有
密封圈沟槽,使用螺栓连接上试样和上试样底座时,在密封圈沟槽中放置防止泄露的密封圈;上试样下柱台根据实验目的不同加工不同几何形状、表面形貌,以及选择材料类型。
[0010] 一种流体润滑摩擦磨损试验方法,其步骤为:a.首先根据工况和实验目的制备上试样和下试样,使用螺栓通过螺栓孔和上试样螺栓孔将上试样与上试样底座固定,选择不同的上试样螺栓孔固定上试样实现不同的摩擦半径;使用螺栓连接将下试样安装在下试样底座上,下试样实现不同的摩擦半径,调节加载螺杆使其向下推动弹簧座向下
挤压加载弹簧,弹簧力即作用在上试样上的摩擦载荷,通过调节加载螺杆的长度从而设定不同的摩擦载荷;
b.启动计算机、数据采集卡,向力传感器、位移传感器Ⅰ、位移传感器Ⅱ供电,开始工作,数据采集卡采集数据发送到计算机上开始记录
信号;
c.根据实验要求选择不同粘度流体介质包括:乳化液、液压油、水乙二醇,设置溢流阀的溢流压力,开启液压泵的驱动电机使液压泵开始供液,流体介质顺序通过液压管、上试样底座上的通液孔、通液孔、上试样通液孔和阻尼孔到达上试样和下试样之间的摩擦界面中,并通过设置溢流阀的不同溢流压力从而实现摩擦界面中不同的流体压力;
d启动电机控制电路使驱动电机转动,驱动电机通过主动带轮带动齿轮带驱动从动带轮,从动带轮带动下试样底座连带下试样旋转,并根据实验要求设定不同转速,上试样和下试样开始摩擦磨损实验;
e.记录量杯中的流体介质的体积,获得摩擦磨损实验过程中流体介质的泄露量,在计算机上处理记录的位移传感器Ⅰ所测量下试样表面摩擦磨损区域的实时轮廓、位移传感器Ⅱ所测量摩擦磨损过程中摩擦副界面中形成的流体润滑膜厚度以及力传感器测量摩擦磨损过程中上试样所受到的
摩擦力,对上试样和下试样的摩擦磨损实验结果进行分析和评估。
[0011] 有益效果:本发明能够实现不同压力、不同介质粘度、不同摩擦速度的摩擦磨损试验,同时能够对不同结构参数、不同表面形貌及不同材料的摩擦副试样进行摩擦磨损试验,能够实时测量摩擦力、摩擦界面形貌、流体润滑膜厚度及摩擦副
泄漏量,结构简单,操作方便,能进行流体润滑摩擦磨损和无介质润滑的干摩擦磨损试验,对摩擦副设计和摩擦磨损性能评估和验证提供了实验条件。
附图说明
[0012] 图1为本发明流体润滑摩擦磨损试验机的结构示意图;图2本发明流体润滑摩擦磨损试验机套筒的结构示意图;
图3本发明流体润滑摩擦磨损试验机上试样底座结构示意图图;
图4本发明流体润滑摩擦磨损试验机上试样结构示意图图。
[0013] 图中,1、驱动电机,2、主动带轮,3、齿轮带,4、试验机底座,5、位移传感器Ⅰ,6、位移传感器Ⅱ,7、下试样,8、下试样底座,9、从动带轮,10-1、导流孔,10-2、量杯,11、上试样,11-1、上试样通液孔,11-2、上试样上柱台,11-3、上试样螺栓孔,11-4、上试样下表面,11-5、阻尼孔,12、液压管,13、上试样底座,13-1、下通液孔,13-2、螺栓孔,13-3、右通液孔,13-4、耳板Ⅰ,13-5、左通液孔,13-6、耳板Ⅱ,14、力传感器,14-1力传感器Ⅰ,14-2力传感器Ⅱ,15、套筒,15-1、套筒螺栓孔,16、箱体,17、加载弹簧,18、弹簧座,19、箱体盖板,20、加载螺杆座,
21、加载螺杆,22、溢流阀,23、压力表,24、液压泵,25、流体介质存储箱,26、计算机,27、数据采集卡,28、电机控制电路。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图对本发明做更进一步的说明。
[0015] 如图1所示,流体润滑摩擦磨损试验机,其特征在于:它包括试验机底座4,试验机底座4上分别设有箱体16和驱动电机1,箱体16内一侧设有贯通试验机底座4的导流孔10-1,导流孔10-1下方设有量杯10-2,箱体16顶部设有箱体盖板19,试验机底座4下方在箱体16和驱动电机1处设有从动带轮9和主动带轮2,其中主动带轮2通过转轴与驱动电机1相连接,箱体16内底部设有下试样底座8,下试样底座8通过贯穿底座8底部以及试验机底座4的转轴与从动带轮9相连接,主动带轮2与从动带轮9之间设有齿轮带3相互连接,下试样底座8上设有下试样7,下试样底座8上方设有固定在箱体16上方箱体盖板19上的套筒15;如图2所示,所述套筒15的顶部设有便于与箱体盖板19连接固定的法兰盘,法兰盘上设有多个套筒螺栓孔15-1套筒15的下方边缘对称设有两个缺口,缺口中分别设有力传感器Ⅰ
