本发明属于高应力接触副摩擦学特性测量技术领域，涉及一种球‑三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元分别安装在支撑单元的操作台上，测试头单元内的钢球与回转驱动单元连接，测试头单元的下端与测试头加载升降单元连接，摩擦力测量单元与测试头加载升降单元配合，用于测量测试头单元内接触副的摩擦力；支撑单元连接和支撑钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元和摩擦力测量单元；其结构简单，操作方便，测量数据准确、测量结果重复性强，便于对高副接触摩擦学特性进行定量分析研究。
1.一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于主体结构包括测试头单元、钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元和支撑单元六个功能部分，钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元分别安装在支撑单元的操作台上，测试头单元内的钢球与回转驱动单元连接，回转驱动单元驱动钢球旋转，实现不同速度的调节；测试头单元的下端与测试头加载升降单元连接，测试头加载升降单元实现测试头单元内测试头的加载与升降；润滑油膜测量单元用于测量测试头单元内钢球与玻璃块构成的接触副内的润滑油膜厚度、油膜外形和接触副表面的磨损状态；摩擦力测量单元与测试头加载升降单元配合，用于测量测试头单元内接触副的摩擦力；支撑单元连接和支撑钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元和摩擦力测量单元；测试头单元包括压盖、钢球、玻璃块、梯形块和测试头；压盖盖在测试头上，钢球与三个玻璃块相切构成球-三斜面结构的接触副，玻璃块安装在梯形块内，梯形块安装在测试头内；梯形块和测试头上分别开有第一小孔和第二小孔，用以观察钢球和玻璃块构成的接触副润滑状态；采用玻璃块的目的是采用光学技术可视化测量钢球与玻璃块接触间隙内的润滑油膜外形和厚度及钢球的磨损量。
2.根据权利要求1所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于所述钢球回转驱动单元包括伺服电机、电机安装板、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、钢球回转轴系、钢球主轴、钢球回转支撑板、定位螺钉、定位块、导板、通槽和平移把手，测试头单元的钢球与钢球主轴连接，钢球主轴的上端穿过钢球回转轴系安装第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮通过同步带连接，第一同步带轮安装在伺服电机上，伺服电机的回转驱动钢球主轴在钢球回转轴系内转动，进而驱动钢球回转；伺服电机安装在电机安装板上，钢球回转轴系固定安装在钢球回转支撑板的一侧，钢球回转支撑板安装在支撑单元的操作台上，钢球回转支撑板的前侧安装有平移把手，钢球回转支撑板与导板通过螺纹连接，导板安装在操作台下方设置的通槽内；定位块通过螺纹连接到操作台上，定位螺钉连接到定位块的螺纹孔内，旋转定位螺钉使其在定位块的螺纹孔内平移，从而使定位螺钉推动导板，使导板定位在所需位置。
3.根据权利要求2所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于所述测试头加载升降单元包括测试头连接螺钉、测试头回转轴、测试头回转轴承、轴承外套、回转臂、过渡套、回转杆、第一压力传感器、顶盘、弹簧、外套筒、弹簧座、加载杆、螺纹端盖、手轮、导向螺钉、连接螺钉、底盘、导向块，导向槽和压盖；测试头单元通过测试头连接螺钉与测试头回转轴相连；测试头回转轴承的内圈安装在测试头回转轴上，外圈安装在轴承外套内；过渡套通过螺纹连接到轴承外套上；回转杆通过连接螺钉连接到过渡套上；回转臂与回转杆之间螺纹连接；底盘通过螺纹连接到回转杆；传感器上下两端带有螺纹，分别与回转杆和顶盘相连；弹簧位于顶盘与弹簧座之间；驱动加载杆与弹簧座和螺纹端盖螺纹连接；旋转手轮安装到螺纹端盖上；导向块通过螺钉与外套筒相连，导向块嵌入式安装在导向槽内；导向螺钉与弹簧座之间螺纹连接，导向螺钉起导向和阻止弹簧座转动的作用；旋转手轮驱动加载杆在螺纹端盖内旋转，通过螺纹进给的方式实现加载杆的升降，加载杆的升降运动推动弹簧、传感器、测试头回转轴、轴承外套、回转臂、过渡套、回转杆和测试头单元的整体升降，实现测试头单元的加载与升降；在加载与升降过程中，由于轴承外套和过渡套上开有导向槽，且导向块嵌入到导向槽内，起到了导向和阻止轴承外套和过渡套转动的作用；当测试头单元回转时，将测试头回转轴转动，测试头回转轴将带动回转杆及回转臂转动。
