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一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置及其测量方法
【专利摘要】本发明提供一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置及其测量方法，基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置包括机架，机架上设置平面圆盘回转单元和显微干涉测量单元，机架上还设置微滑块调整及油膜承载力测量单元，微滑块调整及油膜承载力测量单元设置在平面圆盘回转单元的上方，且与平面圆盘回转单元相配合，微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板上安装传感器，传感器连接微滑块；利用多光束干涉法对膜厚进行精确测量，利用拉压传感器对油膜的承载力进行直接测量，有效解决涂层界面磨损与保持两接触面的平行问题，而且对承载区间油膜承载力的直接测量，更好地研究表面改性对摩擦性能的影响，具有更高的工程价值。
【专利说明】一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置及其测量方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种润滑油实验测量装置，具体是指一种在固定微纳米级油膜厚度条件下，微型滑块轴承间润滑油膜的承载力测量装置，属于低副接触流体润滑油膜的实验测量领域。

【背景技术】
[0002]油膜润滑是工程中极其重要的一个技术研究领域，它利用润滑油在两摩擦固体表面之间形成分隔油膜，减少表面磨损。表面工程学是材料科学的一个重要分支，利用表面改性技术、薄膜技术和涂镀层技术等，使材料表面获得材料本身没有而又希望具有的性能，从而有效改善接触副间的润滑性能。
[0003]目前有关表面工程的实验研究大多是测量一对摩擦表面间的摩擦力和摩擦系数，所用到的实验装置大多为UMT摩擦磨损试验机和自制简易装置。图1是青岛理工大学郭峰等人研制的微型滑块轴承润滑油膜测量仪，该测量仪是光干涉法在流体动压润滑研究方面的成功应用，能够测量恒倾角面接触接触流体动力润滑油的厚度，同时利用CCD可对接触区油膜进行直接观测，从而研究表面工程学在摩擦学中的应用。
[0004]然而，材料表面的纹理或涂层是微米级甚至是纳米级的，利用UMT摩擦磨损试验机进行实验过程中，最大的问题在于涂层很容易被蹭掉，这不利于分析表面改性对润滑性能的影响。另一方面，发明人在图1所示的实验系统测量油膜厚度的过程中发现，要保持两接触面始终平行实际是非常困难的，原因在于当玻璃盘转动过程中，由于玻璃盘的振动，油膜的振荡等因素会影响玻璃盘与微型滑块间的倾角。而且，油膜承载力是工程中评价润滑接触副摩擦学特性的重要参数，但经学术检索发现，测量油膜承载力的装置为数不多。图1所示的测量系统是固定载荷，测量玻璃盘在不同转速下微型滑块与玻璃盘间的油膜厚度，本发明利用微位移机构将微型滑块轴承间的油膜厚度固定在亚微米级，利用高精度传感器直接测量接触区内油膜的承载力，以便于更好的研究表面改性对摩擦性能的影响，这比单纯的测量油膜厚度将更具工程意义。


【发明内容】

[0005]针对现有技术存在的缺点与不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置，利用多光束干涉法对膜厚进行精确测量，利用拉压传感器对油膜的承载力进行直接测量，有效解决涂层界面磨损与保持两接触面的平行问题，而且对承载区间油膜承载力的直接测量，更好地研究表面改性对摩擦性能的影响，具有更高的工程价值。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，提供一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置及其测量方法，基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置包括机架，机架上设置平面圆盘回转单元和显微干涉测量单元，机架上还设置微滑块调整及油膜承载力测量单元，微滑块调整及油膜承载力测量单元设置在平面圆盘回转单元的上方，且与平面圆盘回转单元相配合，微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板上安装传感器，传感器连接微滑块。
