CN104748692A - 三滚轮整体加载滚针光弹流试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，包括机座、底座撑板、底座、横梁撑板、横梁、光学干涉测量系统、加载系统和传动机构；所述机座位于最下方，所述底座撑板由螺钉连接于机座上，所述底座和横梁撑板安装在底座撑板顶端，所述光学干涉测量系统固定在底座的边缘，所述加载系统安装在横梁上，所述传动机构由螺钉连接并坐落于机座上。本发明可模拟推力滚针轴承的弹流润滑试验，试验滚针的直径范围为Ф4-Ф6mm，可达到的滚针长度范围为10-25mm，可在最大赫兹接触应力为1.5GPa工况载荷下试验，更接近实际的工况载荷条件；可实现滚针的匀速以及加减速运动，可测得不同滚针规格、不同滚针凸度、不同润滑油脂、不同工作载荷下的滚针弹流油膜。

Description

三滚轮整体加载滚针光弹流试验机

技术领域

本发明涉及一种三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，特别涉及滚针弹流润滑油膜厚度以及油膜形状测量的试验机。

背景技术

滚针轴承是一种支承旋转轴的组件，广泛应用在机械行业的各个领域。随着现代工业技术的高速发展，对线接触副提出高速、重载和高可靠性的要求越来越高。由于综合考虑表面形貌效应、时变效应、热效应以及润滑剂流变特性等因素的现代弹流润滑理论已经基本成熟，并在更加接近实际工况的方向发展。为了如实地探究工程中机械零部件的实际工况，有效地减小有害摩擦、磨损、提高机械零部件的疲劳寿命，需要开展对有限长线接触副的弹流润滑特性的实验研究，以验证已有的理论分析结果，从而有助于加深对这一问题的认知和理解，正确分析其影响因素和润滑机理。

测量弹流润滑油膜的厚度以及油膜形状，是进行弹流润滑试验研究的关键之处。在现有测量技术手段中，测量动态油膜膜度主要有两种方法：电容法和光干涉法。但电容法只能测量平均的动态膜厚，而光干涉法不仅能测量动态膜厚并且可测油膜形状，因此目前光干涉法得到了广泛的应用。滚针润滑表面所处的工况条件不断变化必然会引起油膜的动态效应，进而使油膜的接触应力分布和油膜形状等特性不同，目前虽已对线接触摆动工况下光干涉弹流润滑进行了一些试验研究，但对大长径比滚针的圆盘旋转运动下的有限长线接触副的弹流的试验研究较少，因此研究滚针有限长线接触副的弹流特性是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了弥补目前对滚针等有限长线接触光弹流试验研究的不足以及加载方式局限于局部加载，提供了一种三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，实现在不同工况条件下滚针与玻璃盘之间的弹流油膜形状与膜厚的测量。

为了达到上述目的，本发明的构思是：由于人造蓝宝石具有与钢相接近的综合弹性模量和传热性能，本发明应用人造蓝宝石作为试验中的透明材料，这将有利于试验在接近实际工况特别是接近实际的高接触应力下进行，使得所测结果更接近实际；蓝宝石玻璃盘下方为一由推力球轴承支撑的滚道，通过变速电机调速驱动，使得人造蓝宝石的旋转方向与滚道相反，同时可通过对杠杆上加不同质量的砝码，使试验滚针获得不同的加载载荷。实际上，整个被测对象就是一单个推力滚针轴承。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，包括机座、底座撑板、底座、横梁撑板、横梁、光学干涉测量系统、加载系统和传动机构；所述机座位于最下方，所述底座撑板由螺钉连接于机座上，所述底座和横梁撑板安装在底座撑板顶端，所述光学干涉测量系统固定在底座的边缘，所述加载系统安装在横梁上，所述传动机构由螺钉连接并坐落于机座上。

所述光学干涉测量系统包括单色光源、窄带滤光片、高速CCD、显微镜、显微镜支架以及蓝宝石玻璃盘；所述光源及窄带滤光片分别与显微镜的镜筒连接，并位于高速CCD的下方；所述高速CCD连接于显微镜上方，显微镜支架安装于底座侧边，高速CCD和显微镜通过显微镜支架定位支撑，蓝宝石玻璃盘位于显微镜的正下方。