4.根据权利要求3所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于所述润滑油膜测量单元包括显微镜、显微镜支架、微调手轮、第一支杆、横梁、第二支杆、第一平移台、角位移台和CCD图像传感器；显微镜安装在显微镜支架上，显微镜支架通过第一支杆、横梁和第二支杆与第一平移台相连，第一支杆水平穿过横梁的一端，第二支杆垂直穿过横梁的另一端，第一平移台下方安装角位移台，显微镜的位置通过第一平移台和角位移台来调节，显微镜的焦距通过安装在第一支杆上的微调手轮来调节，CCD图像传感器安装在显微镜上，通过测试头上的第二小孔观察接触副的润滑状态，用以实时记录润滑状态。
5.根据权利要求4所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于所述摩擦力测量单元包括第二平移台、传感器安装板、第二压力传感器和压力螺钉，回转臂的两侧对称布置一对第二平移台，即每个回转臂的一侧均安装有一个第二平移台，第二平移台上安装传感器安装板，第二压力传感器安装在传感器安装板上，并通过压力螺钉与回转臂连接；在无外力约束的条件下，安装在测试头回转轴上的测试头单元在摩擦力作用下回转，第二压力传感器通过压力螺钉顶在回转臂上，用于约束测试头单元的回转自由度，仅保留测试头单元的回转趋势，使接触副的摩擦力在测试头单元的回转趋势下转化为施加在第二压力传感器上的压力，从而获取摩擦力数据。
6.根据权利要求5所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于所述支撑单元包括操作台、支撑杆和调节螺钉，四根支撑杆安装在操作台的四个角下方，用于支撑操作台，每根支撑杆下方安装一个调节螺钉，调节螺钉用于调节操作台的水平状态。
7.根据权利要求6所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，其特征在于实现球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量的具体过程为：
(1)钢球回转驱动单元的平移：拉动钢球回转驱动单元的平移把手使钢球回转驱动单元与测试头加载升降单元偏离50mm，便于测试头单元中钢球的安装；
(2)钢球与玻璃块摩擦副试样的安装：将测试头加载升降单元下降到最低位置，将三个玻璃块安装在梯形块内，梯形块安装在测试头内，再将测试头连接到测试头加载升降单元上，并将压盖连接到测试头上压紧梯形块；然后将钢球安装在钢球回转驱动单元的钢球主轴上；
(3)接触副接触状态与位置调节：推动平移把手直至与定位螺钉接触，此时钢球回转驱动单元到达指定位置，该位置要求钢球回转中心线与测试头单元回转中心线重合；再将测试头加载升降单元上升到与钢球接触，根据第一压力传感器读数判断接触副是否接触；同时通过润滑油膜测量单元观察接触副的接触状态；接触副的位置通过定位螺钉进行微调；
(4)接触副加载：转动手轮驱动测试头加载升降单元实现接触副加载，根据第一压力传感器读数判断是否加载到实验所需的载荷；
(5)驱动钢球回转：按0～3000转/秒的转速启动伺服电机200，驱动钢球回转轴系回转并带动钢球回转；
(6)测量分析：利用CCD图像传感器捕获接触副的润滑过程和磨损状态，用现有的图像处理软件分析得出钢球和玻璃块之间的润滑油膜厚度、润滑状态和磨损状态；并利用第二压力传感器的读数获取摩擦力数值，完成球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜的测量。
