[发明专利]测量球面与球面接触下润滑液膜厚度的实验装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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臼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，关节球头与人工髋臼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臼之间的摩擦磨损进行测试，但却未有获得此球面与球面接触副下润滑液膜的厚度的实验装置。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的中国发明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。

发明内容

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，其包括支撑系统、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，该加载系统包括驱动机构、加载机构及加载球，该驱动机构与该加载机构连接，该驱动机构用于使该加载球产生以加载球球心为圆心的转动，该加载机构与该加载球连接，该加载机构用于在该加载球的转动过程中对该加载球并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承载盘定位机构，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，该承载盘定位机构设置于该工作台面，包括水平旋转皿及垂直旋转皿中的至少一个，该水平旋转皿用于带动该承载盘绕垂直轴旋转，该垂直轴垂直于该工作台面且过该承载盘的凹球面的球心，该垂直旋转皿用于带动该承载盘绕水平轴旋转，该水平轴平行于该工作台面且过该凹球面的球心。

本发明的有益效果为：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，本发明提供的实验装置通过加载系统及驱动系统实现加载球加载并转动的同时，对应设计了方向可调整的承载盘定位机构，从而最大利用了凹球面的有效面积，克服了因凹球面镀膜困难带来的成本增加等问题。该实验装置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为本发明实施例实验装置的正视示意图。

图2为本发明实施例实验装置的左视示意图。

图3为本发明实施例实验装置的加载系统的正视示意图。

图4为本发明实施例实验装置的加载系统的局部剖视示意图。

图5为本发明实施例实验装置的承载系统的局部剖视示意图。

图6为本发明实施例实验装置的整体结构示意图。

主要元件符号说明