專利名稱：平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的參考文獻如下 [1]Jacobson， B.0. ， High-pressure chamber measurements. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part J : J. Eng. Trib. ， 2006， Vol. 220， 199-206. [2]Kleemola， J. and Lehtovaara， A. ， An approach for determination oflubricant properties at elliptical elastohydrodynamic contacts using atwin_disc test device and a numerical traction model. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part J : J. Eng. Trib. ， 2008， Vol. 222， 797-806. [3]Workel， M. F. ， Dowson， D. ， Ehret， P. and Taylor, C. M. ， Measurements of the coefficients of friction of different lubricants duringimpact under high pressure and shear. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part J : J. Eng. Trib. ， 2003， Vol. 217， 115-124. [4]溫詩鑄、楊沛然.彈性流體動力潤滑，北京清華大學(xué)出版社，1990.
[5]Zhang，Y. B. and Wen，S. Z. ，An analysis of elastohydrodynamiclubrication with limiting shear stress :Part I_Theory and solutions. TribologyTransactions, 2002， Vol. 45，135-144. 有鑒于此，本領(lǐng)域發(fā)明人尋求一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的 方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法及 其裝置，它解決了上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，能夠達到同時測量大氣壓下潤滑油-接觸 表面界面剪切強度和潤滑油_接觸表面界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)的目的。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下 —種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法，采用雙平板滑動接觸進 行測量，其中一塊平板接觸表面粗糙，具有球冠狀微凸體，其表面粗糙度Ra值為0. 1 m 0. 4 m，另一塊平板接觸表面光滑，其接觸表面粗糙度Ra值不大于0. 05 m ;
包括以下步驟 A、粗糙平板靜止，光滑平板以速度u相對于粗糙平板作滑動，無量綱滾動速度 un乂(2E' R)應(yīng)滿足1.0E-11《un乂(2E' R)《1. 0E_9，其中n a是大氣壓下潤滑油粘度，E'是兩平板的綜合楊氏彈性模量，R是粗糙平板接觸表面上微凸體頂部的平均曲率半 徑； B、往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間 施加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa，而 使無量綱載荷w/ ( P NAE' R2)滿足w/ ( P NAE' R2) > 1512. 2 (HRD2/E' )3和w/ ( P NAE' R2) < 3. 78(HRD1/E' ) 3，從而保證兩平板間接觸即粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板的 接觸為全塑性接觸；其中，w為兩平板間施加的載荷，A為兩平板的表觀接觸面積，P N為粗 糙平板接觸表面上微凸體的數(shù)密度即單位面積上的微凸體數(shù)； C、要完成一次測量需要兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，分別在這兩塊粗 糙平板和光滑平板接觸上進行一次加載，分別測出這兩塊粗糙平板和光滑平板加載接觸下 的粗糙平板接觸表面或光滑平板接觸表面上的摩擦系數(shù)值，求解關(guān)于接觸表面摩擦系數(shù)的 兩元一次方程組(t s。和a s為未知量)即可得到t s。和a s值。 為提高測量精度，所述步驟C之后使用由兩塊成一組的數(shù)組具有不同接觸表面硬 度的粗糙平板分別進行加載測量，解得若干組、。和cis值，分別求得這些、。和as的平 均值，求得的、。和as平均值可分別取作、。和as的最終測量結(jié)果。