一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量
装置
技术领域：
[0001] 本发明属于高应力接触副摩擦学特性测量技术领域，涉及一种纯滑动工况条件下的接触副的摩擦、磨损与润滑油膜实验测量装置，特别是一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置。背景技术：
[0002] 在机械传动装置中，大量核心零部件如轴承、齿轮、凸轮等属于高副接触，这些零部件的摩擦学特性对设备运行精度、使用寿命、功率消耗等方面产生了重要影响。了解高应力接触副内的摩擦、磨损和润滑状态，对于指导机械部件的摩擦学设计、表面处理和润滑油品的开发具有重要意义。
[0003] 摩擦试验机是评价接触副摩擦学特性的有效手段，为了对高副接触的摩擦力、磨损和润滑油膜厚度进行测量，国内外出现了不同类型的摩擦学测量设备。目前，有的设备通过测量摩擦力曲线和磨损(如磨斑尺寸)来反映摩擦副的抗磨能力或润滑剂的承载能力；有的设备通过测量油膜厚度和摩擦力来反映摩擦副的成膜能力或润滑剂的流变特性；同时摩擦学测试需要与表面分析技术相结合，以探求摩擦学内在机理，例如研究人员以润滑油膜厚度与表面粗糙度的比值来分析润滑状态。随着人们对摩擦学的深入研究，摩擦学理论与应用已从宏观向微观转化，研究人员更倾向于定量理解摩擦特征的动态演化过程，这就需要在摩擦学测量过程同时提取摩擦、磨损与润滑信息，实时建立三者之间的内在联系，但现有的设备要么可以同时测量摩擦力和磨损，而缺少膜厚的测量；要么可以同时测量膜厚和摩擦力，但对磨损的分析采用离线方式，而不能在线实时追踪磨损的过程。因此，考虑到摩擦学前沿研究的需求及现有测量装置中的技术限制，设计开发一种全新的摩擦学实验装置，对高应力接触摩擦力、磨损和润滑油膜厚度进行同时测量，以对摩擦学机理研究提供数据支持。发明内容：
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置，能够同时测量接触副内的摩擦力、磨损和润滑油膜厚度，以同时获取三者的信息，为摩擦学机理研究提供测量数据。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置包括测试头单元、钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元和支撑单元六个功能部分，钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元、摩擦力测量单元分别安装在支撑单元的操作台上，测试头单元内的钢球与回转驱动单元连接，回转驱动单元驱动钢球旋转，实现不同速度的调节；测试头单元的下端与测试头加载升降单元连接，测试头加载升降单元实现测试头单元内测试头的加载与升降；润滑油膜测量单元用于测量测试头单元内钢球与玻璃块构成的接触副内的润滑油膜厚度、油膜外形和接触副表面的磨损状态；摩擦力测量单元与测试头加载升降单元配合，用于测量测试头单元内接触副的摩擦力；支撑单元连接和支撑钢球回转驱动单元、测试头加载升降单元、润滑油膜测量单元和摩擦力测量单元。
[0006] 本发明所述测试头单元包括压盖、钢球、玻璃块、梯形块和测试头；压盖盖在测试头上，钢球与三个玻璃块相切构成球-三斜面结构的接触副，玻璃块安装在梯形块内，梯形块安装在测试头内；梯形块和测试头上分别开有第一小孔和第二小孔，用以观察钢球和玻璃块构成的接触副润滑状态；采用玻璃块的目的是采用光学技术可视化测量钢球与玻璃块接触间隙内的润滑油膜外形和厚度及钢球的磨损量。
[0007] 本发明所述钢球回转驱动单元包括伺服电机、电机安装板、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、钢球回转轴系、钢球主轴、钢球回转支撑板、定位螺钉、定位块、导板、通槽和平移把手，测试头单元的钢球与钢球主轴连接，钢球主轴的上端穿过钢球回转轴系安装第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮通过同步带连接，第一同步带轮安装在伺服电机上，伺服电机的回转驱动钢球主轴在钢球回转轴系内转动，进而驱动钢球回转；伺服电机安装在电机安装板上，钢球回转轴系固定安装在钢球回转支撑板的一侧，钢球回转支撑板安装在支撑单元的操作台上，钢球回转支撑板的前侧安装有平移把手，钢球回转支撑板与导板通过螺纹连接，导板安装在操作台下方设置的通槽内；定位块通过螺纹连接到操作台上，定位螺钉连接到定位块的螺纹孔内，旋转定位螺钉使其在定位块的螺纹孔内平移，从而使定位螺钉推动导板，使导板定位在所需位置。
