專利名稱：一種油膜厚度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油膜厚度測量裝置及方法，特別涉及穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)條件下油膜厚度測量裝置及方法，屬于潤滑油技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
潤滑油膜厚度的測量對于潤滑狀態(tài)的研究具有重大意義，膜厚測量的方法有多種，其中光干涉法是公認(rèn)較為準(zhǔn)確的方法之一，但目前的研究范圍仍局限于穩(wěn)態(tài)研究，對于非穩(wěn)態(tài)載荷方面的潤滑特性研究主要是采用數(shù)值模擬的方法，這種方法的缺點(diǎn)是只能以理論公式為依據(jù)，沒有實際潤滑實驗做驗證，模擬結(jié)論不具有完全的說服性，而且容易出現(xiàn)誤差。

發(fā)明內(nèi)容
為了便于研究非穩(wěn)態(tài)載荷條件下的潤滑油膜特性，本發(fā)明提供一種可測量非穩(wěn)態(tài)載荷條件或穩(wěn)態(tài)載荷條件下潤滑油膜厚度的測量裝置備和方法。一種油膜厚度測量裝置，所述裝置包括載荷加載機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)和載荷測量機(jī)構(gòu)，所述載荷加載機(jī)構(gòu)包括電機(jī)及設(shè)于電機(jī)上的加載輪，加載輪下方設(shè)有加載板，所述加載板的一端固定于載荷加載機(jī)構(gòu)中的下彈簧片上，另一端為自由端。本發(fā)明所述裝置中的加載輪為可以提供非穩(wěn)態(tài)加載力的任何形式的加載輪，其選擇可根據(jù)需創(chuàng)造的非穩(wěn)態(tài)條件確定，本發(fā)明優(yōu)選加載輪為偏心輪、凸輪，從而實現(xiàn)漸變載荷或突變載荷等非穩(wěn)態(tài)載荷形式。

本發(fā)明所述裝置使用偏心輪作為加載輪時，偏心輪與加載板間的垂直距離介于偏心輪旋轉(zhuǎn)點(diǎn)距圓周最近端及最遠(yuǎn)端的距離之間，使得偏心輪在旋轉(zhuǎn)一周時一部分時間接觸加載板，一部分時間脫離加載板，構(gòu)成非穩(wěn)態(tài)環(huán)境。本發(fā)明所述偏心輪與加載板接觸面需非常光滑，偏心輪優(yōu)選由直流電機(jī)帶動，直流電機(jī)固定在于載荷加載機(jī)構(gòu)的框架I上。直流電機(jī)帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪遠(yuǎn)離軸心端隨轉(zhuǎn)動逐漸與加載板接觸并對其向下施加載荷，偏心輪最遠(yuǎn)端通過加載板后開始逐漸卸載，直至整個偏心輪與加載板脫離，完成一個非穩(wěn)態(tài)載荷周期。本發(fā)明所述裝置可以根據(jù)所需的非穩(wěn)態(tài)環(huán)境選擇偏心輪的大小、偏心輪的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)、電機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。非穩(wěn)態(tài)載荷變化范圍可以通過調(diào)整偏心輪軸心與加載桿的垂直高度來很方便地調(diào)節(jié)，變載荷時間跨度可以通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)；非穩(wěn)態(tài)載荷曲線可以通過改變偏心輪大小調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述載荷加載機(jī)構(gòu)優(yōu)選下述機(jī)構(gòu):所述載荷加載機(jī)構(gòu)包括框架1、加載把手、彈簧片模塊、滾輪、鋼球夾具體，所述彈簧片模塊由上彈簧片和下彈簧片組成，上彈簧片和下彈簧片兩個側(cè)邊通過具有一定厚度的固定塊彼此固定連接使上彈簧片和下彈簧片間形成一定空間；上彈簧片與加載把手相連，下彈簧片與壓力傳感器I相連，所述壓力傳感器I用于實時測量施加在玻璃盤上的加載力；所述加載板的一端固定在下彈簧片上,另一端為自由端，加載板上方一定高度處垂直放置加載輪，加載輪連接電機(jī)，電機(jī)固定在框架I上；所述壓力傳感器I下方固定滾輪，滾輪下方設(shè)有鋼球夾具體，所述鋼球夾具體固定于垂直導(dǎo)軌上，且二者固定安裝于框架I的后蓋板上的水平導(dǎo)軌上；鋼球夾具體4 一側(cè)安裝壓力傳感器II，所述壓力傳感器II用于測量鋼球夾具體上的鋼球與玻璃盤間滑動時產(chǎn)生的摩擦力；所述鋼球夾具體下方設(shè)有旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu),所述旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)包括用于盛裝待測油膜的玻璃盤和旋轉(zhuǎn)臺，所述玻璃盤固定于旋轉(zhuǎn)臺上；所述載荷加載機(jī)構(gòu)框架I下方左右兩端固定在水平直線導(dǎo)軌上，水平直線導(dǎo)軌固定在載荷測量機(jī)構(gòu)的框架II上。