所述步驟C中粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)和光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)均為
(2) 視所測摩擦系數(shù)所屬的接觸表面，t ^和a s值為大氣壓下該接觸表面-潤滑油界
<formula>formula see original document page 6</formula>視所測摩擦系數(shù)所屬的接觸表面， 面剪切強度和該接觸表面_潤滑油界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)；
設(shè)有兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分別為HRD2a和HRD2b， 對它們和光滑平板接觸分別進行一次加載，測得這兩塊粗糙平板加載接觸下粗糙平板接觸 表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)分別為^和&，則可得下面聯(lián)立方程組
<formula>formula see original document page 6</formula> 使用由兩塊成一組的數(shù)組具有不同接觸表面硬度的粗糙平板分別進行加載測量， 測出這些粗糙平板加載接觸下的粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系 數(shù)，得到若干組如式(3)所示的聯(lián)立方程組，解這些聯(lián)立方程組可得到若干組t 3。和a s值， 分別求出這些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分別作為t s。禾P a s的最終 測量結(jié)果。 —種實施平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法的裝置，包括若干傳 感器，還包括兩塊平板，具有不同接觸表面硬度，其中一塊平板接觸表面粗糙，具有球冠狀微凸體，另一塊平板接觸表面光滑； 所述兩塊平板滑動接觸，粗糙平板球冠狀微凸體和光滑平板平面接觸形成高副點 接觸，粗糙平板靜止，光滑平板以速度u相對于粗糙平板作滑動； 所述光滑平板接觸表面硬度HRD1大于粗糙平板接觸表面硬度HRD2，粗糙平板接 觸表面粗糙度Ra值為0. 1 ii m 0. 4 ii m，光滑平板接觸表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m ;
往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間施 加載荷。 所述平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的裝置還包括一塊粗糙平板，兩 塊粗糙平板構(gòu)成一組，為兩塊粗糙平板與光滑平板的全塑性接觸。 在粗糙平板和光滑平板間施加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板全 塑性接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa。 所述兩塊成一組的粗糙平板設(shè)置成數(shù)組粗糙平板。 本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)勢 1、本發(fā)明的方法可同時測量大氣壓下潤滑油-接觸表面界面剪切強度和潤滑
油_接觸表面界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)。 2、按本發(fā)明方法制造的裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易制造和實施，制造成本和使用成本均 較低。 3、按本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)在較大范圍的潤滑油壓力下測量。
4、按本發(fā)明的方法測量精度較高。
5、按本發(fā)明的方法測量容易。 按照本發(fā)明的方法及裝置實施測量，技術(shù)效果顯著，具有測試的潤滑油壓力范圍 較大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容易實現(xiàn)、制造成本和使用成本較低、測量容易和測量精度較高等優(yōu) 點，而且能同時測出兩個界面剪切強度參數(shù)值，具有顯著的實用價值。本發(fā)明的裝置可以替 代高壓腔測量裝置、雙圓盤試驗機和球沖擊試驗機等測量裝置，顯示出獨有的應(yīng)用價值。
圖1是本發(fā)明的一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法的流程 圖。 圖2是按本發(fā)明方法實施的一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的 裝置示意圖。 圖3是本發(fā)明的實施例中粗糙平板接觸表面微凸體與光滑平板形成的點接觸中 動壓潤滑油膜壓力分布示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明。 參看圖l，按照本發(fā)明的一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法， 采用雙平板滑動接觸進行測量，其中一塊平板接觸表面粗糙，具有球冠狀微凸體，其表面粗 糙度Ra值為0. 1 i！ m 0. 4 i！ m ;另一塊平板接觸表面光滑，其接觸表面粗糙度Ra值不大于 0. 05iim。