[0008] 本发明所述测试头加载升降单元包括测试头连接螺钉、测试头回转轴、测试头回转轴承、轴承外套、回转臂、过渡套、回转杆、第一压力传感器、顶盘、弹簧、外套筒、弹簧座、加载杆、螺纹端盖、手轮、导向螺钉、连接螺钉、底盘、导向块，导向槽和压盖；测试头单元通过测试头连接螺钉与测试头回转轴相连；测试头回转轴承的内圈安装在测试头回转轴上，外圈安装在轴承外套内；过渡套通过螺纹连接到轴承外套上；回转杆通过连接螺钉连接到过渡套上；回转臂与回转杆之间螺纹连接；底盘通过螺纹连接到回转杆；传感器上下两端带有螺纹，分别与回转杆和顶盘相连；弹簧位于顶盘与弹簧座之间；驱动加载杆与弹簧座和螺纹端盖螺纹连接；旋转手轮安装到螺纹端盖上；导向块通过螺钉与外套筒相连，导向块嵌入式安装在导向槽内；导向螺钉与弹簧座之间螺纹连接，导向螺钉起导向和阻止弹簧座转动的作用；旋转手轮驱动加载杆在螺纹端盖内旋转，通过螺纹进给的方式实现加载杆的升降，加载杆的升降运动推动弹簧、传感器、测试头回转轴、轴承外套、回转臂、过渡套、回转杆和测试头单元的整体升降，实现测试头单元的加载与升降；在加载与升降过程中，由于轴承外套和过渡套上开有导向槽，且导向块嵌入到导向槽内，起到了导向和阻止轴承外套和过渡套转动的作用；当测试头单元回转时，将测试头回转轴转动，测试头回转轴将带动回转杆及回转臂转动。
[0009] 本发明所述润滑油膜测量单元包括显微镜、显微镜支架、微调手轮、第一支杆、横梁、第二支杆、第一平移台、角位移台和CCD图像传感器；显微镜安装在显微镜支架上，显微镜支架通过第一支杆、横梁和第二支杆与第一平移台相连，第一支杆水平穿过横梁的一端，第二支杆垂直穿过横梁的另一端，第一平移台下方安装角位移台，显微镜的位置通过第一平移台和角位移台来调节，显微镜的焦距通过安装在第一支杆上的微调手轮来调节，CCD图像传感器安装在显微镜上，通过测试头上的第二小孔观察接触副的润滑状态，用以实时记录润滑状态。
[0010] 本发明所述摩擦力测量单元包括第二平移台、传感器安装板、第二压力传感器和压力螺钉，回转臂的两侧对称布置一对第二平移台，即每个回转臂的一侧均安装有一个第二平移台，第二平移台上安装传感器安装板，第二压力传感器安装在传感器安装板上，并通过压力螺钉与回转臂连接；在无外力约束的条件下，安装在测试头回转轴上的测试头单元在摩擦力作用下回转，第二压力传感器通过压力螺钉顶在回转臂上，用于约束测试头单元的回转自由度，仅保留测试头单元的回转趋势，使接触副的摩擦力在测试头单元的回转趋势下转化为施加在第二压力传感器上的压力，从而获取摩擦力数据。
[0011] 本发明所述支撑单元包括操作台、支撑杆和调节螺钉，四根支撑杆安装在操作台的四个角下方，用于支撑操作台，每根支撑杆下方安装一个调节螺钉，调节螺钉用于调节操作台的水平状态。
[0012] 本发明实现球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量的具体过程为：
[0013] (1)钢球回转驱动单元的平移：拉动钢球回转驱动单元的平移把手使钢球回转驱动单元与测试头加载升降单元偏离50mm，便于测试头单元中钢球的安装；
[0014] (2)钢球与玻璃块摩擦副试样的安装：将测试头加载升降单元下降到最低位置，将三个玻璃块安装在梯形块内，梯形块安装在测试头内，再将测试头连接到测试头加载升降单元上，并将压盖连接到测试头上压紧梯形块；然后将钢球安装在钢球回转驱动单元的钢球主轴上；
[0015] (3)接触副接触状态与位置调节：推动平移把手直至与定位螺钉接触，此时钢球回转驱动单元到达指定位置，该位置要求钢球回转中心线与测试头单元回转中心线重合；再将测试头加载升降单元上升到与钢球接触，根据第一压力传感器读数判断接触副是否接触；同时通过润滑油膜测量单元观察接触副的接触状态；接触副的位置通过定位螺钉进行微调；
