專利名稱：一種顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試顆粒介質與界面摩擦特性的雙筒剪切裝置，用于對顆粒物質所受剪切力進行測量。
背景技術：
傳統潤滑油在溫度超過200°C時其性能就逐漸下降，在溫度達到500°C時，潤滑油因內部的分解，基本失去作用。顆粒物質具有某些獨特的性質以及連續顆粒物質在極端溫度條件下仍可以保持較好的固體特性，因而被用于潤滑領域。隨著顆粒流潤滑的應用日漸廣泛，針對顆粒流潤滑的實驗研究越來越被重視，常見的實驗裝置有平行板剪切和同心環狀剪切裝置。已有技術如公開文獻I [Craig K, Buckholz R H, and Domoto G. Effect of Shear Surface Boundaries on Stress for Shearing Flow of Dry Metal Powders-An Experimental Study [J]. ASME J. Tribol, 1987,109(2) :232-237.]中構建的環狀剪切裝置用于研究干燥金屬顆粒的快速剪切過程；公開文獻2[夏建新、毛旭鋒.非均勻顆粒流應力關系實驗研究[J]·巖土力學，2009，30 (8) :79-82.]中構建的內外筒均可單獨旋轉的同心圓筒顆粒剪切實驗裝置，用于測量非均勻離散顆粒在旋轉剪切流動下的切應力變化。但是， 相關文獻構建的實驗裝置所能實現的工況單一，如公開文獻I中的實驗裝置是針對干燥金屬顆粒介質受快速剪切作用而構建的；公開文獻2中所報導的測試裝置其外筒的半徑和內外筒的表面結構(內筒外壁和外筒內壁均貼有橡膠)是固定不變的；并且在公開文獻I和公開文獻2中所述實驗裝置的內外筒均無法實現偏置，而在實際應用中，軸和軸頸(如承受徑向載荷的滑動軸承)始終存在偏心距，這使得實驗裝置并不能真實地反映實際工況。
實用新型內容本實用新型是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，以期能夠有效地測量出在不同的摩擦副表面結構、顆粒種類、尺度和數量、摩擦副間隙以及轉速等因數條件下雙筒裝置所受的剪切阻力，即測量顆粒介質與界面之間的摩擦力。本實用新型為解決技術問題采用如下技術方案本實用新型顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，其結構特點是設置一雙筒剪切單元，是以有機玻璃管內圈與主軸固定裝配，有機玻璃管外圈是由四周的螺桿定位在筒體頂板和筒體底板之間，筒體頂板通過推力軸承與主軸連接并能夠圍繞主軸自由旋轉，所述四個螺桿以主軸的軸線為中心呈等徑均勻分布；在所述筒體頂板與主軸和有機玻璃管內圈的端面之間安裝有密封圈，筒體底板通過角接觸球軸承與主軸連接并能夠繞主軸自由旋轉；在所述螺桿上以過盈配合套裝偏心套筒，所述偏心套筒由與螺桿螺紋配合的螺母鎖緊固定，有機玻璃管外圈是以各螺桿上套裝的偏心套筒獲得徑向定位；在所述有機玻璃管外圈和有機玻璃管內圈之間形成環形區域的剪切室；[0009]一傳動單元，是以電機的輸出軸通過套筒聯軸器連接主軸，主軸的另一端支承在關節軸承中，所述電機和關節軸承固定在機體上，以所述關節軸承和套筒聯軸器保持從電機的輸出軸端經主軸至關節軸承均處在同一軸線上；一測試單元，設置拉壓力傳感器，所述拉壓力傳感器的檢測端與鋼絲繩相連接，所述鋼絲繩的另一端與固定設置在筒體頂板上的凸柱相連接，拉壓力傳感器固定在傳感器支架上。本實用新型顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置的結構特點也在于所述有機玻璃外圈是通過套裝在螺桿上的四個偏心套筒獲得徑向定位；偏心套筒上標定刻度值，以所述刻度值指示刻度位置相對作為偏心套筒回轉中心的螺桿軸線的距離。