本發(fā)明的方法主要包括以下步驟 A、粗糙平板靜止，光滑平板以一定速度u相對于粗糙平板作滑動，無量綱滾動速 度un乂(2E' R)應(yīng)滿足1.0E-11《un乂(2E' R)《1. 0E_9，其中n a是大氣壓下潤滑油 粘度，E'是兩平板的綜合楊氏彈性模量，R是粗糙平板接觸表面上微凸體頂部的平均曲率 半徑。 B、往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間 施加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa，而 使無量綱載荷w/ ( P NAE' R2)滿足w/ ( P NAE' R2) > 1512. 2 (HRD2/E' )3和w/ ( P NAE' R2) < 3. 78(HRD1/E' ) 3，從而保證兩平板間接觸即粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板的 接觸為全塑性接觸。其中，w為兩平板間施加的載荷，A為兩平板的表觀接觸面積，P,為粗 糙平板接觸表面上微凸體的數(shù)密度即單位面積上的微凸體數(shù)。 C、要完成一次測量需要兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，分別在這兩塊粗 糙平板和光滑平板接觸上進行一次滿足要求的加載，分別測出這兩塊粗糙平板和光滑平板 加載接觸下的粗糙平板接觸表面或光滑平板接觸表面上的摩擦系數(shù)值，求解關(guān)于接觸表面 摩擦系數(shù)的兩元一次方程組(t s。和a s為未知量)即可得到t s。和a s值。
為提高測量精度，可使用多組(兩塊成一組)具有不同接觸表面硬度的粗糙平板 分別進行加載測量，可解得若干組、。和as值，分別求得這些、。和as的平均值，求得的 、。和as平均值可分別取作、。和as的最終測量結(jié)果。
粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)和光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)均為
(2) 視所測摩擦系數(shù)所屬的接觸表面，t ^和a s值為大氣壓下該接觸表面-潤滑油界 /:
服D2 、
視所測摩擦系數(shù)所屬的接觸表面， 面剪切強度和該接觸表面_潤滑油界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)；
設(shè)有兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分別為HRD2a和HRD2b， 對它們和光滑平板接觸分別進行一次滿足要求的加載，測得這兩塊粗糙平板加載接觸下粗 糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)分別為^和&，則可得下面聯(lián)立方 程組
<formula>formula see original document page 8</formula>
解以上聯(lián)立方程組，得
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(3)
(4)
(5) 使用由兩塊成一組的數(shù)組具有不同接觸表面硬度的粗糙平板分別進行加載測量， 測出這些粗糙平板加載接觸下的粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)，得到若干組如式(3)所示的聯(lián)立方程組，解這些聯(lián)立方程組可得到若干組t 3。和a s值， 分別求出這些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分別作為t s。禾P a s的最終 測量結(jié)果。 參看圖2，按本發(fā)明方法實施的一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度 的裝置，包括若干傳感器、兩塊平板，兩塊平板具有不同接觸表面硬度，其中一塊平板接觸 表面粗糙，具有球冠狀微凸體，另 一塊平板接觸表面光滑。 兩塊平板滑動接觸，粗糙平板球冠狀微凸體和光滑平板平面接觸形成高副點接 觸，粗糙平板靜止，光滑平板以一定速度u相對于粗糙平板作滑動。 光滑平板接觸表面硬度HRDl大于粗糙平板接觸表面硬度HRD2。粗糙平板接觸表 面粗糙度Ra值為0. 1 ii m 0. 4 ii m，光滑平板接觸表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m。