本發(fā)明所述裝置采用加載把手與彈簧片模塊相結(jié)合的方式，彈簧片模塊由上、下彈簧片組成，兩彈簧片兩端分別用兩個長條模塊固定連接，使兩彈簧片間形成空間，上彈簧片與加載把手相連，下彈簧片與壓力傳感器I相連，使用時，加載把手向下旋轉(zhuǎn)對彈簧片模塊施加載荷，彈簧片模塊將載荷傳遞至壓力傳感器I及鋼球。本發(fā)明所述裝置中鋼球夾具體隨載荷的變化上下滑動，隨摩擦力的變化與滾輪相對水平移動。鋼球夾具體連接可調(diào)拉伸彈簧，通過該可調(diào)拉伸彈簧鋼球夾具體可將自身重力平衡，調(diào)節(jié)原則是使?jié)L輪與鋼球夾具體接觸且此時的壓力傳感器I示數(shù)為零。本發(fā)明所述裝置優(yōu)選所述旋轉(zhuǎn)臺為可調(diào)轉(zhuǎn)速電動旋轉(zhuǎn)臺。本發(fā)明所述壓力傳感器I和II優(yōu)選與數(shù)據(jù)采集卡及Labview程序配合使用以實時監(jiān)測載荷的變化。 本發(fā)明所述載荷測量機(jī)構(gòu)優(yōu)選下述機(jī)構(gòu):所述載荷測量機(jī)構(gòu)包括框架I1、顯微鏡、CXD傳感器和三維工作臺，旋轉(zhuǎn)臺正下方放置顯微鏡，顯微鏡固定在三維工作臺上，顯微鏡下部連接CXD傳感器，所述CXD傳感器用于將干涉圖像數(shù)字化處理顯示于計算機(jī)上。油膜厚度為干涉圖像中心區(qū)域各個點(diǎn)的膜厚的平均值。進(jìn)行干涉圖像處理時，首先將提取的干涉圖像的光強(qiáng)值進(jìn)行加強(qiáng)處理，后基于相對光強(qiáng)原理，得到干涉圖像中心區(qū)域任一直線各個點(diǎn)的膜厚度值。在使用上述裝置時，可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)臺使其旋轉(zhuǎn)速度呈周期性增減變化，且結(jié)合調(diào)節(jié)載荷加載機(jī)構(gòu)以提供周期性增減變化的加載力，即可實現(xiàn)在非穩(wěn)態(tài)變速度和非穩(wěn)態(tài)變載荷的雙重條件下對潤滑膜厚度的測量。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能夠簡單方便地實現(xiàn)非穩(wěn)態(tài)載荷，可以將壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集卡及Labview程序配合使用，這樣可以實時監(jiān)測載荷的變化，本發(fā)明中涉及的非穩(wěn)態(tài)載荷曲線形式為類正弦曲線，便于分析測試結(jié)果；非穩(wěn)態(tài)載荷變化范圍可以通過調(diào)整偏心輪軸心與加載桿的垂直高度來很方便地調(diào)節(jié)，變載荷時間跨度可以通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速實現(xiàn)；非穩(wěn)態(tài)載荷曲線可以通過改變偏心輪大小調(diào)節(jié)，還可以根據(jù)測試工況需要將偏心輪更換為凸輪或其他形式，從而實現(xiàn)漸變載荷或突變載荷等非穩(wěn)態(tài)載荷形式。


圖1為一種油膜厚度測量裝置的正視圖(未包含非穩(wěn)態(tài)載荷部分)。圖2為一種載荷加載機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖(包含非穩(wěn)態(tài)載荷部分)。圖3是圖2中載荷加載機(jī)構(gòu)部分詳圖；圖4為實施例1測量膜厚值與Hamrock-Dowson理論公式計算值對比圖，圖中，EX一表示實驗測量膜厚值；HD—表示Hamrock-Dowson理論公式計算值。附圖標(biāo)記如下:1、加載把手，2、彈簧片模塊，201、上彈簧片，202、下彈簧片，3、滾輪，4、鋼球夾具體，5、玻璃盤，6、水平直線導(dǎo)軌，7、旋轉(zhuǎn)臺，8、C⑶傳感器，9、三維工作臺，10、顯微鏡，11、鋼球，12、壓力傳感器11、13、壓力傳感器I，14、后蓋板，15、偏心輪，16、電機(jī)，17、加載板，18、電機(jī)支架，19、軸，20、螺釘，21、垂直導(dǎo)軌，22、水平導(dǎo)軌。
