一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置及其測量方法
【專利摘要】本發明提供一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置及其測量方法，基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置包括機架，機架上設置平面圓盤回轉單元和顯微干涉測量單元，機架上還設置微滑塊調整及油膜承載力測量單元，微滑塊調整及油膜承載力測量單元設置在平面圓盤回轉單元的上方，且與平面圓盤回轉單元相配合，微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板上安裝傳感器，傳感器連接微滑塊；利用多光束干涉法對膜厚進行精確測量，利用拉壓傳感器對油膜的承載力進行直接測量，有效解決涂層界面磨損與保持兩接觸面的平行問題，而且對承載區間油膜承載力的直接測量，更好地研究表面改性對摩擦性能的影響，具有更高的工程價值。
【專利說明】一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種潤滑油實驗測量裝置，具體是指一種在固定微納米級油膜厚度條件下，微型滑塊軸承間潤滑油膜的承載力測量裝置，屬于低副接觸流體潤滑油膜的實驗測量領域。
【背景技術】
[0002]油膜潤滑是工程中極其重要的一個技術研究領域，它利用潤滑油在兩摩擦固體表面之間形成分隔油膜，減少表面磨損。表面工程學是材料科學的一個重要分支，利用表面改性技術、薄膜技術和涂鍍層技術等，使材料表面獲得材料本身沒有而又希望具有的性能，從而有效改善接觸副間的潤滑性能。
[0003]目前有關表面工程的實驗研究大多是測量一對摩擦表面間的摩擦力和摩擦系數，所用到的實驗裝置大多為UMT摩擦磨損試驗機和自制簡易裝置。圖1是青島理工大學郭峰等人研制的微型滑塊軸承潤滑油膜測量儀，該測量儀是光干涉法在流體動壓潤滑研究方面的成功應用，能夠測量恒傾角面接觸接觸流體動力潤滑油的厚度，同時利用CCD可對接觸區油膜進行直接觀測，從而研究表面工程學在摩擦學中的應用。
[0004]然而，材料表面的紋理或涂層是微米級甚至是納米級的，利用UMT摩擦磨損試驗機進行實驗過程中，最大的問題在于涂層很容易被蹭掉，這不利于分析表面改性對潤滑性能的影響。另一方面，發明人在圖1所示的實驗系統測量油膜厚度的過程中發現，要保持兩接觸面始終平行實際是非常困難的，原因在于當玻璃盤轉動過程中，由于玻璃盤的振動，油膜的振蕩等因素會影響玻璃盤與微型滑塊間的傾角。而且，油膜承載力是工程中評價潤滑接觸副摩擦學特性的重要參數，但經學術檢索發現，測量油膜承載力的裝置為數不多。圖1所示的測量系統是固定載荷，測量玻璃盤在不同轉速下微型滑塊與玻璃盤間的油膜厚度，本發明利用微位移機構將微型滑塊軸承間的油膜厚度固定在亞微米級，利用高精度傳感器直接測量接觸區內油膜的承載力，以便于更好的研究表面改性對摩擦性能的影響，這比單純的測量油膜厚度將更具工程意義。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的缺點與不足，本發明所要解決的技術問題是，提供一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置，利用多光束干涉法對膜厚進行精確測量，利用拉壓傳感器對油膜的承載力進行直接測量，有效解決涂層界面磨損與保持兩接觸面的平行問題，而且對承載區間油膜承載力的直接測量，更好地研究表面改性對摩擦性能的影響，具有更高的工程價值。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是，提供一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置及其測量方法，基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置包括機架，機架上設置平面圓盤回轉單元和顯微干涉測量單元，機架上還設置微滑塊調整及油膜承載力測量單元，微滑塊調整及油膜承載力測量單元設置在平面圓盤回轉單元的上方，且與平面圓盤回轉單元相配合，微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板上安裝傳感器，傳感器連接微滑塊。
[0007]上述的一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置，其微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板上安裝調節螺桿，調節螺桿連接十字頭，十字頭通過調節盤連接傳感器，傳感器連接微滑塊。