[0007]上述的一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置，其微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板上安装调节螺杆，调节螺杆连接十字头，十字头通过调节盘连接传感器，传感器连接微滑块。
[0008]上述的一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置，其传感器通过传感器联结件连接滑块安装座，滑块安装座上固定微滑块。
[0009]上述的基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置的测量方法，包括如下步骤: 第一步，调整并固定角度:微滑块与玻璃盘接触，调节微滑块与玻璃盘间的夹角，使其固定倾角；
第二步，施加压力:利用微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板向微滑块施加向下的力，确保微滑块被抬起并与玻璃盘保持设定的固定间隙％；
第三步，微滑块上升:调节微滑块调整及油膜承载力测量单元的升降位移台，将压板缓慢抬起，使得微滑块与玻璃盘慢慢脱离并且两者的间隙逐渐变大；在此过程中，测力传感器的示值为零表明两者完全脱离；
第四步，数据处理:利用显微干涉测量单元记录微滑块在上升过程中光强的变化，然后停止移动位移台，根据光强的变化进行数据处理，获得微滑块与玻璃盘的间隙％ ；
第五步，测得油膜承载力变化曲线:当油膜厚度固定为h时，驱动平面圆盘回转单元的玻璃盘匀速旋转，此时油膜对微滑块施加的作用力通过传感器进行测量，数据处理后得到油膜承载力变化曲线。
[0010]微滑块可通过不同的表面改性方法(如不同表面纹理或不同材料的涂层)处理得至IJ，再通过改变润滑油，玻璃盘转速，微滑块与玻璃盘的倾角和间隙等工况，重复试验以研究表面改性对摩擦润滑性能的影响。
[0011]本发明与【背景技术】发明专利200810249672.0微型滑块轴承润滑油膜测量仪的不同点在于:
1、本发明是在固定膜厚为亚微米级条件下，直接测量油膜承载力；而【背景技术】中的测量仪是在固定载荷条件下，对微滑块与玻璃盘的油膜厚度进行测量。
[0012]2、在动态条件下，调节和控制微滑块与玻璃盘保持固定的平行间距，本发明较【背景技术】中的测量仪实现起来更容易。
[0013]3、本发明将精密升降台的位移控制与光干涉测量的反馈控制有效结合，能够使得微滑块与玻璃盘间的平行油膜间隙在亚微米级实现精确定位。
[0014]本发明具有如下优点及有益技术效果:
1、本发明的基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置能够在固定膜厚为亚微米级条件下，有效解决涂层界面磨损的问题，直接测量油膜承载力，更好地研究表面改性对摩擦性能的影响，为工程实践提供了必要的理论依据。
[0015]2、本发明的基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置在动态条件下，调节和控制微滑块与玻璃盘保持固定的平行间距，实现起来更容易，从而能更好地研究表面改性对摩擦性能的影响。
[0016]3、本发明的基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置将精密升降台的位移控制与光干涉测量的反馈控制有效结合，能够使得微滑块与玻璃盘间的平行油膜间隙在亚微米级实现精确定位。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是本发明现有技术中的微型滑块轴承润滑油膜测量仪结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是图2中微滑块调整及油膜承载力测量单元与平面圆盘回转单元配合示意图；
图4是图2中微滑块调整及油膜承载力测量单元的传感器安装位置的局部结构示意图；
图5是本发明控制流程框图；
图6是实施例中软件监控界面示意图；
图7是实施例中微滑块上升过程示意图；
图8是实施例中对应的光强变化曲线图；
图9是实施例中测得的承载力曲线图。
[0018]上述图中:
1-微滑块调整及油膜承载力测量单元，2-平面圆盘回转单元，3-显微干涉测量单元，4-机架，5-升降位移台，6-锁紧机构，7-微滑块，8-滑块安装座，9-传感器联结件，10-传感器，11-调节盘，12-十字头，13-压板，14-调节螺杆。

【具体实施方式】
[0019]本实施例的基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置包括机架4，机架4上设置平面圆盘回转单元2和显微干涉测量单元3，机架4上还设置微滑块调整及油膜承载力测量单元1，微滑块调整及油膜承载力测量单元I设置在平面圆盘回转单元2的上方，且与平面圆盘回转单元2相配合，微滑块调整及油膜承载力测量单元I的压板13上安装传感器10，传感器10连接微滑块7。微滑块调整及油膜承载力测量单元I的压板13上安装调节螺杆14，调节螺杆14连接十字头12，十字头12通过调节盘11连接传感器10，传感器10通过传感器联结件9连接滑块安装座8，滑块安装座8上固定微滑块7。
