一种线接触运动副多要素原位测量方法及装置

本发明涉及线接触运动副试验台，尤其涉及一种线接触运动副多要素原位测量方法及装置。

背景技术：

1、线接触副是一种常见的机械运动副，常出现在齿轮、圆柱滚子轴承和凸轮等机构中。线接触运动副在运动过程中，材料宏观力学行为、服役过程中表面摩擦和形貌演变行为等直接影响到机械装备的使用寿命和运动可靠性。在研究线接触运动副在复杂工况下的摩擦润滑行为中相应的试验平台不可或缺。现有摩擦润滑实验台针对测量摩擦系数测量为主，无法对其他物理量的原位测量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种线接触运动副多要素原位测量装置，旨在提出一种在不同工况下可以同时测量摩擦系数、表面变形和接触区压力分布的线接触摩擦润滑试验台方案。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种线接触运动副多要素原位测量方法，包括如下步骤：

4、s1、将样品安装至样品台，驱使圆柱体转动；

5、s2、启动图像采集装置，拍摄所述样品接触所述圆柱体之前的散斑图像a；

6、s3、驱使所述圆柱体外侧立面滑动接触于所述样品，所述图像采集装置拍摄所述样品接触所述圆柱体后的散斑图像b；

7、s4、二维力传感器采集所述样品受到的法向载荷以及切向摩擦力，控制装置基于所述法向载荷以及切向摩擦力计算摩擦系数；

8、s5、所述控制装置将所述散斑图像a和散斑图像b进行数字图像相关法分析，通过二维数字图像进行特征点运算计算出二维表面变形场；

9、s6、利用接触力学方程，计算线接触表面压力分布。

10、一种线接触运动副多要素原位测量装置，应用于如前文所述的线接触运动副多要素原位测量方法，包括工作台面，还包括：

11、固定板，其固定连接于所述工作台面；

12、移动板，其活动设置于所述固定板和工作台面之间；

13、施力装置，包括伺服电机以及传动连接于所述伺服电机输出端的圆柱体；

14、所述固定板和移动板其中之一设置有用于安装待测样品的样品台，所述样品台设有二维力传感器，另一设置有所述施力装置，所述圆柱体的外侧立面朝向所述样品台；

15、驱动装置，其输出端连接于所述移动板，通过所述驱动装置驱使所述移动板，使得所圆柱体外侧滑动接触或脱离于安装于所述样品台的样品；

16、位置调整装置，安装于所述工作台面，所述位置调整装置的移动端设有图像采集装置，所述图像采集装置用于获取样品与所述圆柱体接触前后的散斑图像；以及，

17、控制装置，其电连接于所述图像采集装置和所述二维力传感器，分别用于接收散斑图像以及采集样品的法向载荷以及切向摩擦力。

18、进一步的，包括导轨，所述导轨一端连接于所述固定板，所述导轨另一端连接于所述工作台面，所述移动板活动套设于所述导轨。

19、进一步的，还包括操作台，其电连接于所述驱动装置，用于控制所述驱动装置的输出端的伸出和收回。

20、进一步的，所述驱动装置的输出端和所述移动板之间设有力传感器，用于监测所述驱动装置所施加的压力。

21、进一步的，还包括显示器，用于显示所述力传感器所监测到的压力。

22、进一步的，所述位置调整装置为三轴滑移台，使得所述图像采集装置可在三维坐标系内任意移动。

23、进一步的，所述图像采集装置包括相机以及设置于所述相机镜头处的显微镜，所述相机安装于所述三轴滑移台的移动端。

24、进一步的，所述施力装置还包括基座，所述基座设有用于盛放润滑液的凹槽，所述圆柱体可转动安装于所述凹槽。

25、进一步的，还包括支架，所述支架的顶面构成所述工作台面，所述支架的底部设有若干滚轮。

26、本发明的有益效果是：

27、1、本发明提出的一种线接触运动副多要素原位测量方法，通过驱动装置驱使圆柱体滑动接触待测样品，二维力传感器采集样品所受到的法向载荷以及切向摩擦力，从而计算出摩擦系数；同时通过图像采集装置获取样品接触圆柱体前后的散斑图像，基于数字图像相关法可原位测量接触副的表面变形，并基于弹性接触力学理论求解表面接触应力，从而形成在不同工况下可以同时测量摩擦系数、表面变形和接触区压力分布的线接触摩擦润滑试验台方案。

28、2、本发明提出的一种线接触运动副多要素原位测量装置，包括导轨，移动板活动套设于导轨，降低移动板在升降过程中因出现左右晃动出现的误差。

29、3、本发明提出的一种线接触运动副多要素原位测量装置，驱动装置的输出端和移动板之间设有力传感器，用于监测驱动装置所施加的压力，同时，还包括显示器，用于显示力传感器所监测到的压力，便于实验人员观察当前压力。

30、4、本发明提出的一种线接触运动副多要素原位测量装置，位置调整装置为三轴滑移台，使得图像采集装置可在三维坐标系内任意移动，便于获取样品接触圆柱体前后的散斑图像。

技术特征：

1.一种线接触运动副多要素原位测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.一种线接触运动副多要素原位测量装置，应用于如权利要求1所述的线接触运动副多要素原位测量方法，其特征在于，包括工作台面，还包括：

3.如权利要求2所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，包括导轨，所述导轨一端连接于所述固定板，所述导轨另一端连接于所述工作台面，所述移动板活动套设于所述导轨。

4.如权利要求2所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，还包括操作台，其电连接于所述驱动装置，用于控制所述驱动装置的输出端的伸出和收回。

5.如权利要求2所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，所述驱动装置的输出端和所述移动板之间设有力传感器，用于监测所述驱动装置所施加的压力。

6.如权利要求5所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，还包括显示器，用于显示所述力传感器所监测到的压力。

7.如权利要求2所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，所述位置调整装置为三轴滑移台，使得所述图像采集装置可在三维坐标系内任意移动。

8.如权利要求7所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，所述图像采集装置包括相机以及设置于所述相机镜头处的显微镜，所述相机安装于所述三轴滑移台的移动端。

9.如权利要求2所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，所述施力装置还包括基座，所述基座设有用于盛放润滑液的凹槽，所述圆柱体可转动安装于所述凹槽。

10.如权利要求2所述的一种线接触运动副多要素原位测量装置，其特征在于，还包括支架，所述支架的顶面构成所述工作台面，所述支架的底部设有若干滚轮。

技术总结
一种线接触运动副多要素原位测量方法及装置，涉及线接触运动副试验台技术领域，通过驱动装置驱使圆柱体滑动接触待测样品，二维力传感器采集样品所受到的法向载荷以及切向摩擦力，从而计算出摩擦系数；同时通过图像采集装置获取样品接触圆柱体前后的散斑图像，基于数字图像相关法可原位测量接触副的表面变形，并基于弹性接触力学理论求解表面接触应力，从而形成在不同工况下可以同时测量摩擦系数、表面变形和接触区压力分布的线接触摩擦润滑试验台方案。

技术研发人员：方燕飞,周事熙,陈煜松,程培言,汤迎迎,林添良,王希贵
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/16