一种大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置

本发明涉及一种大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，属于机械设计和润滑油品领域。

背景技术：

1、粘度是润滑油的重要物理参数，旋转式粘度计是润滑油粘度测试的主要装置之一。然而，现有旋转式粘度计存在以下问题尚待突破：

2、粘度计的剪切速率偏低：传统型旋转式粘度计采用普通电机驱动，转速偏低，粘度计的最高剪切速率偏低。然而，现代机械零件设计，要求润滑油在大剪切速率下的粘度参数，因此，需要提出一种能够实现超高剪切速率的新型润滑油粘度测试装置，以满足大剪切速率下的润滑油粘度测试的需求。

3、测温精度偏低：传统型旋转式粘度计的润滑油注入油杯中进行测试，而润滑油的温度采用埋入在油杯基体内的热电偶测试，且热电偶与润滑油存在一定的距离。由于润滑油在粘度测试过程中温度快速上升，润滑油与热电偶之间存在较大的温差，导致润滑油温度测量结果与实际值存在较大的误差，或者说，传统型旋转式粘度计的测温精度偏低，测得的润滑油的粘-温度特性不真实。因此，需要提出高精度的润滑油温度测试方法。

4、被测润滑油的类别单一：润滑油种类较多，包括纯油、油气混合物等，传统型旋转式粘度计适用于纯油，不能满足油气混合物的粘度测试。主要是因为传统型旋转式粘度计将油气混合物注入开放式的润滑油杯中，油气混合物的气相将在2分钟左右完全析出，加之油气混合物的含气率有其所处的环境压力密切相关，而传统型旋转式粘度计的油杯暴露在常压下。因此，需要提出新型的供油方式，解决油气混合物的粘度测试难题。

技术实现思路

1、技术问题：针对传统型旋转式粘度计存在的问题，本发明从试件、驱动、测温、润滑油供给等技术环节入手，提供大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，是一种面向多类被测介质的新型润滑油粘度测试装置。

2、技术方案：本发明旨在提供一种大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，该装置以轴承座为主体，在轴承座中设有轴瓦，在轴瓦内设有与轴瓦同轴的轴颈，轴颈的一端与超高速空气轴承电主轴连接；在轴瓦上设有微型测温传感器；在轴承座一侧设有进油口，另一侧设有出油口；该装置采用倒置式径向轴承作为粘度测试的元件，轴承座与轴承座的卸荷装置的重量相等，确保径向轴承的轴颈和轴瓦处于同心状态。

3、所述轴瓦与轴颈之间设有间隙，在该间隙中充满被测润滑油，并与进油口、出油口连通。

4、所述轴承座的上方连接有轴承座的卸荷装置，其中，轴承座卸荷装置中的缆线的一端连接轴承座，另一端通过第一滑轮，第二滑轮连接平衡块。

5、所述轴承座的侧面设有测力杠杆，测力杠杆的另一端设有力传感器，力传感器的输出接数字显示器。

6、采用力平衡法测试润滑油的表观粘度，即通过安装在轴承座上的测力杠杆与测力传感器，测试并计算径向轴承因油膜剪切而产生的摩擦力矩，换算润滑油的表观粘度。

7、所述力传感器读取传感处的支反力，根据力传感器处支反力的大小以及结构参数和运行参数，确定润滑油的表观粘度，粘度计算公式如下：

8、

9、其中：

10、d—轴瓦直径(米)

11、d—轴颈直径(米)

12、ft—力传感器的支反力(牛顿)

13、lt—力传感器到轴瓦中心的距离(米)

14、ω—超高速空气轴承电主轴旋转角速度(弧度/秒)

15、wt—受剪切油膜的轴向长度(米)。

16、所述轴承座一侧的进油口连接温度调节系统的输出端，温度调节系统的输入端连接供油泵；温度调节系统用于快速调节润滑油温度，便于润滑油的粘温特性的测试。

17、所述超高速空气轴承电主轴由变频器控制转速，该装置采用超高速空气轴承电主轴驱动，并通过变频器)无级调速，使润滑油获得大剪切速率，且剪切速率大小可调。

18、所述在轴瓦上设有微型测温传感器，由微型测温传感器直接测量被测润滑油膜的温度，大幅提高润滑油温度的测试精度。

19、本发明的粘度测试装置的测试步骤如下：

20、步骤1，采用供油泵泵出润滑油，流经温度调节系统后，进入径向轴承的进油口，流过轴瓦、轴颈的间隙，从出油口返回储油箱；

21、步骤2，采用变频器驱动超高速空气轴承电主轴，达到设定的工作转速，使润滑油获得设定的待测剪切速率；

22、步骤3，通过微型温度传感器读取油膜温度；

23、步骤4，通过力传感器读取不同转速下油膜剪切作用产生作用力；

24、步骤5，根据力平衡原理，采用粘度计算公式：

25、

26、其中：

27、d—轴瓦直径(米)

