CN101852592A - 重载光弹流油膜测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了重载光弹流油膜测量装置，由三个部分组成：运动机构，伺服电机通过带轮带动丝杠，丝杠被固定在装有透明材料的滑块上，滑块由丝杠带动在导轨作直线滑动，与被测试件接触的透明材料其宽度略大于滚子长度，因此基本消除了弯矩的作用；支承机构，被测试件由双浮动滚子支承，同时双浮动滚子又由双固定滚轮和加载滚轮支承，固定支承滚轮和加载滚轮上都装有各自的滚动轴承；加载机构，载荷通过杠杆机构放大后由加载滚轮作用在被测试件上，被测试件压在镀有铬膜透明材料的下表面，加载滚轮上装有滚动轴承。本发明的结构简单、实用性强、易实现重载。

Description

重载光弹流油膜测量装置
技术领域
本发明涉及光弹流润滑油膜厚度和油膜形状测量装置，尤其涉及重载工况下点、线接触弹流润滑油膜厚度和油膜形状测量装置。
背景技术
现代机械工业中齿轮、轴承等机械零件的失效大多数是由弹流润滑失效所引起的。特别是随着先进动力机械不断向高速和重载方向发展，工业技术的进步对机械零件的性能提出了越来越高的要求，弹流润滑失效现象越来越多。对重载工况下弹性流体动力润滑进行理论和实验研究，揭示影响弹性流体动力润滑的因素，对于减小有害摩擦、降低磨损、有效节约能源、提高机械零件的使用寿命和生产效率具有重要意义。特别是重载工况下的理论研究迫切需要相应的实验加以验证，因此，必须提供相应的实验装置。
确定弹流润滑接触区中的油膜厚度及其几何形态是最为重要的研究问题之一，因为它决定着两相对运动材料表面的接近程度以及它们之间的接触应力，从而对系统的摩擦、磨损和疲劳失效起着支配性的作用。目前，采用光干涉法测量接触区的油膜厚度及其形状，仍然是弹流润滑基础研究的重要手段。由于试验台轨道长度的限制，主要是对球、圆锥滚子或是椭圆比很小的短滚子以回转运动进行，通过一个旋转的圆盘与旋转的球或圆锥滚子加载后产生弹流润滑，利用圆锥滚子的锥度，使滚子能在保持架中，受到旋转的有锥度的轨道盘带动下始终保持单向旋转，透过镀膜的玻璃盘可以观测到点、线接触的润滑状态。在上述实验台的设计中，支承点与试件的压力点之间总是有一段距离的，不可避免地造成透明材料承受一定的弯矩，使得透明材料很容易被折断，而难以承受大的载荷。
从方法上来讲，除了光干涉法外，对于测量微小区域内膜厚的方法还包括电阻法、放电电压法、位移法、电容法、X射线透射法等。
电阻法只适用于判断油膜是否存在的定性测量。因为润滑油的性质和纯洁程度以及金属的表面形貌对于放电电压都有影响，所以放电电压法也不能满意地用作油膜厚度的定量测量。位移法是通过测量机械位移来间接地确定油膜厚度的方法，而用机械方法准确地控制这种微量间隙(常常小于0.1μm)是相当困难的。电容法的主要缺点是测量精度容易受到试件与机架以及导线之间寄生电容的影响，需要采取严格的屏蔽措施，而且电容法测量的是润滑膜的平均膜厚，X射线透射法测量的是最小膜厚。当油膜厚度与表面粗糙度同数量级时，X射线透射法测出的膜厚值偏小，此外，为了保证测量精度，测量时必须对射向油膜的射线束尺寸以及它与油膜的相对位置进行精确地调整。
利用光干涉法测量弹流润滑接触区的油膜膜厚和形状是20世纪60年代开始采用的一项技术。光干涉法原理简单，实施容易，可以同时测量油膜厚度和油膜形状的全貌。虽然膜厚分辨率受到光源波长所限，但测量精度是相当满意的。作为膜厚的最有效测试方法，光干涉技术的测试精度已达到1纳米左右。光干涉法的主要缺点是两接触体之一必须用透明材料制成，而传统试验台的设计无法消除支承点与压力点之间的距离，导致透明材料承受一定的弯矩，使得透明材料很容易被折断，而难以承受较大的载荷。
迄今为止，由于载荷的大小受到限制，因此利用光干涉法来测量润滑油膜装置的最大接触应力仅为0.7GPa左右，与实际工况相差较远。
发明内容
本发明的目的是为了弥补光弹流油膜测量试验台中，两接触体之一的透明材料因受到弯矩作用，而不能承受重载的不足；通过构建试验台结构设计的新方法，采用双浮动滚子支承，基本消除了透明材料受到的弯矩，大大提高了承载能力；从而提供了一种能够测量重载、纯滚动工况下油膜厚度及其形状的试验台，使其能够更加接近实际工况，为理论研究和工程设计提供可靠的实验数据。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的，重载光弹流油膜测量装置由三个部分组成：一、运动机构，伺服电机通过带轮带动丝杠，丝杠被固定在装有透明材料的滑块上，滑块由丝杠带动在导轨作直线滑动，与被测试件接触的透明材料其宽度略大于滚子长度(点接触时则略大于钢球的直径)，因此基本消除了弯矩的作用；二、支承机构，被测试件由双浮动滚子支承，同时双浮动滚子又由双固定滚轮和加载滚轮支承，固定支承滚轮和加载滚轮上都装有各自的滚动轴承；三、加载机构，载荷通过杠杆机构放大后由加载滚轮作用在被测试件上，被测试件压在镀有铬膜透明材料的下表面，加载滚轮上装有滚动轴承。
该装置的机构特征在于：整个机构实质就是一个大的滚动轴承，被测试件是滚动体，双浮动支承滚子为下滚道，透明材料为上滚道，试件仅在最大圆截面上受力，并沿此圆周作纯滚动即为纯滚动接触，试件的运动由速度伺服电机控制。
最大赫兹接触应力：线接触≥1.0GPa；点接触≥2.0GPa。特点：纯滚动、重载、结构简单、实用性强。
本发明具有以下突出性特点和显著的技术进步：
(1)构建了光弹流点、线接触油膜测量实验装置的新方法；
(2)采用双浮动滚子支承，基本消除了透明材料承受的弯矩作用，大大提高了实验装置的承载能力；
(3)被测试件为钢球或圆柱滚子，且仅在最大圆截面上受力，并沿此圆周滚动。
(4)容易对其实时控制，实现稳态和多种非稳态、纯滚动或滑动工况，提高了测试的可靠性，增加了测试内容。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中：1-载荷砝码；2-伺服电机；3-带轮；4-丝杠；5-滑块；6-透明材料；7-显微镜；8-窄带滤光片；9-试件；10-固定滚轮①；11-浮动滚子①；12-加载滚轮；13-浮动滚子②；14-固定滚轮②。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，工作原理为：伺服电机通过皮带轮带动丝杠旋转，进一步带动装有透明材料的滑块沿直滚道作直线运动，其运动变化规律由伺服电机控制。载荷经杠杆加载支承滚轮放大后通过双浮动支承滚子作用在被测试件，并被压在透明材料上，带动被测试件运动。被测试件由双浮动滚子支承，同时双浮动滚子由装有滚动轴承的双固定滚轮和加载滚轮支承。
重载光弹流油膜测量装置由三个部分组成：一、运动机构，包括伺服电机2、带轮3、丝杠4、滑块5和透明材料6，其中伺服电机2为动力源，通过带轮3带动丝杠4，丝杠4被固定在滑块5上，滑块5由丝杠4带动在导轨上作直线滑动，滑块5中装有透明材料6，其下表面压在被测试件上，与被测试件构成一对接触体，透明材料6暴露在外的宽度略大于滚子长度(点接触则略大于钢球的直径)，因此基本消除了弯矩的作用；二、支承机构，包括一对固定滚轮10、14和一对浮动滚子11、13；被测试件由一对浮动滚子11、13支承，同时这对浮动滚子又由一对固定滚轮10、14和加载滚轮12支承，固定滚轮10、14和加载滚轮12上都各自装有滚动轴承，可实现纯滚动；三、加载机构，包括载荷砝码1和另一端的加载滚轮12，载荷砝码1通过杠杆机构放大后由加载滚轮12作用在被测试件上，加载滚轮12上装有滚动轴承。入射冷光源通过窄带滤光片8，经显微镜7照射到试件上，干涉图像也通过显微镜7放大后，由CCD传输到计算机处理。
本发明的机构特征在于：整个机构就是一个大的滚动轴承，被测试件就是滚动体，双浮动滚子支承为下滚道，透明材料为上滚道，试件仅在最大圆截面上受力，并沿此圆周作纯滚动即为纯滚动接触，试件运动的卷吸速度大小及其运动规律可由伺服电机控制。