所述主軸通過推力軸承、角接觸球軸承和關節軸承分別與筒體頂板、筒體底板和機體聯結。在所述機體上安裝攝影儀。與已有技術相比，本實用新型有益效果體現在I、本實用新型能夠有效地測量出在不同的摩擦副表面結構、顆粒種類、尺度和數量、摩擦副間隙以及轉速等因素條件下雙筒裝置所受的剪切阻力，即測量顆粒介質與界面的摩擦力；2、本實用新型是以偏心套筒使有機玻璃管外圈在徑向獲得定位，通過調節偏心套筒，即可調整有機玻璃管外圈與有機玻璃管內圈之間的偏心距離，同時通過更換不同表面結構和半徑的有機玻璃管外圈以及不同種類、尺度和數量顆粒介質，并配合控制電機在不同的轉速，能夠實現多種工況條件的實驗；3、本實用新型整體結構簡單，使用方便，尤其是通過推力軸承、角接觸球軸承和關節軸承將筒體頂板、筒體底板和機體與主軸聯結使得該裝置在進行實驗時能夠方便快捷地根據不同實驗條件更換有機玻璃外圈，同時能夠保證有機玻璃內外圈軸線的平行度；推力軸承、角接觸球軸承和螺栓的配套使用能夠有效避免有機玻璃內外圈發生軸向竄位。4、本實用新型通過設置攝影儀對實驗過程中外層一定數量的著色顆粒的運動過程進行實時跟蹤，從而加深對顆粒物質作為潤滑介質是的動態過程的了解和認識，為進一步認識顆粒介質在受剪切作用條件下的運動過程提供資料。
圖Ia為本實用新型結構示意圖；圖Ib為圖Ia的A-A視圖；圖2為本實用新型中摩擦副原理圖；圖3為本實用新型中偏心套筒示意圖；圖中標號I套筒聯軸器；2筒體頂板；3凸柱；4鋼絲繩；5拉壓力傳感器；6傳感器支架；7偏心套筒；8筒體底板；9關節軸承；10角接觸球軸承；11有機玻璃管內圈；12有機玻璃管外圈；13螺桿；14剪切室；15主軸；16密封圈；17推力軸承；18攝影儀；19示波器。
具體實施方式
[0025]參見圖Ia和圖lb，本實施例中顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置的結構設置為雙筒剪切單元是以有機玻璃管內圈11與主軸15固定裝配，有機玻璃管外圈12是由四周的螺桿13定位在筒體頂板2和筒體底板8之間，筒體頂板2通過推力軸承17與主軸15連接并能夠圍繞主軸15自由旋轉，四個螺桿13以主軸15的軸線為中心呈等徑均勻分布；在筒體頂板2與主軸15和有機玻璃管內圈11的端面之間安裝有密封圈16，避免在實驗過程中顆粒物質進入該間隙帶來誤差；筒體底板8通過角接觸球軸承10與主軸15連接并能夠繞主軸15自由旋轉；在螺桿13上以過盈配合套裝偏心套筒7，有機玻璃管外圈12 是以各螺桿13上套裝的偏心套筒7獲得徑向定位；在有機玻璃管外圈12和有機玻璃管內圈11之間形成環形區域的剪切室14。圖Ia和圖3所示，本實施例中偏心套筒7上標定刻度值，偏心套筒7以過盈配合套裝在螺桿13上，以此將螺桿13的軸線作為偏心套筒7的回轉中心，以所述刻度值指示刻度位置相對該回轉中心的距離；筒體底板8以階梯孔與螺桿13配合。傳動單元是以電機的輸出軸通過套筒聯軸器I連接主軸15，主軸15的另一端支承在關節軸承9中，電機和關節軸承9固定在機體上，以關節軸承9和套筒聯軸器I保持從電機的輸出軸端經主軸至關節軸承均處在同一軸線上。測試單元包括設置拉壓力傳感器5，拉壓力傳感器5的檢測端與鋼絲繩4相連接，鋼絲繩4的另一端與固定設置在筒體頂板2上的凸柱3相連接，拉壓力傳感器5固定在傳感器支架6上。具體實施中，在機體上安裝攝影儀18，用以攝取剪切室14中最外層顆粒物質在受剪切作用下的動態過程。實驗過程中，在剪切室14中填充實驗所需的顆粒物質并根據實驗要求的有機玻璃管外圈的半徑、內外圈的表面幾何特征條件來選擇有機玻璃管內圈11和有機玻璃管外圈12 ;旋轉螺桿13上的偏心套筒7來調節偏心套筒7外圓與有機玻璃管外圈12接觸點到偏心套筒7旋轉中心的距離，從而實現對有機玻璃管內圈11與有機玻璃管外圈12偏置尺寸的調節，以實現剪切室14的尺寸或形狀的變化。當電機帶動主軸15和有機玻璃管內圈11轉動，經顆粒對有機玻璃管外圈12的內壁產生摩擦力矩,即實驗所要測試的剪切力,通過測試系統測出該力矩。構成測試系統的設置也包括將傳感器輸出連接到示波器19，用于直接觀察并記錄實驗數據，攝像儀18用于拍攝記錄實時的著色顆粒運動畫面，可以跟蹤拍攝一顆或幾顆染色顆粒在剪切室中運動情況。