[0016] (4)接触副加载：转动手轮驱动测试头加载升降单元实现接触副加载，根据第一压力传感器读数判断是否加载到实验所需的载荷；
[0017] (5)驱动钢球回转：按0～3000转/秒的转速启动伺服电机200，驱动钢球回转轴系回转并带动钢球回转；
[0018] (6)测量分析：利用CCD图像传感器捕获接触副的润滑过程和磨损状态，用现有的图像处理软件分析得出钢球和玻璃块之间的润滑油膜厚度、润滑状态和磨损状态；并利用第二压力传感器的读数获取摩擦力数值，完成球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜的测量。
[0019] 本发明与现有技术相比，采用球-三斜面接触方式实现高副接触，通过驱动钢球回转、玻璃块静止的方式实现纯滑动运行工况，配合定位螺钉实现接触副的接触均匀性；通过测试头加载升降单元实现接触副的加载、卸载和试样的更换；通过润滑油膜测量单元和摩擦力测量单元同时获取不同运行参数下的润滑油膜厚度、摩擦力和磨损状态；其结构简单，操作方便，测量数据准确、测量结果重复性强，便于对高副接触摩擦学特性进行定量分析研究。附图说明：
[0020] 图1为本发明所述接触副的结构原理示意图，其中(a)为整体图，(b)为剖面图。
[0021] 图2为本发明所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置的主体结构原理示意图。
[0022] 图3为本发明所述测试头单元的结构原理示意图。
[0023] 图4为本发明所述钢球回转驱动单元的结构原理示意图。
[0024] 图5为本发明所述测试头加载升降单元的结构原理示意图。
[0025] 图6为本发明所述润滑油膜测量单元的结构原理示意图。
[0026] 图7为本发明所述摩擦力测量单元的结构原理示意图。具体实施方式：
[0027] 下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
[0028] 实施例：
[0029] 本实施例所述球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量装置包括测试头单元1、钢球回转驱动单元2、测试头加载升降单元3、润滑油膜测量单元4、摩擦力测量单元5和支撑单元6六个功能部分，钢球回转驱动单元2、测试头加载升降单元3、润滑油膜测量单元4、摩擦力测量单元5分别安装在支撑单元6的操作台601上，测试头单元1内的钢球11与回转驱动单元2连接，回转驱动单元2驱动钢球11旋转，实现不同速度的调节；测试头单元1的下端与测试头加载升降单元3连接，测试头加载升降单元3实现测试头单元1内测试头14的加载与升降；润滑油膜测量单元4用于测量测试头单元1内钢球11与玻璃块12构成的接触副内的润滑油膜厚度、油膜外形和接触副表面的磨损状态；摩擦力测量单元5与测试头加载升降单元3配合，用于测量测试头单元1内接触副的摩擦力；支撑单元6连接和支撑钢球回转驱动单元2、测试头加载升降单元3、润滑油膜测量单元4和摩擦力测量单元5。
[0030] 本实施例所述测试头单元1包括压盖10、钢球11、玻璃块12、梯形块13和测试头14；压盖10盖在测试头14上，钢球11与三个玻璃块12相切构成球-三斜面结构的接触副，玻璃块
12安装在梯形块13内，梯形块13安装在测试头14内；梯形块13和测试头14上分别开有第一小孔131和第二小孔141，用以观察钢球11和玻璃块12构成的接触副润滑状态；采用玻璃块
12的目的是采用光学技术可视化测量钢球11与玻璃块12接触间隙内的润滑油膜外形和厚度及钢球的磨损量。
[0031] 本实施例所述钢球回转驱动单元2包括伺服电机200、电机安装板201、第一同步带轮202、第二同步带轮204、同步带203、钢球回转轴系205、钢球主轴206、钢球回转支撑板207、定位螺钉208、定位块209、导板210、通槽211和平移把手212，测试头单元1的钢球11与钢球主轴206连接，钢球主轴206的上端穿过钢球回转轴系安装第二同步带轮204，第二同步带轮204与第一同步带轮202通过同步带203连接，第一同步带轮202安装在伺服电机200上，伺服电机200的回转驱动钢球主轴206在钢球回转轴系205内转动，进而驱动钢球11回转；伺服电机200安装在电机安装板201上，钢球回转轴系205固定安装在钢球回转支撑板207的一侧，钢球回转支撑板207安装在支撑单元6的操作台601上，钢球回转支撑板207的前侧安装有平移把手212，钢球回转支撑板207与导板210通过螺纹连接，导板210安装在操作台601下方设置的通槽211内；定位块209通过螺纹连接到操作台601上，定位螺钉208连接到定位块
