[发明专利]一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置及测试方法

权利要求书

1.一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：它包括计算机（1）、数据采集卡（2）和机架（16），所述的机架（16）上设有变频电机（3）、转速传感器（4）、联轴器（5）、扭矩传感器（6）、主轴箱（7）、轴套夹具（10）、润滑脂收集箱（14）、径向加载机构（17）、液压缸（18）和油泵（19），所述的径向加载机构（17）上设有力传感器（15），所述主轴箱（7）的旋转轴与滑动轴承试样（11）连接，所述主轴箱（7）的旋转轴上设有拧紧螺母（12），所述的主轴箱（7）上设有润滑脂供给装置（8），所述的轴套夹具（10）上设有加热圈（9）和铂电阻温度传感器（13）。

2.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述的变频电机（3）通过联轴器（5）和主轴箱（7）带动滑动轴承轴颈（24）旋转，满足滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样间的相对转速要求，旋转速度大小可由转速传感器（4）测量。

3.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述扭矩传感器（6）可测量滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样间的摩擦扭矩，计算出滑动轴承轴颈和轴套试样间的摩擦系数。

4.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述润滑脂供给装置（8）通过微型电机（20）带动螺杆（23）旋转，进而带动润滑脂存储罐（21）中的活塞（22）运动，将润滑脂挤压到滑动轴承试样（11）与主轴箱（7）旋转轴的接触表面。

5.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述加热圈（9）用于加热滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样以及润滑脂，加热圈（9）的功率由加热时间、加热温度与环境温度差值以及滑动轴承和润滑脂材料的比热容确定，温度值由铂电阻温度传感器（13）测量得到。

6.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述的滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样分别为20Cr4Mo和20CrNiMo，试样材料经渗碳和淬火处理，表面硬度分别为HRC60和HRC36。

7.根据权利要求6所述的滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样，其特征在于：所述的轴颈（24）试样外表面或轴套（26）内表面加工有不同几何参数的表面织构（28）。

8.根据权利要求6所述的滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样，轴颈（24）试样与主轴箱（7）的旋转轴形成圆锥连接，并由拧紧螺母（12）保证连接质量，轴套（26）试样经销钉孔（27）用销钉与轴套夹具（10）连接，保证实验过程中不发生旋转。

9.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述的滑动轴承模拟工况应满足动压轴承相似准则：

其中为量纲化后的油膜厚度，为量纲化后的油膜压力，为滑动轴承轴颈的半径，为滑动轴承沿轴线方向的长度，为滑动轴承沿轴向的量纲化长度，为轴承沿轴向的坐标，为润滑介质粘度，为滑动轴承的油膜厚度，为参考压力，此处为，，为轴承油膜的负载，为油膜轴承的公称直径；

实际牙轮钻头滑动轴承与实验情况下滑动轴承试样间应满足力学相似：

有相同的索默菲尔德数：

其中：、为动压轴承1和2的转速，为相对间隙或间隙比。

10.根据权利要求1所述的一种全尺寸织构化钻头滑动轴承实验装置，其特征在于：所述的数据采集卡（2）可以收集转速传感器（4）、扭矩传感器（6）、铂电阻温度传感器（13）和力传感器（15）的数据，经转换后输入计算机（1），并在计算机（1）上显示。

11.根据权利要求1~10中任意一项所述的实验装置测试全尺寸织构化钻头滑动轴承的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、预热：实验前先启动实验装置，使得实验装置在零负载情况下预热20min；

S2、试样实验前质量的测量：实验前，用电子天平将经过清洗和烘干后的滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）试样的质量分别测量得到；

S3、安装钻头滑动轴承试样（11）：将已加工好的滑动轴承轴颈（24）通过一定锥度的通孔与主轴箱（7）的旋转轴形成过盈配合，拧紧螺母（12），保证过盈连接的可靠性；将滑动轴承轴套（26）通过销钉孔（27）用紧定销钉与轴套夹具（10）形成固定连接，最后将轴套夹具（10）安装于机架（16）上，使滑动轴承轴颈（24）外表面与轴套（26）内表面接触；

S4、设定实验参数：通过计算机（1）设定实验时变频电机（3）转速、径向加载机构（17）加载力的大小、实验时滑动轴承试样（11）的温度；加载力经油泵（19）供入液压油推动活塞（22）运动，经径向加载机构（17）将力加在滑动轴承试样（11）上，温度由加热圈（9）加热一段时间达到预设定的值；

S5、摩擦磨损实验：先打开润滑脂供给装置（8），向滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）接触表面挤入润滑脂，启动变频电机（3）经联轴器（5）和主轴箱（7）带动滑动轴承轴颈（24）旋转，即可开启摩擦磨损实验，实验进行3h，每隔1s记录一个实验过程中的数据；

S6、实验后处理：实验结束后由计算机（1）系统可导出实验过程中的摩擦系数；将实验后的滑动轴承轴颈（24）试样和轴套（26）试样经清洗和烘干后由电子天平测量得到实验后的质量，与实验前滑动轴承轴颈（24）和轴套（26）的质量差即为实验过程中滑动轴承轴颈（24）试样和轴套（26）试样的磨损量，摩擦磨损实验后滑动轴承轴颈（24）试样和轴套（26）试样的表面形貌可通过扫描显微镜观察得到；

S7、重复S2~S6，得到多组相同实验工况、相同几何参数表面织构（28）下的滑动轴承试样（11）摩擦磨损实验数据，减小或消除实验误差；

S8、改变滑动轴承轴颈（24）试样和轴套（26）试样（即改变滑动轴承轴颈（24）或轴套（26）表面织构（28）的几何参数）或实验工况（加载力、电机转速、实验温度）重复S2~S7，得到多组不同实验工况下，不同几何参数表面织构（28）的摩擦磨损实验数据；

S9、对比不同工况及不同表面织构（28）下得到的实验数据，分析表面织构（28）对不同工况下滑动轴承摩擦磨损的影响，得到对应不同工况下的最优表面织构（28）。