權利要求1.一種顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，其特征是設置一雙筒剪切單元，是以有機玻璃管內圈(11)與主軸(15)固定裝配，有機玻璃管外圈(12)是由四周的螺桿(13)定位在筒體頂板(2)和筒體底板(8)之間，筒體頂板(2)通過推力軸承(17)與主軸(15)連接并能夠圍繞主軸(15)自由旋轉，所述四個螺桿(13)以主軸(15)的軸線為中心呈等徑均勻分布；在所述筒體頂板(2)與主軸(15)和有機玻璃管內圈(11)的端面之間安裝有密封圈(16)，筒體底板⑶通過角接觸球軸承(10)與主軸(15) 連接并能夠繞主軸(15)自由旋轉；在所述螺桿(13)上以過盈配合套裝偏心套筒(7)，所述偏心套筒(7)由與螺桿(13)螺紋配合的螺母鎖緊固定，有機玻璃管外圈(12)是以各螺桿(13)上套裝的偏心套筒(7)獲得徑向定位；在所述有機玻璃管外圈(12)和有機玻璃管內圈(11)之間形成環形區域的剪切室(14)；一傳動單元，是以電機的輸出軸通過套筒聯軸器(I)連接主軸(15)，主軸(15)的另一端支承在關節軸承(9)中，所述電機和關節軸承(9)固定在機體上，以所述關節軸承(9)和套筒聯軸器(I)保持從電機的輸出軸端經主軸至關節軸承均處在同一軸線上；一測試單元，設置拉壓力傳感器(5)，所述拉壓力傳感器(5)的檢測端與鋼絲繩(4)相連接，所述鋼絲繩(4)的另一端與固定設置在筒體頂板(2)上的凸柱(3)相連接，拉壓力傳感器(5)固定在傳感器支架(6)上。
2.根據權利要求I所述的顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，其特征是所述有機玻璃外圈是通過套裝在螺桿(13)上的四個偏心套筒(7)獲得徑向定位；偏心套筒(7)上標定刻度值，以所述刻度值指示刻度位置相對作為偏心套筒回轉中心的螺桿(13)軸線的距離。
3.根據權利要求I所述的顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，其特征是所述主軸(15)通過推力軸承(17)、角接觸球軸承(10)和關節軸承(9)分別與筒體頂板(2)、 筒體底板(8)和機體聯結。
4.根據權利要求I所述的顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，其特征是在所述機體上安裝攝影儀(18)。
專利摘要本實用新型公開了一種顆粒介質在雙筒剪切過程中的摩擦學測試裝置，其特征是設置一雙筒剪切單元，是以主軸通過推力軸承、角接觸球軸承和關節軸承分別與筒體頂板、筒體底板和機體聯結，有機玻璃管內圈與主軸固定裝配，有機玻璃管外圈是由四周的螺桿定位在筒體頂板和筒體底板之間，筒體頂板和筒體底板能夠圍繞主軸自由旋轉；在螺桿上以過盈配合套裝偏心套筒，有機玻璃管外圈是以各螺桿上套裝的偏心套筒獲得徑向定位；在有機玻璃管外圈和有機玻璃管內圈之間形成環形區域的剪切室。本實用新型整體結構簡單，使用方便，能有效地測量出在不同摩擦副表面結構、顆粒種類、尺度和數量、摩擦副間隙以及轉速等因數條件下雙筒裝置所受的剪切力，即顆粒介質與界面的摩擦力。
文檔編號G01N19/02GK202351161SQ201120414238
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者劉焜, 張伯平, 楊川江, 王偉 申請人:合肥工業大學