本发明专利技术涉及一种测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置，包括支撑系统、加载系统、承载系统及光学测量系统，该加载系统包括摆动机构、加载机构及加载球，该加载机构连接于该摆动机构和该加载球之间，该摆动机构用于使该加载机构产生以加载球球心为圆心且在同一平面上的摆动，该加载机构的摆动使所述加载球转动，并且该加载机构通过该加载球对该承载系统施加过加载球球心的恒定的载荷，该承载系统包括承载盘，该承载盘具有凹球面，该凹球面用于承载该加载球且该承载盘在加载球转动时固定设置。本发明专利技术属于测量技术领域，实验装置可用于轴承、关节等球面与球面接触下的纳米级润滑液膜厚测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量润滑液膜厚度的实验装置，尤其涉及一种测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置。
技术介绍
在机械工程中涉及到表面与表面接触的地方，除了常见的平面与平面、平面与球面接触的形式外，还有很多球面与球面接触的情况。另外，在人工髋关节系统中，也存在关节球头与人工髋白这对典型的球面与球面接触的形式。两接触副中润滑液膜的厚度是影响其摩擦磨损性能的一个重要因素，直接影响着摩擦副材料的使用寿命，因此，对润滑液膜的厚度测量具有十分重要的意义。以人工髋关节置换为例，目前世界范围内每年有大批患者接受该手术治疗(比例约为1/1000)，且这一数字在呈逐年递增趋势。在我国，随着人们对生活质量需求的不断提升，越来越多的髋关节病患者选择人工髋关节置换。在人工髋关节置换系统中，关节球头与人工髋白摩擦磨损所产生的磨损微粒造成的“骨溶解”病使得患者在15年左右需进行二次手术。为此，研究人员开发了各种实验设备，对关节球头与人工髋白之间的摩擦磨损进行测试，但却未有用于获得此球面与球面接触副下润滑液膜的厚度的实验设备。目前，对润滑液膜厚度的测量多局限于平面与平面接触以及平面与球面接触的情况。例如，公告号为CN101709953B的中国专利技术专利公开了一种润滑剂膜厚测量仪，用于测量加载球与盘片之间的润滑液膜厚度。然而，这种测量平面与球面之间润滑液膜厚度的仪器无法对球面与球面接触的情况进行测量。
技术实现思路
有鉴于此，开发一种用于球面与球面接触下润滑液膜厚度测试的实验装置非常必要。一种测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置，包括支撑系统、加载系统、承载系统及光学测量系统，该支撑系统包括一工作台面，该加载系统及该承载系统固定于该工作台面，该加载系统包括摆动机构、加载机构及加载球，该加载机构连接于该摆动机构和该加载球之间，该摆动机构用于使该加载机构产生以加载球球心为圆心且在同一平面上的摆动，该加载机构的摆动使所述加载球转动，并且该加载机构通过该加载球对该承载系统施加过加载球球心的恒定的载荷，该承载系统包括承载盘，该承载盘具有凹球面，该凹球面用于承载该加载球且该承载盘在加载球转动时固定设置。本专利技术的有益效果为润滑液膜的厚度是影响摩擦副摩擦磨损性能的一个非常重要的因素，其直接影响着摩擦副材料的使用寿命，针对以往的润滑液膜厚度测量多局限于平面与平面接触以及平面与球面接触这一难题，本专利技术提供的实验装置通过加载系统实现了加载球在绕自身球心转动的过程中对固定的承载盘进行加载，满足球面与球面接触下润滑液膜厚度测试的需求，可对球面与球面接触下纳米级润滑液膜的厚度进行测量。附图说明图1为本专利技术实施例实验装置的正视示意图。图2为本专利技术实施例实验装置的左视示意图。图3为本专利技术实施例实验装置的加载系统的正视示意图。图4为本专利技术实施例实验装置的加载系统的局部剖视示意图。图5为本专利技术实施例实验装置的承载系统的局部剖视示意图。图6为本专利技术实施例实验装置的整体结构示意图。主要元件符号说明实验装置I支撑系统10加载系统20承载系统30光学测量系统40温控系统50自动控制系统60工作台面102机架104调整垫106摆动机构200加载球202伺服电机204转动块206连杆机构208滑块210圆弧导轨212转轴214第一轴216第二轴218螺杆220螺套222减速机224导轨架226加载机构228固定杆230弹簧232调节螺杆234转接轴236锁紧螺母238，314压力传感器240连接轴242承载盘302凹球面306水平旋转皿308垂直旋转皿310调节杆312锁紧螺钉316密封圈318光学显微镜402光源|404 —显微镜移动平台406_工控机602 一_控制箱604 —显示器606 — 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置作进一步的详细说明。