具體實施例方式
下述非限制性實施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實施例1圖1顯示一種油膜厚度測量裝置的正視圖(未包含非穩(wěn)態(tài)載荷部分)，分為上下兩部分，上部分為載荷加載機(jī)構(gòu)，下部分為載荷測量機(jī)構(gòu)。該實施例選用偏心輪15作為加載輪。載荷加載機(jī)構(gòu)的框架I下方左右兩端固定在水平直線導(dǎo)軌6上，水平直線導(dǎo)軌6固定在載荷測量機(jī)構(gòu)的框架II上。以此通過滑動水平直線導(dǎo)軌6滑塊調(diào)節(jié)載荷加載機(jī)構(gòu)的位置，從而改變鋼球11·與玻璃盤5之間的接觸半徑。加載把手I通過螺紋固定連接框架I的后蓋板14，并固定于框架I上部，加載把手I下端與彈簧片模塊2連接，使該模塊隨加載把手I上下移動。彈簧片模塊2由上、下彈簧片組成，兩彈簧片兩端分別用兩個長條模塊固定連接，使兩彈簧片間形成一定空間，上彈簧片201與加載把手I相連，下彈簧片202與壓力傳感器113相連，使用時，加載把手I向下旋轉(zhuǎn)對彈簧片模塊施加載荷，彈簧片模塊將載荷傳遞至壓力傳感器113及鋼球11。壓力傳感器113用于實時測量施加在玻璃盤上的加載力。所述壓力傳感器113下方固定滾輪3，滾輪3下方設(shè)有鋼球夾具體4，所述鋼球夾具體4固定于垂直導(dǎo)軌21上，且二者固定安裝于框架I后蓋板上的水平導(dǎo)軌22上，鋼球夾具體4 一側(cè)安裝壓力傳感器1112，所述壓力傳感器1112用于測量鋼球夾具體4上的鋼球11與玻璃盤5間滑動時產(chǎn)生的摩擦力。壓力傳感器II12 —端與鋼球夾具體4連接，另一端固定在框架I上。鋼球夾具體4隨載荷的變化上下滑動，隨摩擦力的變化與滾輪3相對水平移動以測量摩擦力。鋼球夾具體4通過可調(diào)拉伸彈簧將自身重力平衡，調(diào)節(jié)原則是使?jié)L輪3與鋼球夾具體4接觸且此時的壓力傳感器112示數(shù)為零。旋轉(zhuǎn)加載把手I下移使得鋼球11與玻璃盤5接觸后，繼續(xù)下移使得彈簧片模塊造成彈性變形，并將該載荷傳遞至鋼球11與玻璃盤5接觸區(qū)域。玻璃盤5上方空間與玻璃盤夾具體之間形成油槽，電動旋轉(zhuǎn)臺7帶動固定其上的玻璃盤5旋轉(zhuǎn)，使鋼球11與玻璃盤形5成點(diǎn)接觸滑動潤滑。旋轉(zhuǎn)臺7正下方放置單筒顯微鏡10，顯微鏡固定在三維工作臺9上，通過調(diào)節(jié)三維工作臺9改變顯微鏡10的水平位置及高度，以便得出鋼球11與玻璃盤5接觸區(qū)域的光干涉圖像，顯微鏡下部連接CXD傳感器8，用于將干涉圖像數(shù)字化處理顯示于計算機(jī)上。附圖2為載荷加載機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖(包含非穩(wěn)態(tài)載荷部分)，圖中可以看出，其他機(jī)構(gòu)與圖1相同，將一個彈性加載板17的一端固定在彈簧片模塊的下彈簧片202上，加載板17另一端為自由端，自由端正上方垂直放置一個偏心輪15,偏心輪15由固定在框架上I的直流電機(jī)16驅(qū)動。從附圖3可以看出，偏心輪15與直流電機(jī)16通過軸19連接，偏心輪15通過螺釘20固定于軸19上。電機(jī)16轉(zhuǎn)動時帶動偏心輪15旋轉(zhuǎn)，偏心輪15遠(yuǎn)離軸心端逐漸向加載板17靠近并接觸，遠(yuǎn)離軸心端繼續(xù)向下轉(zhuǎn)動開始對加載板17施加載荷，加載板17通過下彈簧片202和壓力傳感器113將載荷傳遞至鋼球11與玻璃盤7接觸區(qū)域；偏心輪15遠(yuǎn)離軸心端轉(zhuǎn)過最低點(diǎn)后加載板17隨之逐漸抬起，施加載荷也隨之相應(yīng)減小，直到偏心輪15與加載板17脫離，這樣就完成了一個非穩(wěn)態(tài)載荷周期，偏心輪15繼續(xù)轉(zhuǎn)動，變載周期循環(huán)往復(fù)。可測量各種潤滑油在點(diǎn)接觸非穩(wěn)態(tài)薄膜潤滑油膜厚度，實驗用油為CD10W-30潤滑油；偏心輪直徑40mm,偏心距30mm ;旋轉(zhuǎn)中心位置在加載板17的自由端的正上方20mm處；電機(jī)轉(zhuǎn)速為7轉(zhuǎn)/分鐘；；測量結(jié)果在載荷分別是:1.96N、3.92N、5.88N，卷吸速度變化為O 22mm/s時, 測量膜厚值與Hamrock-Dowson理論公式計算值基本相符,具體測量膜厚值與Hamrock-Dowson理論公式計算值見圖4。
權(quán)利要求