14-1和力传感器Ⅱ14-2,套筒15内中间设有加载弹簧17,套筒15内在加载弹簧17下方套有上试样底座13,所述上试样底座13为与套筒15尺寸匹配的柱状结构,上试样底座13两侧分别设有与套筒15两个缺口匹配的耳板Ⅰ13-4和耳板Ⅱ13-6,上试样底座13底部的圆形处设有下通液孔13-1,上试样底座13两侧水平设有相互贯通的右通液孔13-3和左通液孔13-5,右通液孔13-3和左通液孔13-5分别与液压管12的两个出口相连接平衡出液,右通液孔13-3和左通液孔13-5与下通液孔13-1连通形成T字形结构,上试样底座13底面在下通液孔13-1的周围设有多个螺栓孔13-2;
如图4所示,所述上试样11包括上试样上柱台11-2和上试样下柱台11-4,其中上试样下柱台11-4直径小于上试样上柱台11-2,上试样上柱台11-2超过上试样下柱台11-4处设有多个与螺栓孔13-2匹配的上试样螺栓孔11-3,上试样11圆心处轴向设有上试样通液孔11-1,上试样通液孔11-1底部设有阻尼孔11-5,上试样上柱台11-2上加工有密封圈沟槽,使用螺栓连接上试样11和上试样底座13时,在密封圈沟槽中放置防止泄露的密封圈;上试样下柱台11-4根据实验目的不同加工不同几何形状、表面形貌,以及选择材料类型;
如图3所示,上试样底座13下方固定有上试样11,上试样11与下试样7之间接触,下试样
7上设有位移传感器Ⅰ5,上试样11上设有位移传感器Ⅱ6,套筒15与上试样底座13接触处设有两个力传感器14,套筒15内在加载弹簧17上方设有弹簧座18,弹簧座18上的箱体16开有与弹簧座18匹配的开孔,开孔上设有加载螺杆座20,加载螺杆座20设有下方与弹簧座18接触的加载螺杆21,加载螺杆座20与加载螺杆21螺纹匹配;两个力传感器14、位移传感器Ⅰ5与位移传感器Ⅱ6通过导线穿过箱体16并通过数据采集卡27与计算机26相连接,计算机26还通过电机控制电路28与驱动电机1相连接,所述上试样底座13上连接有液压管12,液压管12通过液压表23分别与溢流阀22和流体介质存储箱25相连接,其中与体介质存储箱25连接的液压管12上设有通过电机控制的液压泵24,。
[0016] 一种流体润滑摩擦磨损检测方法,其步骤为:a.首先根据工况和实验目的制备上试样11和下试样7,使用螺栓通过螺栓孔13-2和上试样螺栓孔11-3将上试样11与上试样底座13固定,选择不同的上试样螺栓孔11-3固定上试样11实现不同的摩擦半径;使用螺栓连接将下试样7安装在下试样底座8上,下试样7实现不同的摩擦半径,调节加载螺杆21使其向下推动弹簧座18向下挤压加载弹簧17,弹簧力即作用在上试样11上的摩擦载荷,通过调节加载螺杆21的长度从而设定不同的摩擦载荷;
b.启动计算机26、数据采集卡27,向力传感器14、位移传感器Ⅰ5、位移传感器Ⅱ6供电,开始工作,数据采集卡27采集数据发送到计算机26上开始记录信号;
c.根据实验要求选择不同粘度流体介质包括:乳化液、液压油、水乙二醇,设置溢流阀
22的溢流压力,开启液压泵的驱动电机使液压泵开始供液,流体介质顺序通过液压管12、上试样底座13上的通液孔13-3、通液孔13-5、上试样通液孔11-1和阻尼孔11-5到达上试样7和下试样11之间的摩擦界面中,并通过设置溢流阀22的不同溢流压力从而实现摩擦界面中不同的流体压力;
d启动电机控制电路28使驱动电机1转动,驱动电机1通过主动带轮2带动齿轮带3驱动从动带轮9,从动带轮9带动下试样底座8连带下试样7旋转,并根据实验要求设定不同转速,上试样11和下试样7开始摩擦磨损实验;
e.记录量杯中的流体介质的体积,获得摩擦磨损实验过程中流体介质的泄露量,在计算机26上处理记录的位移传感器Ⅰ5所测量下试样表面摩擦磨损区域的实时轮廓、位移传感器Ⅱ6所测量摩擦磨损过程中摩擦副界面中形成的流体润滑膜厚度以及力传感器测量摩擦磨损过程中上试样所受到的摩擦力,对上试样11和下试样7的摩擦磨损实验结果进行分析和评估。