209的螺纹孔内，旋转定位螺钉208使其在定位块209的螺纹孔内平移，从而使定位螺钉208推动导板210，使其定位在合适的位置。
[0032] 本实施例所述测试头加载升降单元3包括测试头连接螺钉301、测试头回转轴302、测试头回转轴承303、轴承外套304、回转臂305、过渡套306、回转杆307、第一压力传感器308、顶盘309、弹簧310、外套筒311、弹簧座312、加载杆313、螺纹端盖314、手轮315、导向螺钉316、连接螺钉317、底盘318、导向块319，导向槽320和压盖321；测试头单元1通过测试头连接螺钉301与测试头回转轴302相连；测试头回转轴承303的内圈安装在测试头回转轴302上，外圈安装在轴承外套304内；过渡套306通过螺纹连接到轴承外套304上；回转杆307通过连接螺钉317连接到过渡套306上；回转臂305与回转杆307之间螺纹连接；底盘318通过螺纹连接到回转杆307；传感器308上下两端带有螺纹，分别与回转杆307和顶盘309相连；弹簧
310位于顶盘309与弹簧座312之间；驱动加载杆313与弹簧座312和螺纹端盖314螺纹连接；
旋转手轮315安装到螺纹端盖314上；导向块319通过螺钉与外套筒311相连，导向块319嵌入式安装在导向槽320内；导向螺钉316与弹簧座312之间螺纹连接，导向螺钉316起导向和阻止弹簧座312转动的作用；旋转手轮315驱动加载杆313在螺纹端盖314内旋转，通过螺纹进给的方式实现加载杆313的升降，加载杆313的升降运动推动弹簧310、传感器308、测试头回转轴302、轴承外套304、回转臂305、过渡套306、回转杆307和测试头单元1的整体升降，实现测试头单元的加载与升降；在加载与升降过程中，由于轴承外套304和过渡套306上开有导向槽320，且导向块319嵌入到导向槽320内，起到了导向和阻止轴承外套304和过渡套306转动的作用；当测试头单元1回转时，将测试头回转轴302转动，测试头回转轴302将带动回转杆307及回转臂305转动。
[0033] 本实施例所述润滑油膜测量单元4包括显微镜410、显微镜支架411、微调手轮412、第一支杆413、横梁414、第二支杆415、第一平移台416、角位移台417和CCD图像传感器418；显微镜410安装在显微镜支架411上，显微镜支架411通过第一支杆413、横梁414和第二支杆
415与第一平移台416相连，第一支杆413水平穿过横梁414的一端，第二支杆414垂直穿过横梁414的另一端，第一平移台416下方安装角位移台417，显微镜410的位置通过第一平移台
416和角位移台417来调节，显微镜410的焦距通过安装在第一支杆413上的微调手轮412来调节，CCD图像传感器418安装在显微镜410上，通过测试头14上的第二小孔141观察接触副的润滑状态，用以实时记录润滑状态。
[0034] 本实施例所述摩擦力测量单元5包括第二平移台500、传感器安装板501、第二压力传感器502和压力螺钉503，回转臂305的两侧对称布置一对第二平移台500，即每个回转臂305的一侧均安装有一个第二平移台500，第二平移台500上安装传感器安装板501，第二压力传感器502安装在传感器安装板501上，并通过压力螺钉503与回转臂305连接；在无外力约束的条件下，安装在测试头回转轴302上的测试头单元1在摩擦力作用下回转，第二压力传感器502通过压力螺钉503顶在回转臂305上，用于约束测试头单元1的回转自由度，仅保留测试头单元1的回转趋势，使接触副的摩擦力在测试头单元1的回转趋势下转化为施加在第二压力传感器502上的压力，从而获取摩擦力数据。
[0035] 本实施例所述支撑单元包括操作台601、支撑杆602和调节螺钉603，四根支撑杆602安装在操作台601的四个角下方，用于支撑操作台601，每根支撑杆602下方安装一个调节螺钉603，调节螺钉603用于调节操作台601的水平状态。