28、d—轴颈直径(米)

29、ft—力传感器的支反力(牛顿)

30、lt—力传感器到轴瓦中心的距离(米)

31、ω—超高速空气轴承电主轴旋转角速度(弧度/秒)

32、wt—受剪切油膜的轴向长度(米)；

33、计算测试温度和剪切速率下的表观粘度。

34、有益效果：本发明的大剪切速率、高精度测温的润滑油粘度测试装置解决了传统旋转式粘度测量装置的诸多问题，为润滑油基础数据的获得提供重要装备。

35、该测试装置的益处在于：

36、采用倒置式径向轴承的同心运转，提高了测试粘度的精度；

37、采用超高速空气轴承电主轴驱动，实现大剪切速率下的粘度测试；

38、采用温度调节系统实现润滑油温度的快速调节，便于润滑油的粘温特性测试；

39、采用微型传感器直接测试润滑膜温度，大幅提高了润滑油的测温精度。

40、测试装置工作可靠、结构紧凑、操作简单。

技术特征：

1.一种大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：该装置以轴承座(14)为主体，在轴承座(14)中设有轴瓦(8)，在轴瓦(8)内设有与轴瓦(8)同轴的轴颈(9)，轴颈(9)的一端与超高速空气轴承电主轴(6)连接；在轴瓦(8)上设有微型测温传感器(4)；在轴承座(14)一侧设有进油口(3)，另一侧设有出油口(5)；该装置采用倒置式径向轴承作为粘度测试的元件，轴承座(14)与轴承座的卸荷装置(13)的重量相等，确保径向轴承的轴颈(9)和轴瓦(8)处于同心状态。

2.根据权利要求1所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述轴瓦(8)与轴颈(9)之间设有间隙，在该间隙中充满被测润滑油，并与进油口(3)、出油口(5)连通。

3.根据权利要求1所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述轴承座(14)的上方连接有轴承座的卸荷装置(13)，其中，轴承座卸荷装置(13)中的缆线(13.4)的一端连接轴承座(14)，另一端通过第一滑轮(13.1)，第二滑轮(13.2)连接平衡块(13.3)。

4.根据权利要求3所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述轴承座(14)的侧面设有测力杠杆(10)，测力杠杆(10)的另一端设有力传感器(11)，力传感器(11)的输出接数字显示器(12)。

5.根据权利要求4所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：采用力平衡法测试润滑油的表观粘度，即通过安装在轴承座(14)上的测力杠杆(10)与测力传感器(11)，测试并计算径向轴承因油膜剪切而产生的摩擦力矩，换算润滑油的表观粘度。

6.根据权利要求5所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述力传感器(11)读取传感处的支反力，根据力传感器(11)处支反力的大小以及结构参数和运行参数，确定润滑油的表观粘度，粘度计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述轴承座(14)一侧的进油口(3)连接温度调节系统(2)的输出端，温度调节系统(2)的输入端连接供油泵(1)；温度调节系统(2)用于快速调节润滑油温度，便于润滑油的粘温特性的测试。

8.根据权利要求1所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述超高速空气轴承电主轴(6)由变频器(7)控制转速，该装置采用超高速空气轴承电主轴(6)驱动，并通过变频器(7)无级调速，使润滑油获得大剪切速率，且剪切速率大小可调。

9.根据权利要求1所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置，其特征在于：所述在轴瓦(8)上设有微型测温传感器(4)，由微型测温传感器(4)直接测量被测润滑油膜的温度，大幅提高润滑油温度的测试精度。

10.一种如权利要求1所述的大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置的测试方法，其特征在于：该粘度测试装置的测试步骤如下：

技术总结
本发明涉及大剪切速率高测温精度的润滑油粘度测试装置。该装置以轴承座(14)为主体，在轴承座(14)中设有轴瓦(8)，在轴瓦(8)内设有与轴瓦(8)同轴的轴颈(9)，轴颈(9)的一端与超高速空气轴承电主轴(6)连接；在轴瓦(8)上设有微型测温传感器(4)；在轴承座(14)一侧设有进油口(3)，另一侧设有出油口(5)；该装置采用倒置式径向轴承作为粘度测试的元件，轴承座(14)与其重量相等的轴承座卸荷装置(13)相平衡，确保径向轴承的轴颈(9)和轴瓦(8)处于同心状态。具有测试精度高、测试功能多、结构简单、工作可靠等技术优点，为润滑油基础数据的获得提供了重要装备。

技术研发人员：蒋书运,李少华,林晓辉,张赤斌
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16