所述加载系统包括砝码、砝码盘、杠杆、加载盘、加载支架、杠杆基座、直线轴承、悬置轴、滚轮支架、滚轮、精密螺杆和微型压力传感器；所述杠杆基座连接在横梁上，所述杠杆一端连接杠杆基座，另一端连接砝码盘，所述杠杆的加载位置用销钉连接加载支架；所述加载支架底端连接一钢球，钢球与加载盘中凹球面接触，所述精密螺杆上端连接加载盘，下端通过直线轴承导向并与滚轮支架连接，所述滚轮通过螺栓连接滚轮支架，三个周向以120°均匀分布的滚轮与蓝宝石玻璃盘相接触，加载于蓝宝石玻璃盘上，形成整体加载方式； 所述加载盘与精密螺杆之间放置微型压力传感器用于测量三个滚轮的加载量是否相等，若杠杆所加载荷分配至三个滚轮上的加载量不等，则调节精密螺杆，使杠杆所加载荷均匀分配至三个滚轮上，滚轮均匀加载蓝宝石玻璃盘。

所述传动机构包括保持架压环、隔油座、变频电机、传动轴、尼龙隔油环、保持架、试验滚针、调心球轴承、轴衬、下滚道、推力球轴承和一对深沟球轴承；所述变频电机经螺钉连接于机座上，传动轴经弹性联轴器与变频电机连接，传动轴与底座间通过一对深沟球轴承传递，传动轴经圆头平键与下滚道配合使下滚道转动；所述下滚道通过推力球轴承支撑，并在下滚道与试验滚针接触面边缘用一对尼龙隔油环进行储油，使试验滚针处于富油工况下运动；所述保持架压环上开一注油孔，并在保持架上设计油槽及油孔，使试验机在运行过程中加注润滑剂；所述保持架的兜孔加工成锯齿形，并且上下交错弯曲一定角度，形成上下锁口，使试验滚针在兜孔定位准确，并且保持架圆周方向设计不同规格的试验滚针兜孔，以方便不同的滚针试验，保持架直接用销钉定位，用螺钉固定于隔油座上，便于重复操作；若要更换不同规格试验滚针只需分离精密螺杆与滚轮支架，并把悬置轴连同蓝宝石玻璃盘一同向上托起；所述蓝宝石玻璃盘由安装在悬置轴上的调心球轴承支撑，使蓝宝石玻璃盘下表面始终与试验滚针母线平行，确保接触压力沿滚针轴向分布均匀。

本发明与现有技术比较，具有显而易见的实质性特点和优点：

本发明可模拟推力滚针轴承的弹流润滑试验，试验滚针的直径范围为Ф4-Ф6mm，可达到的滚针长度范围为10-25mm，可在最大赫兹接触应力为1.5GPa工况载荷下试验，更接近实际的工况载荷条件；采用人造蓝宝石与下滚道作为轴承的套圈，试验滚针分布均匀，更符合实际的滚针轴承；可实现滚针的匀速以及加减速运动，可测得不同滚针规格、不同滚针凸度、不同润滑油脂、不同工作载荷下的滚针弹流油膜，容易对其实施控制，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。

图2为本发明中加载系统的结构示意图。

图3为本发明中传动机构的结构剖面图。

图4为本发明中加载支架的结构剖面图。

图5为本发明中保持架的结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施方案结合附图详述如下：

如图1所示，一种三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，包括机座1、底座撑板4、底座5、横梁撑板6、横梁8、光学干涉测量系统、加载系统和传动机构；所述机座1位于最下方，所述底座撑板4由螺钉连接于机座1上，所述底座5和横梁撑板6安装在底座撑板4顶端，所述光学干涉测量系统固定在底座5的边缘，所述加载系统安装在横梁8上，所述传动机构由螺钉连接并坐落于机座1上。

所述光学干涉测量系统包括单色光源11、窄带滤光片12、高速CCD13、显微镜14、显微镜支架16以及蓝宝石玻璃盘21；所述光源11及窄带滤光片12分别与显微镜14的镜筒连接，并位于高速CCD13的下方；所述高速CCD13连接于显微镜14上方，显微镜支架16安装于底座5侧边，高速CCD13和显微镜14通过显微镜支架16定位支撑，蓝宝石玻璃盘21位于显微镜14的正下方。

如图1、图2和图4所示，所述加载系统包括砝码2、砝码盘3、杠杆7、加载盘9、加载支架10、杠杆基座15、直线轴承17、悬置轴18、滚轮支架19、滚轮20、精密螺杆34和微型压力传感器35；所述杠杆基座15连接在横梁8上，所述杠杆7一端连接杠杆基座15，另一端连接砝码盘3，所述杠杆7的加载位置用销钉连接加载支架10；所述加载支架10底端连接一钢球，钢球与加载盘9中凹球面接触，所述精密螺杆34上端连接加载盘9，下端通过直线轴承17导向并与滚轮支架19连接，所述滚轮20通过螺栓连接滚轮支架19，三个周向以120°均匀分布的滚轮20与蓝宝石玻璃盘21相接触，加载于蓝宝石玻璃盘21上，形成整体加载方式； 所述加载盘9与精密螺杆34之间放置微型压力传感器35用于测量三个滚轮20的加载量是否相等，若杠杆7所加载荷分配至三个滚轮20上的加载量不等，则调节精密螺杆34，使杠杆7所加载荷均匀分配至三个滚轮20上，滚轮20均匀加载蓝宝石玻璃盘21。

