[发明专利]一种能够实时监测活塞环-缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置

说明书

本发明公开了一种能够实时监测活塞环‑缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置，包括安装在支撑台架上的导轨，导轨上面安装往复运动装置；支撑台架上的止点附近安装带有刻度尺的机械臂支架，机械臂支架上安装带有刻度尺的机械臂，机械臂与原子力显微镜连接，原子探针连接在原子力显微镜的下面；油盒通过弹性固定装置安装在往复运动装置上面；油盒内的底部设置有加热装置和温度传感器，油盒内安装有固定缸套试件的夹具；施加载荷机构安装在支撑台架上，并与位于缸套试件上方的活塞环连接。本发明通过机械臂的控制，能够使得原子力显微镜对缸套上止点某一固定位置上的边界膜进行实时监测，操作简单，且精度较高。

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种能够实时监测活塞环-缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置。

背景技术

活塞环-缸套摩擦副是内燃机中的重要零部件之一。活塞环-缸套摩擦副在爆压阶段位于止点附近，处于边界润滑状态，在润滑油添加剂的作用下，发生摩擦化学反应生成一层硬度较高、类固体膜的边界膜。边界膜会覆盖在接触表面，避免相互运动的表面直接接触，从而减少磨损。边界膜的生长与磨损具有动态特性，即生长与磨损是同时进行。该边界膜在实际工作过程中很难测量，而边界膜的厚度直接影响活塞环-缸套摩擦副的润滑性能及其磨损情况，对内燃机的设计与可靠性有着较大影响。

目前还没有针对于活塞环-缸套摩擦副边界膜厚度测量的装置和方法。现有的边界膜厚度测量装置和方法为：旋转密封边界膜膜厚测量方法，公开号CN103954243A的专利，提出了一种通过扫描式电子显微镜、射线光电子能谱仪测量活性元素间接测量边界膜厚度的方法，但较难应用到活塞环-缸套摩擦副，且该方法为间接法，需要将试件在摩擦过程后取下再进行测量，难以实现实时监测的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实时监测活塞环-缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种能够实时监测活塞环-缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置，包括刻度尺、机械臂、原子力显微镜、施加载荷机构、原子探针、活塞环、缸套试件、温度传感器、夹具、油盒(10)、弹性固定装置、支撑台架、加热装置、往复运动装置及导轨；

导轨安装在支撑台架上，导轨上面安装往复运动装置；支撑台架上的止点附近安装带有刻度尺的机械臂支架，机械臂支架上安装带有刻度尺的机械臂，机械臂与原子力显微镜连接，原子探针连接在原子力显微镜的下面，用于测量边界膜厚度；油盒安装在往复运动装置上面，通过弹性固定装置固定；油盒内底部设置有加热装置和温度传感器，油盒内安装有固定缸套试件的夹具；施加载荷机构安装在支撑台架上，并与位于缸套试件上方的活塞环连接。

进一步地，所述机械臂可做上升、下降和左右运动。

进一步地，所述施加载荷机构通过夹具与活塞环连接，以保持活塞环与缸套试件做往复摩擦运动。

一种能够实时监测活塞环-缸套摩擦副边界膜厚度的测量装置，其测量步骤如下：

步骤一：利用施加载荷机构上的夹具将活塞环固定夹紧，施加载荷机构由电机等驱动；缸套试件放置在油盒中，由油盒中的夹具固定连接；将润滑油加入到油盒中，并通过油盒中的加热装置设定油盒中的温度，该温度可通过加热装置和温度传感器达到恒定控制；

步骤二：通过带有刻度尺的机械臂控制原子力显微镜悬停在合适的范围内，该范围一般为使得原子探针离缸套试件表面2cm～5cm；由于边界润滑状态常在止点位置附近发生，因此将原子力显微镜和原子探针设置在缸套试件止点附近，原子探针将在活塞环离开止点后，下行至缸套试件表面对生成的边界膜进行厚度测量；

步骤三：原子探针下行时，机械臂只发生轴向运动，不可往复运动，即保持原子探针每次下行都探测同一点，通过间歇性的探测止点附近缸套试件表面的边界膜厚度，从而达到实时监测边界膜厚度的目的。

本发明的有益效果在于：