[发明专利]一种用于织构化摩擦表面润滑流体压力的测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于织构化摩擦表面润滑流体压力的测量装置及方法，解决了现有技术中无法有效测量织构化摩擦表面润滑流体内部压力的问题，具有能够实现对润滑流体压力的稳定测量和润滑流场的求解的有益效果；其方案如下：一种用于织构化摩擦表面润滑流体压力的测量装置，包括相对设置第一夹持件和第二夹持件，其中一个夹持件夹持织构化板，另一个夹持件夹持光滑板，润滑流体处于光滑板和织构化板之间，光滑板与织构化板各自设置若干压力传感器，压力传感器分别与控制器连接。

技术领域

本发明涉及精密机械工程领域，特别是涉及一种用于织构化摩擦表面润滑流体压力的测量装置及方法。

背景技术

摩擦现象在生活中处处存在，摩擦性能的好坏关系着能源的耗费和器件的寿命，并直接影响到企业的运行成本，因而必须想方设法来提高润滑性能，减小摩擦。添加表面织构作为一种改善摩擦学性能的方法，在实验和工业领域已经得到广泛应用，例如推力轴承、径向轴承、机械密封、汽车发动机、机床导轨和磁存储系统等。为了更好地研究润滑微流场，必须对织构润滑流场中的压力进行测量，从而提前发现问题并优化表面结构，提高摩擦性能。

现有的润滑流体压力测量装置存在以下明显的不足和局限性，依然有待改进。

(1)现有的油膜压力测量装置，不能直接测量织构表面流场内部的压力。传统在轴瓦上沿径向分布压力传感器的测量方法通常精度较差，现在也有在轴上开孔放置压力传感器来连续测量油膜压力的方法，如申请号为201210514630.1的发明专利公开了一种浮环轴承内油膜压力检测方法，在转子轴上开径向盲孔，其中放入无线压力传感器，通过对无线压力传感器中SD卡数据的读取和处理来测量油膜压力分布；如申请号为201610929181.5的发明专利公开了一种滑动轴承油膜压力和油膜温度的三维测量方法，在转子轴上开径向螺纹孔来放置有线压力传感器和温度传感器，将传感器测量得到的压力和温度信号传送到采集系统，得到压力和温度的测量数据。但是，这些发明只能测量滑动轴承表面压力，在测量织构化摩擦表面润滑流体的压力时，因织构内部会发生空化等现象，单侧的压力测量不能测量沿油膜厚度方向压力的变化，不能从微观织构层面进行测量，导致测量精度不够，测量不同点压力时存在效率低、操作复杂等问题。

(2)现有的织构化表面压力测量方法，不能深入到织构内部测量压力，测量结果不够精确。如申请号为201520165165.4的发明专利公开了一种织构化轴承间空化压力的测量装置，在机架上的实验台上设置有圆盘回装单元，下方设置有与之对应的显微观测单元，上部设置有与其相对应的织构空化压力测量单元，并与安装于机架上的加载单元相连，可以在空化现象发生时对其进行实时的观察记录和对其压力进行实时的测量记录。但是，此方法只是从宏观上测量了织构表面的空化压力，没有深入到织构的内部，测量结果不准确，不能求解润滑流场中的压力分布情况，另外，下摩擦表面只能用透明材料，限制了摩擦材料的类型，因此，此方法存在较大缺陷。

(3)现有的油膜压力求解方法，不能有效计算织构化摩擦表面润滑流体的压力场分布。如申请号为201410374918.2的发明专利公开了一种考虑倾斜与热的静压油垫性能计算方法，使用简化推导出的二维雷诺方程，并进行无量纲处理并计算油垫的承载力，刚度与阻尼，最后基于有限差分法使用Matlab编写计算程序得到油垫的压力等各项性能参数。但是，现有研究表明，对于织构化表面流场，当织构深度较大时会在其内部形成漩涡，雷诺方程中沿油膜厚度方向压力不变的假设不能成立，因而雷诺方程不能使用，需要用N-S方程求解。另外，有限差分法虽然求解简单直观，无需构建形函数，建模简便，易于编程，但是其适应性差，受几何形状限制较大，可处理定解条件的种类较少，单元大小和节点选取受限。因而，此发明只能求解表面形状均匀变化的油膜压力场，不能较好的适用于织构化表面的润滑流场。

综上所述，现有技术中对于织构化摩擦表面润滑流体内部的压力测量问题，尚缺乏有效解决方案。

发明内容