[0036] 本实施例实现球-三斜面接触纯滑动工况摩擦磨损与润滑油膜测量的具体过程为：
[0037] (1)钢球回转驱动单元的平移：拉动平移把手212，使钢球回转驱动单元2在操作台601的通槽211内平移，钢球回转支撑板207与导板210通过螺纹连接，导板210起导向作用并保证钢球回转驱动单元2的平移稳定性；钢球回转驱动单元2平移后，钢球11的安装不受到测试头单元1的干涉，能在较大的空间内将钢球11安装到钢球回转驱动单元2的钢球主轴
206上；
[0038] (2)钢球与玻璃块摩擦副试样的安装：加载杆313与螺纹端盖314为螺纹连接，转动手轮315使加载杆313实现螺纹进给，加载螺杆313下移带动弹簧座312下移，导向螺钉316防止弹簧座312的摩擦回转；类似地，弹簧310、顶盘309、压力传感器308、底盘318、回转杆307、过渡套306、回转臂305、测试头回转轴302、测试头回转轴承303、轴承外套304整体下移，轴承外套304和过渡套306上开有导向槽320，导向块319安装在轴承外套304上并与导向槽320配合，保证测试头加载升降单元3平移的平稳性；测试头加载升降单元3下降后，将三个玻璃块12与梯形块上13的第一小孔131配合，梯形块13安装在测试头14的槽142内，将测试头14用测试头连接螺钉301连接到测试头加载升降单元3上，将压盖10连接到测试头14上，压紧梯形块13以保证接触副在实验过程中发生移动；将钢球11安装在钢球回转驱动单元2的钢球主轴206上；
[0039] (2)接触副接触状态与位置调节：推动平移把手212，使钢球回转驱动单元2在操作台601的通槽211内平移，直至钢球回转支撑板207与定位螺钉208接触，此时钢球回转驱动单元2到达指定位置；转动手轮315，使加载螺杆313上移，并带动弹簧座312、弹簧310、顶盘309、第一压力传感器308、底盘318、回转杆307、过渡套306、回转臂305、测试头回转轴302、测试头回转轴承303、轴承外套304整体上移，直至测试头加载升降单元3上升到与钢球11接触，此时根据第一压力传感器308读数初步判断接触副的接触状态；然后通过润滑油膜测量单元4观察接触副的实际接触状态，根据观察到的实际接触状态，通过定位螺钉208进行微调接触副的位置，当图像处于似接触非接触状态时，将第一压力传感器308的读数置零；
[0040] (3)接触副加载：转动手轮315对接触副进行加载，根据第一压力传感器308读数判断是否加载到实验所需的载荷；
[0041] (4)驱动钢球回转：按照实验转速为0～3000转/秒，启动伺服电机200，使伺服电机200旋转，伺服电机200驱动第一同步带轮202回转，第一同步带轮202的回转通过同步带203传递到第二同步带轮204上，进而驱动钢球回转轴系205回转，最后钢球主轴206带动钢球11回转，钢球11的回转与静止的玻璃块12间形成纯滑动；
[0042] (5)润滑油膜与磨损状态的观察与测量：钢球11与玻璃块12间的润滑油膜和磨损状态透过测试头14上的第二小孔141利用显微镜410观察；为了清晰观察到钢球11与玻璃块12的接触状态，需要将显微镜410调整到最佳位置，显微镜410与操作台601间角度通过角位移台417调整，显微镜410与第二小孔141的相对位置通过第一平移台416调整，显微镜410的焦距通过微调手轮412调整；显微镜410调节到最佳位置后，将观察到的图像放大后传递给CCD图像传感器418，CCD图像传感器418将捕获的图像实时储存在电脑上，然后用现有的图像处理软件分析和处理润滑油膜厚度、油膜外形以及磨损状态；
[0043] (6)摩擦力的测量：通过操作第二平移台500，使其带动传感器安装板501移动，传感器安装板501移动带动第二压力传感器502移动，直至第二压力传感器502上的压力螺钉503与回转臂305接触；根据第二压力传感器502的读数判断压力螺钉503与回转臂305的接触状态，达到接触要求后回转臂305的回转被限制住，将第二压力传感器502读数置零，进行摩擦力测量，两个第二压力传感器502的差值为系统误差，在数据处理时将测量值进行修正。