[0020]本实施例利用光干涉法在固定油膜厚度条件下测量油膜的承载力，其步骤如下: 第一步，调整并固定角度:微滑块7与玻璃盘接触，如图7所示I对应的起始位置，调节微滑块7与玻璃盘间的夹角，使其固定某个倾角，如图7所示2对应的中间位置，而角度调节方法与【背景技术】中的发明专利200810249672.0微型滑块轴承润滑油膜测量仪中介绍的相同，不再赘述。
[0021]第二步，施加压力:利用锁紧结构6向微滑块7施加向下的力，确保微滑块7被抬起并与玻璃盘保持某个设定的固定间隙Iv此时注意施加的力不要过大，以免传感器10超量程而被损坏；
第三步，微滑块上升:由于压板13与升降位移台5固定连接在一起，调节升降位移台5，可将压板13缓慢抬起，即微滑块7与玻璃盘慢慢脱离并且两者的间隙逐渐变大；在此过程中，传感器10的示值为零表明两者完全脱离； 第四步，数据处理:利用显微干涉测量单元3和监控软件记录微滑块7在上升过程中光强的变化，然后停止移动升降位移台5，根据光强的变化进行数据处理，获得微滑块7与玻璃盘的间隙tv如图8所示；在本实施例中，根据计算求得一个完整波长的光强变化对应油膜厚度的变化值为240nm ;若保证微滑块与玻璃盘的间隙为480nm，可在光强变化为两个波长时立即停止移动位移台；由于这是一个缓变过程，所以此操作很容易实现；
第五步，测得油膜承载力变化曲线:当油膜厚度固定为h时，利用伺服系统驱动玻璃盘以一定速度旋转，此时油膜对微滑块7施加的作用力可用高精度测力传感器进行测量，并用图6所示的监控软件进行数据处理和实时显示，测得图9所示的油膜承载力变化曲线。
[0022]微滑块可通过不同的表面改性方法(如不同表面纹理或不同材料的涂层)处理得至IJ，再通过改变润滑油，玻璃盘转速，微滑块与玻璃盘的倾角和间隙等工况，重复试验以研究表面改性对摩擦润滑性能的影响。
[0023]以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置，它包括机架，机架上设置平面圆盘回转单元和显微干涉测量单元，机架上还设置微滑块调整及油膜承载力测量单元，微滑块调整及油膜承载力测量单元设置在平面圆盘回转单元的上方，且与平面圆盘回转单元相配合，其特征在于:所述微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板上安装传感器，传感器连接微滑块。
2.根据权利要求1所述的一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置，其特征在于:所述微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板上安装调节螺杆，调节螺杆连接十字头，十字头通过调节盘连接传感器，传感器连接微滑块。
3.根据权利要求1所述的一种基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置，其特征在于:所述传感器通过传感器联结件连接滑块安装座，滑块安装座上固定微滑块。
4.一种如权利要求1所述的基于光学反馈的润滑油薄膜承载力测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步，调整并固定角度:微滑块与玻璃盘接触，调节微滑块与玻璃盘间的夹角，使其固定倾角； 第二步，施加压力:利用微滑块调整及油膜承载力测量单元的压板向微滑块施加向下的力，确保微滑块被抬起并与玻璃盘保持设定的固定间隙％； 第三步，微滑块上升:调节微滑块调整及油膜承载力测量单元的升降位移台，将压板缓慢抬起，使得微滑块与玻璃盘慢慢脱离并且两者的间隙逐渐变大；在此过程中，测力传感器的示值为零表明两者完全脱离； 第四步，数据处理:利用显微干涉测量单元记录微滑块在上升过程中光强的变化，然后停止移动位移台，根据光强的变化进行数据处理，获得微滑块与玻璃盘的间隙％ ； 第五步，测得油膜承载力变化曲线:当油膜厚度固定为h时，驱动平面圆盘回转单元的玻璃盘匀速旋转，此时油膜对微滑块施加的作用力通过传感器进行测量，数据处理后得到油膜承载力变化曲线。
【文档编号】G01N19/00GK104515733SQ201310450160
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】杨淑燕, 朱慧强, 郭峰 申请人:青岛理工大学