[0008]上述的一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置，其傳感器通過傳感器聯結件連接滑塊安裝座，滑塊安裝座上固定微滑塊。
[0009]上述的基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置的測量方法，包括如下步驟: 第一步，調整并固定角度:微滑塊與玻璃盤接觸，調節微滑塊與玻璃盤間的夾角，使其固定傾角；
第二步，施加壓力:利用微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板向微滑塊施加向下的力，確保微滑塊被抬起并與玻璃盤保持設定的固定間隙％；
第三步，微滑塊上升:調節微滑塊調整及油膜承載力測量單元的升降位移臺，將壓板緩慢抬起，使得微滑塊與玻璃盤慢慢脫離并且兩者的間隙逐漸變大；在此過程中，測力傳感器的示值為零表明兩者完全脫離；
第四步，數據處理:利用顯微干涉測量單元記錄微滑塊在上升過程中光強的變化，然后停止移動位移臺，根據光強的變化進行數據處理，獲得微滑塊與玻璃盤的間隙％ ；
第五步，測得油膜承載力變化曲線:當油膜厚度固定為h時，驅動平面圓盤回轉單元的玻璃盤勻速旋轉，此時油膜對微滑塊施加的作用力通過傳感器進行測量，數據處理后得到油膜承載力變化曲線。
[0010]微滑塊可通過不同的表面改性方法(如不同表面紋理或不同材料的涂層)處理得至IJ，再通過改變潤滑油，玻璃盤轉速，微滑塊與玻璃盤的傾角和間隙等工況，重復試驗以研究表面改性對摩擦潤滑性能的影響。
[0011]本發明與【背景技術】發明專利200810249672.0微型滑塊軸承潤滑油膜測量儀的不同點在于:
1、本發明是在固定膜厚為亞微米級條件下，直接測量油膜承載力；而【背景技術】中的測量儀是在固定載荷條件下，對微滑塊與玻璃盤的油膜厚度進行測量。
[0012]2、在動態條件下，調節和控制微滑塊與玻璃盤保持固定的平行間距，本發明較【背景技術】中的測量儀實現起來更容易。
[0013]3、本發明將精密升降臺的位移控制與光干涉測量的反饋控制有效結合，能夠使得微滑塊與玻璃盤間的平行油膜間隙在亞微米級實現精確定位。
[0014]本發明具有如下優點及有益技術效果:
1、本發明的基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置能夠在固定膜厚為亞微米級條件下，有效解決涂層界面磨損的問題，直接測量油膜承載力，更好地研究表面改性對摩擦性能的影響，為工程實踐提供了必要的理論依據。
[0015]2、本發明的基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置在動態條件下，調節和控制微滑塊與玻璃盤保持固定的平行間距，實現起來更容易，從而能更好地研究表面改性對摩擦性能的影響。
[0016]3、本發明的基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置將精密升降臺的位移控制與光干涉測量的反饋控制有效結合，能夠使得微滑塊與玻璃盤間的平行油膜間隙在亞微米級實現精確定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明現有技術中的微型滑塊軸承潤滑油膜測量儀結構示意圖；
圖2是本發明的結構示意圖；
圖3是圖2中微滑塊調整及油膜承載力測量單元與平面圓盤回轉單元配合示意圖；
圖4是圖2中微滑塊調整及油膜承載力測量單元的傳感器安裝位置的局部結構示意圖；
圖5是本發明控制流程框圖；
圖6是實施例中軟件監控界面示意圖；
圖7是實施例中微滑塊上升過程示意圖；
圖8是實施例中對應的光強變化曲線圖；
圖9是實施例中測得的承載力曲線圖。
[0018]上述圖中:
1-微滑塊調整及油膜承載力測量單元，2-平面圓盤回轉單元，3-顯微干涉測量單元，4-機架，5-升降位移臺，6-鎖緊機構，7-微滑塊，8-滑塊安裝座，9-傳感器聯結件，10-傳感器，11-調節盤，12-十字頭，13-壓板，14-調節螺桿。
【具體實施方式】
[0019]本實施例的基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置包括機架4，機架4上設置平面圓盤回轉單元2和顯微干涉測量單元3，機架4上還設置微滑塊調整及油膜承載力測量單元1，微滑塊調整及油膜承載力測量單元I設置在平面圓盤回轉單元2的上方，且與平面圓盤回轉單元2相配合，微滑塊調整及油膜承載力測量單元I的壓板13上安裝傳感器10，傳感器10連接微滑塊7。微滑塊調整及油膜承載力測量單元I的壓板13上安裝調節螺桿14，調節螺桿14連接十字頭12，十字頭12通過調節盤11連接傳感器10，傳感器10通過傳感器聯結件9連接滑塊安裝座8，滑塊安裝座8上固定微滑塊7。