请参阅图1及图2，本专利技术实施例提供一种测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置1，包括支撑系统10、加载系统20、承载系统30及光学测量系统40。该实验装置I可以用于测量球面与球面接触下润滑液膜的厚度。该支撑系统10包括一工作台面102，用于支撑和固定该加载系统20及该承载系统30。另外，该支撑系统10还可包括机架104及调整垫106。该机架104用于支撑该工作台面102，该调整垫106设置在该机架104底部的四个角，用于对该工作台面102的水平进行调整及减震，以增强稳定性。请参阅图3及图4，该加载系统20包括摆动机构200、加载机构228及加载球202。该加载机构228连接于该摆动机构200和该加载球202之间。该摆动机构200与该加载机构228连接，用于使该加载机构228产生以加载球202的球心为圆心且在同一平面上的摆动，该加载机构228带动该加载球202，使该加载球202以球心为圆心在同一平面上往复转动。该摆动机构200的摆动的频率与该加载球202的转动频率相同，该摆动机构200的摆角与该加载球202的转动角度相同。该摆动机构200通过该支撑系统10支撑，该摆动机构200包括伺服电机204、转动块206、连杆机构208、滑块210及圆弧导轨212。该伺服电机204用于驱动该转动块206进行转动，并通过该连杆机构208带动该滑块210沿该圆弧导轨212做往复滑动。该转动块206与该伺服电机204连接，通过伺服电机204的驱动绕转轴214进行转动，转轴214与圆弧导轨212所在的平面垂直，该转动块206具有一平行于该圆弧导轨212所在平面的外侧表面。该连杆机构208 —端设置在该转动块206上，另一端设置在该滑块210上。具体为，该连杆机构208 —端通过第一轴216连接在该转动块206的该外侧表面的第一位置，且该第一位置与该转动块206的转轴214间隔设置，另一端通过第二轴218连接在该滑块210的第二位置，如滑块210的中心。该滑块210与该圆弧导轨212为滑动连接，例如，该滑块210套设在该圆弧导轨212上，可沿该圆弧导轨212滑动。该连杆机构208为刚性杆，当该转动块206转动时，该连杆机构208使该转动块206的第一位置与该滑块210的第二位置之间的距离保持不变，由于该第一位置不在该转动块206的转轴214，因此可以使该滑块210在该连杆机构208的带动下沿该圆弧导轨212做往复滑动。在工作中，摆动机构200的摆动的频率优选为O至6Hz，摆角优选为±20°，相应地，加载球202的转动频率优选为O至6Hz，转动角度优选为±20°。在固定支撑方面，该伺服电机204可以直接固定在该工作台面102上。该圆弧导轨212可以通过一导轨架226固定在该工作台面102上。该圆弧导轨212的圆弧所在的平面优选为垂直于该工作台面102，更为优选地，该工作台面102水平设置，该圆弧导轨212的圆弧所在的平面沿竖直方向设置。进一步地，该连杆机构208可以为长度可调节的刚性杆，从而可以对该滑块210在该圆弧导轨212上的滑动距离及加载机构228的摆角和加载球202的转动角度进行调节。例如，该连杆机构208可以是螺杆220及螺套222组成的机构，通过螺杆220的旋转调节该连杆机构208的整体长度，另外还可包括锁紧螺母238本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置，包括支撑系统、加载系统、承载系统及光学测量系统，该支撑系统包括一工作台面，该加载系统及该承载系统固定于该工作台面，其特征在于，该加载系统包括摆动机构、加载机构及加载球，该加载机构连接于该摆动机构和该加载球之间，该摆动机构用于使该加载机构产生以加载球球心为圆心且在同一平面上的摆动，该加载机构的摆动使所述加载球转动，并且该加载机构通过该加载球对该承载系统施加过加载球球心的恒定的载荷，该承载系统包括承载盘及固定件，该承载盘具有凹球面，该凹球面用于承载该加载球且该承载盘在加载球转动时固定设置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪玉，雒建斌，郭丹，张韶华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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