往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間施 加載荷。 本發(fā)明的裝置可由兩塊以上粗糙平板組成，兩塊粗糙平板構(gòu)成一組粗糙平板，為 一組兩塊粗糙平板與光滑平板的全塑性接觸。 本發(fā)明的裝置可將兩塊成一組的粗糙平板設(shè)置成數(shù)組粗糙平板，為若干組粗糙平 板與光滑平板的全塑性接觸。 在粗糙平板和光滑平板間施加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板全 塑性接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa。 實際使用中，本發(fā)明為雙平板滑動接觸測量裝置，用來測量大氣壓下潤滑油-接 觸表面界面剪切強度t s。和潤滑油_接觸表面界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)a s，能 同時測出這兩個參數(shù)值。兩平板均為鋼制平板，兩平板間接觸為由許多球冠狀微凸體和平 面接觸組成，球冠狀微凸體和平面接觸為高副點接觸。其中一塊平板接觸表面較粗糙，具有 球冠狀微凸體，其表面粗糙度Ra值為0. 1 m 0. 4 m ;另一塊平板接觸表面較光滑，其接 觸表面粗糙度Ra值不大于0. 05 m。粗糙平板靜止，光滑平板以一定速度u相對于粗糙平 板作滑動(無量綱滾動速度u n乂(2E' R)應(yīng)滿足1. 0E-11《u n乂(2E' R)《1. 0E-9，此 處^是大氣壓下潤滑油粘度，E'是兩平板的綜合楊氏彈性模量，R是粗糙平板接觸表面 上微凸體頂部的平均曲率半徑)，光滑平板接觸表面硬度HRDl應(yīng)大于粗糙平板接觸表面硬 度HRD2。 往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間施 加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa，而使 無量綱載荷w/(PNAE' R2)滿足w/( P NAE' R2) > 1512. 2(HRD2/E'"和w/(PnAE' R2) < 3. 78(HRD1/E' ) 3，從而保證兩平板間接觸(即粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板 的接觸)為全塑性接觸；此處，w為兩平板間施加的載荷，A為兩平板的表觀接觸面積，P N 為粗糙平板接觸表面上微凸體的數(shù)密度(即單位面積上的微凸體數(shù))。
要完成一次測量需要兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，分別在這兩塊粗糙 平板和光滑平板接觸上進行一次滿足要求的加載，分別測出這兩塊粗糙平板和光滑平板加 載接觸下的粗糙平板接觸表面或光滑平板接觸表面上的摩擦系數(shù)值，求解關(guān)于接觸表面摩 擦系數(shù)的兩元一次方程組(Ts。和cis為未知量)即可得到、。禾P as值。得到的、。和 a s值為大氣壓下潤滑油_粗糙平板接觸表面界面剪切強度和潤滑油_粗糙平板接觸表面界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)，或大氣壓下潤滑油_光滑平板接觸表面界面剪切強 度和潤滑油_光滑平板接觸表面界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)(視所測的摩擦系數(shù) 為哪個接觸表面上摩擦系數(shù)而定)。 為提高測量精度，可使用多組(兩個成一組)具有不同接觸表面硬度的粗糙平板 分別進行加載測量，可解得若干組、。和cis值，分別求得這些、。和as的平均值，求得的 、。和as平均值可分別取作、。和cis的最終測量結(jié)果。 其中，1. 0E-11《u n乂(2E' R)《1. 0E-9，w/( P NAE' R2) > 1512. 2 (HRD2/E' )3 和w/ ( P NAE' R2) < 3. 78 (HRD1/E' )3，光滑平板接觸表面硬度HRD1大于粗糙平板接觸表 面硬度HRD2。粗糙平板接觸表面上具有球冠狀微凸體，粗糙平板接觸表面粗糙度Ra值為 0. liim 0.4iim。光滑平板接觸表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m。粗糙平板接觸表面上 微凸體與光滑平板接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa。 根據(jù)推導(dǎo)，圖2中本發(fā)明粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系 數(shù)均為
「00801 <formula>formula see original document page 10</formula> 視所測摩擦系數(shù)所屬的接觸表面，t 3。和a s分別為大氣壓下該接觸表面-潤滑油
界面剪切強度和該接觸表面_潤滑油界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)。 設(shè)有兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分別為HRD2a和HRD2b，
對它們和光滑平板接觸分別進行一次滿足要求的加載，測得這兩塊粗糙平板加載接觸下粗
糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)分別為^和&，則可得下面聯(lián)立方
程組
<formula>formula see original document page 10</formula>