[0020]本實施例利用光干涉法在固定油膜厚度條件下測量油膜的承載力，其步驟如下: 第一步，調整并固定角度:微滑塊7與玻璃盤接觸，如圖7所示I對應的起始位置，調節微滑塊7與玻璃盤間的夾角，使其固定某個傾角，如圖7所示2對應的中間位置，而角度調節方法與【背景技術】中的發明專利200810249672.0微型滑塊軸承潤滑油膜測量儀中介紹的相同，不再贅述。
[0021]第二步，施加壓力:利用鎖緊結構6向微滑塊7施加向下的力，確保微滑塊7被抬起并與玻璃盤保持某個設定的固定間隙Iv此時注意施加的力不要過大，以免傳感器10超量程而被損壞；
第三步，微滑塊上升:由于壓板13與升降位移臺5固定連接在一起，調節升降位移臺5，可將壓板13緩慢抬起，即微滑塊7與玻璃盤慢慢脫離并且兩者的間隙逐漸變大；在此過程中，傳感器10的示值為零表明兩者完全脫離； 第四步，數據處理:利用顯微干涉測量單元3和監控軟件記錄微滑塊7在上升過程中光強的變化，然后停止移動升降位移臺5，根據光強的變化進行數據處理，獲得微滑塊7與玻璃盤的間隙tv如圖8所示；在本實施例中，根據計算求得一個完整波長的光強變化對應油膜厚度的變化值為240nm ;若保證微滑塊與玻璃盤的間隙為480nm，可在光強變化為兩個波長時立即停止移動位移臺；由于這是一個緩變過程，所以此操作很容易實現；
第五步，測得油膜承載力變化曲線:當油膜厚度固定為h時，利用伺服系統驅動玻璃盤以一定速度旋轉，此時油膜對微滑塊7施加的作用力可用高精度測力傳感器進行測量，并用圖6所示的監控軟件進行數據處理和實時顯示，測得圖9所示的油膜承載力變化曲線。
[0022]微滑塊可通過不同的表面改性方法(如不同表面紋理或不同材料的涂層)處理得至IJ，再通過改變潤滑油，玻璃盤轉速，微滑塊與玻璃盤的傾角和間隙等工況，重復試驗以研究表面改性對摩擦潤滑性能的影響。
[0023]以上所述，僅是對本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明做其他形式的限制，任何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是，凡是未脫離本發明方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置，它包括機架，機架上設置平面圓盤回轉單元和顯微干涉測量單元，機架上還設置微滑塊調整及油膜承載力測量單元，微滑塊調整及油膜承載力測量單元設置在平面圓盤回轉單元的上方，且與平面圓盤回轉單元相配合，其特征在于:所述微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板上安裝傳感器，傳感器連接微滑塊。
2.根據權利要求1所述的一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置，其特征在于:所述微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板上安裝調節螺桿，調節螺桿連接十字頭，十字頭通過調節盤連接傳感器，傳感器連接微滑塊。
3.根據權利要求1所述的一種基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置，其特征在于:所述傳感器通過傳感器聯結件連接滑塊安裝座，滑塊安裝座上固定微滑塊。
4.一種如權利要求1所述的基于光學反饋的潤滑油薄膜承載力測量裝置的測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步，調整并固定角度:微滑塊與玻璃盤接觸，調節微滑塊與玻璃盤間的夾角，使其固定傾角； 第二步，施加壓力:利用微滑塊調整及油膜承載力測量單元的壓板向微滑塊施加向下的力，確保微滑塊被抬起并與玻璃盤保持設定的固定間隙％； 第三步，微滑塊上升:調節微滑塊調整及油膜承載力測量單元的升降位移臺，將壓板緩慢抬起，使得微滑塊與玻璃盤慢慢脫離并且兩者的間隙逐漸變大；在此過程中，測力傳感器的示值為零表明兩者完全脫離； 第四步，數據處理:利用顯微干涉測量單元記錄微滑塊在上升過程中光強的變化，然后停止移動位移臺，根據光強的變化進行數據處理，獲得微滑塊與玻璃盤的間隙％ ； 第五步，測得油膜承載力變化曲線:當油膜厚度固定為h時，驅動平面圓盤回轉單元的玻璃盤勻速旋轉，此時油膜對微滑塊施加的作用力通過傳感器進行測量，數據處理后得到油膜承載力變化曲線。
【文檔編號】G01N19/00GK104515733SQ201310450160
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】楊淑燕, 朱慧強, 郭峰 申請人:青島理工大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
