[发明专利]一种测量润滑剂摩擦系数的装置和方法

权利要求书

1.一种测量润滑剂摩擦系数的装置，其特征在于，包括：

转动模块，包括：

转动轴，所述转动轴的上下端为圆弧尖端；

上宝石轴承，所述上宝石轴承的凹面与所述转动轴的上端圆弧尖端相接触；

下宝石轴承，所述下宝石轴承的凹面与所述转动轴的下端圆弧尖端相接触，所述下宝石轴承的凹面被配置为存放润滑剂；

压力传感器，安装于所述下宝石轴承的下方，其被配置为测量所述下宝石轴承下方的压力；

金属模块，所述金属模块固定安装于所述转动轴的中部，所述金属模块的中心线与所述转动轴的中心线位于同一直线上，所述金属模块与所述转动轴组成转动部，且所述金属模块的转动惯量已知；

磁铁模块，固定安装于所述转动轴靠近上部顶端的部位，位于所述转动轴的上端圆弧尖端的下方，且在上下接触位置以镶嵌插入的方式与所述转动轴的转动部分连接，其中心轴与所述转动轴的中心线位于同一直线上；

永磁体，安装于所述转动模块的上方，所述永磁体被配置为可与所述磁铁模块产生磁吸力，以抵消转动部的自重；以及

三维移动平台，所述三维移动平台位于所述装置的底端，其被配置为：

沿Z轴方向移动，进而调节所述转动轴与所述上宝石轴承及下宝石轴承之间的压力；以及

沿着X,Y轴方向移动，进而使得上宝石轴承中心，下宝石轴承中心及转动轴位于同一竖直直线上；

起旋模块，包括压力气瓶，电磁截止阀以及软质气管，所述起旋模块被配置为喷出气流吹动所述金属模块，进而推动所述转动模块起旋；以及

测速模块，包括速度传感器，所述测速模块被配置为测量所述转动模块的角加速度。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括上固定平台及下固定平台，所述上固定平台具有下开口，所述下固定平台具有上开口，所述上宝石轴承固定于所述上固定平台的下开口内，所述下宝石轴承及所述压力传感器固定于所述下固定平台的上开口内。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括夹持模块，所述夹持模块包括固定部及垂直于固定部的移动部，其中，所述固定部固定安装于所述上固定平台的顶部，以及所述移动部具有夹具，并可沿所述固定部上下移动，所述夹具被配置为夹持所述永磁体。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁铁模块的长度小于所述转动轴长度的1/2。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力传感器为压电陶瓷传感器。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括弹性垫片，所述弹性垫片安装于所述下固定平台的上开口内，并位于所述压力传感器的下方。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述速度传感器为激光传感器。

8.一种测量润滑剂摩擦系数的方法，采用如权利要求1-7任一所述的装置，其特征在于，包括步骤：

根据不同压力条件下所获取的转动轴的摩擦力矩，计算摩擦系数为μ₁的润滑剂的摩擦力矩与压力的比例系数k₁；

根据不同压力条件下所获取的转动轴的摩擦力矩，计算待测润滑剂的摩擦力矩与压力的比例系数k₂；以及

计算待测润滑剂的摩擦系数μ＝μ₁k₂/k₁。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转动轴的摩擦力矩的获取方法包括：

将已知摩擦系数的润滑剂或待测润滑剂放入下宝石轴承的凹面内，并通过起旋模块使所述转动模块起旋；

通过测速模块获取转动轴的角加速度；以及

将所述角加速度乘以所述转动部的转动惯量，得到摩擦力绕所述转动轴的摩擦力矩。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述润滑剂的摩擦力矩与压力的比例系数k根据如下公式计算得到：

其中：

F₁及F₂分别为压力条件1及压力条件2下所获取的摩擦力矩；

N₁及N₂分别为压力条件1及压力条件2下转动轴在下宝石轴承处的压力，分别根据压力条件1及压力条件2下所读取的压力传感器的读数减去下宝石轴承的自重所得；

N₁’及N₂’分别为压力条件1及压力条件2下转动轴在上宝石轴承处的压力，分别根据压力条件1及压力条件2下所读取的压力传感器的读数减去下宝石轴承、转动轴以及金属模块的自重总和并加上磁吸力所得；以及

k＝μd,k₀＝μ₀d，其中d为转动轴与上宝石轴承及下宝石轴承之间的摩擦力到中心转轴的等效力臂长度，μ为润滑剂的摩擦系数，μ₀为转动轴与上宝石轴承的摩擦系数。