1.一種油膜厚度測量裝置，所述裝置包括載荷加載機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)和載荷測量機(jī)構(gòu)，所述載荷加載機(jī)構(gòu)包括電機(jī)(16)及設(shè)于電機(jī)(16)上的加載輪,加載輪下方設(shè)有加載板(17)，所述加載板(17)的一端固定于載荷加載機(jī)構(gòu)中的下彈簧片(202)上,另一端為自由端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述加載輪為偏心輪(15)或凸輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述載荷加載機(jī)構(gòu)包括框架1、加載把手(I)、彈簧片模塊、滾輪(3)、鋼球夾具體(4)， 所述彈簧片模塊由上彈簧片(201)和下彈簧片(202)組成，上彈簧片(201)和下彈簧片(202)兩個側(cè)邊通過具有一定厚度的固定塊彼此固定連接使上彈簧片(201)和下彈簧片(202)間形成一定空間；上彈簧片(201)與加載把手(I)相連，下彈簧片(202)與壓力傳感器I (13)相連，所述壓力傳感器I (13)用于實時測量施加在玻璃盤(5)上的加載力； 所述加載板(17)的一端固定在下彈簧片(202)上,另一端為自由端，加載板(17)上方一定高度處垂直放置加載輪，加載輪連接電機(jī)(16)，電機(jī)(16)固定在框架I上； 所述壓力傳感器I (13)下方固定滾輪(3)，滾輪(3)下方設(shè)有鋼球夾具體(4)，所述鋼球夾具體(4)固定于垂直導(dǎo)軌(21)上，且二者固定安裝于框架I的后蓋板(14)上的水平導(dǎo)軌(22)上；鋼球夾具體(4)一側(cè)安裝壓力傳感器II (12)，所述壓力傳感器II (12)用于測量鋼球夾具體(4)上的鋼球(11)與玻璃盤(5)間滑動時產(chǎn)生的摩擦力； 所述鋼球夾具體(4)下方設(shè)有旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu),所述旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)包括用于盛裝待測油膜的玻璃盤(5)和旋轉(zhuǎn)臺(7)，所述玻璃盤(5)固定于旋轉(zhuǎn)臺(7)上； 所述載荷加載機(jī)構(gòu)框架I下方左右兩端固定在水平直線導(dǎo)軌(6)上，水平直線導(dǎo)軌(6)固定在載荷測量機(jī)構(gòu)的框架II上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一項所述的裝置，其特征在于:所述載荷測量機(jī)構(gòu)包括框架I1、顯微鏡(10)、CXD傳感器(8)和三維工作臺(9)， 旋轉(zhuǎn)臺(7)正下方放置顯微鏡(10)，顯微鏡(10)固定在三維工作臺(9)上，顯微鏡(10)下部連接CXD傳感器(8)，所述CXD傳感器(8)用于將干涉圖像數(shù)字化處理顯示于計算機(jī)上。
5.根據(jù)權(quán)利要 求3所述的裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)臺(7)為可調(diào)轉(zhuǎn)速電動旋轉(zhuǎn)臺。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種油膜厚度測量裝置及方法，特別涉及穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)條件下油膜厚度測量裝置及方法，屬于潤滑油技術(shù)領(lǐng)域。一種油膜厚度測量裝置，包括載荷加載機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)動力機(jī)構(gòu)和載荷測量機(jī)構(gòu)，所述載荷加載機(jī)構(gòu)包括電機(jī)及設(shè)于電機(jī)上的偏心輪，偏心輪下方設(shè)有加載板，所述加載板的一端固定于載荷加載機(jī)構(gòu)中的下彈簧片上，另一端為自由端。本發(fā)明所述裝置可測量穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)條件下的潤滑油膜厚度，適用于潤滑理論和技術(shù)的科學(xué)研究領(lǐng)域。
文檔編號G01B11/06GK103234466SQ20131010925
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月30日
發(fā)明者嚴(yán)志軍, 于濤, 徐久軍, 劉德良, 朱新河, 程東 申請人:大連海事大學(xué)