解以上聯(lián)立方程組，得
<formula>formula see original document page 10</formula>
(3)
(4)
(5)
使用多組(由兩塊成一組)具有不同接觸表面硬度的粗糙平板分別進行加載測 量，測出這些粗糙平板加載接觸下的粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦 系數(shù)，得到若干組如式(3)所示的聯(lián)立方程組，解這些聯(lián)立方程組可得到若干組、。和as 值，分別求出這些、。禾P as的平均值，得到的、。禾P as平均值可分別作為、。禾P as的 最終測量結(jié)果。
實施例 光滑平板由20CrMnTi鋼制成，接觸表面經(jīng)滲碳淬火處理，表面硬度為HRD1 = 4. OGPa。光滑平板接觸表面粗糙度Ra值為0. 05 y m。使用的潤滑油為石蠟油LVI260 (國際 牌號)。
1、粗糙平板由20號鋼制成，接觸表面硬度為HRD2 = 0. 3GPa。粗糙平板接觸表面粗糙度Ra值為0. 1 ii m。粗糙平板和光滑平板接觸表面的綜合楊氏彈性模量為E' = 209GPa。粗糙平板(接觸面上)長度為1 = 10mm，光滑平板的長度(沿粗糙平板長度方向)為20mm，兩平板的接觸長度為10mm。粗糙平板寬度為10mm(粗糙平板表觀接觸面積為A = 100mm2)，粗糙平板接觸表面上微凸體頂部的平均曲率半徑為R = 50ym，粗糙平板接觸表面上微凸體數(shù)密度為PN= 100/mm2，光滑平板相對于粗糙平板的滑動速度為u二0.01m/s，無量綱滾動速度為un乂(2E' R) = 1.91E-11。兩平板之間施加的載荷為Wi = 24N即兩平板之間施加的無量綱載荷為巧/(P/E' R2) 二 4.593E-6時，測得粗糙平板接觸表面上的摩擦系數(shù)為^ = 0. 051。粗糙平板仍由20號鋼制成，僅將其接觸表面硬度變成HRD2 = 0. 4GPa，以上粗糙平板其他參數(shù)保持不變。粗糙平板和光滑平板之間施加的載荷為w2 = 36N即兩平板之間施加的無量綱載荷為w2/ ( P NAE' R2) = 6. 890E-6時，測得粗糙平板接觸表面上的摩擦系數(shù)為f2 = 0. 045。根據(jù)這兩次測量結(jié)果，由式(4)和(5)得t s0 = 7. 20MPa、 a s = 0. 027。
2、粗糙平板仍由20號鋼制成，僅將其接觸表面硬度變成HRD2 = 0. 35GPa，粗糙平板其他參數(shù)同實施例1。粗糙平板和光滑平板之間施加的載荷為w3 = 24N即兩平板之間施加的無量綱載荷為^/(P/E' R2) 二 4.593E-6時，測得粗糙平板接觸表面上的摩擦系數(shù)為f3 = o. 047。粗糙平板仍由20號鋼制成，僅將其接觸表面硬度變成HRD2 = 0. 45GPa，粗糙平板其他參數(shù)同實施例1。粗糙平板和光滑平板之間施加的載荷為w4 = 36N即兩平板之間施加的無量綱載荷為^/(P/E' R2) 二 6.890E-6時，測得粗糙平板接觸表面上的摩擦系數(shù)為f4 = 0. 042。根據(jù)這兩次測量結(jié)果，由式(4)和(5)得t s0 = 7. 88MPa、 a s = 0. 025。
3、根據(jù)實施例1中HRD2 = 0. 3GPa時f\ = 0. 051和實施例2中HRD2 = 0. 45GPa時f4 = 0. 042，可由式(4)禾P (5)得t s0 = 8. lOMPa、 a s = 0. 024。 4、根據(jù)實施例1中HRD2 = 0. 4GPa時f2 = 0. 045和實施例2中HRD2 = 0. 35GPa時f3 = 0. 047，可由式(4)和(5)得t s0 = 5. 60MPa、 a s = 0. 031。 上述四組t s。、 a s測量結(jié)果的平均值分別為7. 20MPa和0. 027，最終可取t s。、 a s測量值分別為7. 20MPa和0. 027。
t s。、 a s測量值分別為大氣壓下潤滑油-粗糙平板接觸表面界面剪切強度和潤滑油_粗糙平板接觸表面界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)。
本發(fā)明原理 在本發(fā)明給定的加載條件下，兩平板間接觸為全塑性接觸即粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板的接觸為全塑性接觸，在加載接觸下，粗糙平板接觸表面上微凸體發(fā)生全塑性變形。在本發(fā)明給定的加載條件下，兩平板接觸表面上的摩擦系數(shù)取決于粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板接觸的摩擦系數(shù)。根據(jù)已往界面滑移點接觸流體動壓潤滑研究結(jié)果，當(dāng)圖2中粗糙平板靜止、光滑平板相對于粗糙平板滑動時，在一定的光滑平板滑動速度和一定的施加載荷范圍內(nèi)(如上面給出)，粗糙平板接觸表面上微凸體和光滑平板形成的點接觸處于潤滑油動壓潤滑下，在點接觸的赫茲區(qū)潤滑油于微凸體表面處和光滑平板接觸表面處均發(fā)生滑移，在點接觸的赫茲區(qū)微凸體表面處剪應(yīng)力和光滑平板接觸表面處剪應(yīng)力分別等于潤滑油_微凸體表面界面剪切強度和潤滑油_光滑平板接觸表面界面剪切強度。