[0017]
实施例一、一种流体润滑摩擦磨损试验机,包括用于带动下试样7运动的驱动电机1;用于下试样7和驱动电机1之间传动的主动带轮2、齿轮带3和从动带轮9;用于安装箱体16、驱动电机1的试验机底座4;用于安装下试样7的下试样底座8;用于测量摩擦磨损过程中摩擦界面泄露量的导流孔及量杯10;用于测量摩擦磨损过程中下试样7表面轮廓的位移传感器Ⅰ5;用于测量油膜厚度的位移传感器Ⅱ6;用于安装上试样11的上试样底座13;用于向上试样底座13和上试样11中通液孔通液的液压管12;用于测量摩擦磨损过程中摩擦副界面中摩擦力的力传感器14;用于放置加载弹簧17、上试样底座13、弹簧座18的套筒15;用于摩擦过程中对上试样加载的加载弹簧17;用于放置加载弹簧17的弹簧座18;用于安装套筒15和加载螺
杆底座20的箱体盖板19;用于挤压加载弹簧17使其
变形的加载螺杆21;用于安装加载螺杆21的加载螺杆座20;用于设置液压系统对摩擦副界面中通液压力的溢流阀22;用于显示流体介质压力的压力表23;用于对试验机供液的液压泵24;用于存储流体介质的流体介质存储箱25;用于
数据处理、保存和控制的计算机26;用于采集力传感器14、位移传感器Ⅰ5、位移传感器Ⅱ6所测信号的数据采集卡27;用于驱动电机控制和供电的电机控制的电路28。
[0018] 套筒15的结构放大图,套筒15上端有用于将套筒15与箱体盖板19相连接的套筒螺栓孔15-1;套筒15底部装有力传感器Ⅰ14-1和力传感器Ⅱ 14-2,用于测量摩擦磨损过程中摩擦界面摩擦力;套筒15中装有加载弹簧座18、加载弹簧17和上试样底座13。
[0019] 上试样底座13包括用于通液的下通液孔13-1、右通液孔13-3、左通液孔13-5;用于固定上试样11的螺栓孔13-2,上试样的摩擦半径是通过连接不同的螺栓孔13-2实现的;用于将摩擦力作用于力传感器Ⅰ14-1和力传感器Ⅱ 14-2上的耳板Ⅰ13-4和耳板Ⅱ13-6。
[0020] 上试样11包括用于通液的上试样通液孔11-1;用于将上试样和上试样底座连接的上试样螺栓孔11-3;用于通液的阻尼孔11-5,阻尼孔11-5根据要求和工况的不同,在上试样11上加工成不同尺寸和形状;上试样上表面11-2上加工有密封圈沟槽,使用螺栓连接上试样11和上试样底座13时,在密封圈沟槽中放置防止泄露的密封圈;上试样下表面11-4可根据实验目的不同加工不同几何形状、表面形貌,以及选择材料类型。
[0021] 工作流程:1)首先根据工况和实验目的制备上试样11和下试样7,根据需要可设计上试样11和下试样7的结构参数、表面形貌、材料类型;使用螺栓连接上试样底座13上的螺栓孔13-2和上试样螺栓孔11-3,将上试样安装在上试样底座13上,通过调整上试样底座13上的不同螺栓孔13-2与上试样螺栓孔11-3连接可实现不同的摩擦半径;使用螺栓连接将下试样7安装在下试样底座8上,调节加载螺杆21使其向下推动弹簧座18向下挤压加载弹簧17,弹簧力就是作用在上试样11上的摩擦载荷,通过调节加载螺杆21的长度可设定不同的摩擦载荷;
2)启动计算机26、数据采集卡27,向力传感器14、位移传感器Ⅰ5、位移传感器Ⅱ6供电,开始工作,数据采集卡27采集数据发送到计算机26上开始记录信号;
3)根据实验要求选择不同粘度流体介质,如乳化液、液压油、水乙二醇等,设置溢流阀
22的溢流压力,开启液压泵的驱动电机使液压泵开始供液,流体介质通过液压管12、上试样底座上的通液孔13-3、通液孔13-5、上试样通液孔11-1和阻尼孔11-5到达上试样和下试样摩擦界面中,通过设置溢流阀22的不同溢流压力可实现摩擦界面中不同的流体压力;
4)启动电机控制电路28使驱动电机1转动,并根据实验要求设定不同转速,上试样11和下试样7开始摩擦磨损实验;
5)记录量杯中的流体介质的体积,获得摩擦磨损实验过程中流体介质的泄露量,在计算机26上处理记录的位移传感器1(5)所测量下试样表面摩擦磨损区域的实时轮廓、位移传感器2(6)所测量摩擦磨损过程中摩擦副界面中形成的流体润滑膜厚度以及力传感器测量摩擦磨损过程中上试样所受到的摩擦力,对上试样11和下试样7的摩擦磨损实验结果进行分析和评估。