Claims (1)

1.重载光弹流油膜测量装置，其特征由三个部分组成：一、运动机构，包括伺服电机(2)、带轮(3)、丝杠(4)、滑块(5)和透明材料(6)，其中伺服电机(2)为动力源，通过带轮(3)带动丝杠(4)，丝杠(4)被固定在滑块(5)上，滑块(5)由丝杠(4)带动在导轨上作直线滑动，滑块(5)中装有透明材料(6)，其下表面压在被测试件上，与被测试件构成一对接触体，透明材料(6)暴露在外的宽度略大于滚子长度；二、支承机构，包括一对固定滚轮(10)、(14)和一对浮动滚子(11)、(13)；被测试件由一对浮动滚子(11)、(13)支承，同时这对浮动滚子(11)、(13)又由上述一对固定滚轮(10)、(14)和加载滚轮(12)支承，固定滚轮(10)、(14)和加载滚轮(12)上都各自装有滚动轴承，可实现纯滚动；三、加载机构，包括载荷砝码(1)和另一端的加载滚轮(12)，载荷砝码(1)通过杠杆机构放大后由加载滚轮(12)作用在被测试件上，加载滚轮(12)上装有滚动轴承；入射冷光源通过窄带滤光片(8)，经显微镜(7)照射到试件上，干涉图像也通过显微镜(7)放大后，由CCD传输到计算机处理。
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