由于赫茲區(qū)為高油壓區(qū)，赫茲區(qū)的潤滑油-接觸表面界面剪切強度滿足式(1)。大量的實驗和理論研究表明，在圖2的粗糙平板接觸表面微凸體與光滑平板形成的點接觸中，由于赫茲區(qū)油壓高、油的粘度大、油膜的剪切率大，赫茲區(qū)接觸表面的剪應(yīng)力遠(yuǎn)大于點接觸中其它區(qū)域(即入口區(qū)和出口區(qū))接觸表面上的剪應(yīng)力。故圖2中粗糙平板接觸表面上微凸體表面摩擦力和摩擦系數(shù)及光滑平板接觸表面摩擦力和摩擦系數(shù)取決于微凸體與光滑平板形成的點接觸中赫茲區(qū)潤滑油_接觸表面界面剪切強度。 已往研究結(jié)果表明，在圖2的粗糙平板接觸表面微凸體與光滑平板形成的點接觸中，潤滑油膜壓力在赫茲區(qū)為常值P,。在本發(fā)明的兩平板全塑性接觸下，Pmax = HRD2，且= w。，此處&為微凸體與光滑平板形成的點接觸中全塑性接觸區(qū)域的面積，w。為單個微凸體與光滑平板形成的點接觸承受的載荷。圖3顯示了粗糙平板接觸表面微凸體與光滑平板形成的點接觸中潤滑膜壓力分布情況，為取一維方向潤滑膜壓力分布示意。
故圖2本發(fā)明中粗糙平板接觸表面或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)(或粗糙平板接
觸表面上單個微凸體與光滑平板形成的點接觸摩擦系數(shù))為,—Ts4 _ (2"v0+a,//i D2)4 /:
(6)
朋D2 視摩擦系數(shù)所屬的接觸表面，t s為粗糙平板上微凸體與光滑平板形成的點接觸
中赫茲區(qū)(或全塑性接觸區(qū)域)潤滑油-該接觸表面界面剪切強度。 設(shè)有兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分別為HRD2a和HRD2b，對它們和光滑平板接觸分別進行一次滿足要求的加載，測得這兩塊粗糙平板加載接觸下粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)分別為^和&，則可得下面聯(lián)立方程組
<formula>formula see original document page 12</formula>
解以上聯(lián)立方程組，得
<formula>formula see original document page 12</formula>
(4)
(5) 使用多組(兩塊成一組)具有不同接觸表面硬度的粗糙平板分別進行加載測量，測出這些粗糙平板加載接觸下的粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)，得到若干組如式(3)所示的聯(lián)立方程組，解這些聯(lián)立方程組可得到若干組t 3。和a s值，分別求出這些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分別作為t s。禾P a s的最終測量結(jié)果。 綜上可知，采用本發(fā)明的方法及裝置，技術(shù)效果顯著，具有測試的潤滑油壓力范圍較大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容易實現(xiàn)、制造成本和使用成本較低、測量容易和測量精度較高等優(yōu)點，而且能同時測出兩個界面剪切強度參數(shù)值，具有顯著的實用價值。本發(fā)明的裝置可以替代高壓腔測量裝置、雙圓盤試驗機和球沖擊試驗機等測量裝置，顯示出獨有的應(yīng)用價值。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，上述實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對上述實施例的變換、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法，其特征在于，采用雙平板滑動接觸進行測量，其中一塊平板接觸表面粗糙，具有球冠狀微凸體，其表面粗糙度Ra值為0.1μm～0.4μm，另一塊平板接觸表面光滑，其接觸表面粗糙度Ra值不大于0.05μm；包括以下步驟A、粗糙平板靜止，光滑平板以速度u相對于粗糙平板作滑動，無量綱滾動速度uηa/(2E′R)應(yīng)滿足1.0E-11≤uηa/(2E′R)≤1.0E-9，其中ηa是大氣壓下潤滑油粘度，E′是兩平板的綜合楊氏彈性模量，R是粗糙平板接觸表面上微凸體頂部的平均曲率半徑；B、往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間施加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板接觸的最大接觸壓力大于0.4GPa，而使無量綱載荷w/(ρNAE′R2)滿足w/(ρNAE′R2)＞1512.2(HRD2/E′)3和w/(ρNAE′R2)＜3.78(HRD1/E′)3，從而保證兩平板間接觸即粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板的接觸為全塑性接觸；其中，w為兩平板間施加的載荷，A為兩平板的表觀接觸面積，ρN為粗糙平板接觸表面上微凸體的數(shù)密度即單位面積上的微凸體數(shù)；C、要完成一次測量需要兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，分別在這兩塊粗糙平板和光滑平板接觸上進行一次加載，分別測出這兩塊粗糙平板和光滑平板加載接觸下的粗糙平板接觸表面或光滑平板接觸表面上的摩擦系數(shù)值，求解關(guān)于接觸表面摩擦系數(shù)的兩元一次方程組(τs0和αs為未知量)即可得到τs0和αs值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法，其特征 在于為提高測量精度，所述步驟C之后使用由兩塊成一組的數(shù)組具有不同接觸表面硬度的 粗糙平板分別進行加載測量，解得若干組、。和as值，分別求得這些、。和as的平均值， 求得的、。禾P as平均值可分別取作、。禾P as的最終測量結(jié)果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法，其特征 在于所述步驟C中粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)和光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)均為//漁 (2)視所測摩擦系數(shù)所屬的接觸表面，、。和c^值為大氣壓下該接觸表面-潤滑油界面剪切強度和該接觸表面_潤滑油界面剪切強度_潤滑油壓力比例系數(shù)；設(shè)有兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，其表面硬度分別為HRD2a和HRD2b，對它 們和光滑平板接觸分別進行一次加載，測得這兩塊粗糙平板加載接觸下粗糙平板接觸表面 摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)分別為^和&，則可得下面聯(lián)立方程組服D2解以上聯(lián)立方程組，得(y;-/2)腳2Q腳^<formula>formula see original document page 3</formula>使用由兩塊成一組的數(shù)組具有不同接觸表面硬度的粗糙平板分別進行加載測量，測出 這些粗糙平板加載接觸下的粗糙平板接觸表面摩擦系數(shù)或光滑平板接觸表面摩擦系數(shù)，得 到若干組如式(3)所示的聯(lián)立方程組，解這些聯(lián)立方程組可得到若干組、。和as值，分別 求出這些t s。禾P a s的平均值，得到的t s。禾P a s平均值可分別作為t s。禾P a s的最終測量 結(jié)果。
4. 一種實施權(quán)利要求1所述的平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法的 裝置，包括若干傳感器，其特征在于，還包括兩塊平板，具有不同接觸表面硬度，其中一塊 平板接觸表面粗糙，具有球冠狀微凸體，另一塊平板接觸表面光滑；所述兩塊平板滑動接觸，粗糙平板球冠狀微凸體和光滑平板平面接觸形成高副點接 觸，粗糙平板靜止，光滑平板以速度u相對于粗糙平板作滑動；所述光滑平板接觸表面硬度HRD1大于粗糙平板接觸表面硬度HRD2，粗糙平板接觸表 面粗糙度Ra值為0. 1 ii m 0. 4 ii m，光滑平板接觸表面粗糙度Ra值不大于0. 05 y m ;往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間施加載荷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的裝置，其特征 在于，還包括一塊粗糙平板，兩塊粗糙平板構(gòu)成一組，為兩塊粗糙平板與光滑平板的全塑性 接觸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的裝置，其 特征在于，在粗糙平板和光滑平板間施加載荷，使粗糙平板接觸表面上微凸體與光滑平板 全塑性接觸的最大接觸壓力大于0. 4GPa。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的裝置，其特征 在于，所述兩塊成一組的粗糙平板設(shè)置成數(shù)組粗糙平板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種平板與平板全塑性接觸下測量界面剪切強度的方法，采用雙平板滑動接觸進行測量，一塊平板接觸表面粗糙，另一塊平板接觸表面光滑。它包括以下步驟A、粗糙平板靜止，光滑平板以速度u相對于粗糙平板作滑動；B、往兩平板接觸區(qū)供應(yīng)被測潤滑油，使兩平板間形成流體動壓潤滑，在兩平板間施加載荷；C、要完成一次測量需要兩塊具有不同接觸表面硬度的粗糙平板，分別在這兩塊粗糙平板和光滑平板接觸上進行一次加載，分別測出粗糙平板接觸表面或光滑平板接觸表面上的摩擦系數(shù)值，求解得到τs0和αs值。采用本發(fā)明的方法及裝置，技術(shù)效果顯著，具有測試的潤滑油壓力范圍較大、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容易實現(xiàn)、制造成本和使用成本較低、測量容易和測量精度較高等優(yōu)點。
文檔編號G01N19/00GK101710061SQ200910201300
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者張永斌 申請人:張永斌;袁虹娣
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