如图3和图5所示，所述传动机构包括保持架压环22、隔油座23、变频电机24、传动轴25、尼龙隔油环26、保持架27、试验滚针28、调心球轴承29、轴衬30、下滚道31、推力球轴承32和一对深沟球轴承33；所述变频电机24经螺钉连接于机座1上，传动轴25经弹性联轴器与变频电机24连接，传动轴25与底座5间通过一对深沟球轴承33传递，传动轴25经圆头平键与下滚道31配合使下滚道31转动；所述下滚道31通过推力球轴承32支撑，并在下滚道31与试验滚针28接触面边缘用一对尼龙隔油环26进行储油，使试验滚针28处于富油工况下运动；所述保持架压环22上开一注油孔，并在保持架27上设计油槽及油孔，使试验机在运行过程中加注润滑剂；所述保持架27的兜孔加工成锯齿形，并且上下交错弯曲一定角度，形成上下锁口，使试验滚针28在兜孔定位准确，并且保持架27圆周方向设计不同规格的试验滚针28兜孔，以方便不同的滚针试验，保持架27直接用销钉定位，用螺钉固定于隔油座23上，便于重复操作；若要更换不同规格试验滚针28只需分离精密螺杆34与滚轮支架19，并把悬置轴18连同蓝宝石玻璃盘21一同向上托起；所述蓝宝石玻璃盘21由安装在悬置轴18上的调心球轴承29支撑，使蓝宝石玻璃盘21下表面始终与试验滚针28母线平行，确保接触压力沿滚针轴向分布均匀。

Claims (4)

1.一种三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，其特征在于，包括机座（1）、底座撑板（4）、底座（5）、横梁撑板（6）、横梁（8）、光学干涉测量系统、加载系统和传动机构；所述机座（1）位于最下方，所述底座撑板（4）由螺钉连接于机座（1）上，所述底座（5）和横梁撑板（6）安装在底座撑板（4）顶端，所述光学干涉测量系统固定在底座（5）的边缘，所述加载系统安装在横梁（8）上，所述传动机构由螺钉连接并坐落于机座（1）上。

2.根据权利要求1所述的三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，其特征在于，所述光学干涉测量系统包括单色光源（11）、窄带滤光片（12）、高速CCD（13）、显微镜（14）、显微镜支架（16）以及蓝宝石玻璃盘（21）；所述光源（11）及窄带滤光片（12）分别与显微镜（14）的镜筒连接，并位于高速CCD（13）的下方；所述高速CCD（13）连接于显微镜（14）上方，显微镜支架（16）安装于底座（5）侧边，高速CCD（13）和显微镜（14）通过显微镜支架（16）定位支撑，蓝宝石玻璃盘（21）位于显微镜（14）的正下方。

3.根据权利要求1所述的三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，其特征在于，所述加载系统包括砝码（2）、砝码盘（3）、杠杆（7）、加载盘（9）、加载支架（10）、杠杆基座（15）、直线轴承（17）、悬置轴（18）、滚轮支架（19）、滚轮（20）、精密螺杆（34）和微型压力传感器（35）；所述杠杆基座（15）连接在横梁（8）上，所述杠杆（7）一端连接杠杆基座（15），另一端连接砝码盘（3），所述杠杆（7）的加载位置用销钉连接加载支架（10）；所述加载支架（10）底端连接一钢球，钢球与加载盘（9）中凹球面接触，所述精密螺杆（34）上端连接加载盘（9），下端通过直线轴承（17）导向并与滚轮支架（19）连接，所述滚轮（20）通过螺栓连接滚轮支架（19），三个周向以120°均匀分布的滚轮（20）与蓝宝石玻璃盘（21）相接触，加载于蓝宝石玻璃盘（21）上，形成整体加载方式；所述加载盘（9）与精密螺杆（34）之间放置微型压力传感器（35）用于测量三个滚轮（20）的加载量是否相等，若杠杆（7）所加载荷分配至三个滚轮（20）上的加载量不等，则调节精密螺杆（34），使杠杆（7）所加载荷均匀分配至三个滚轮（20）上，滚轮（20）均匀加载蓝宝石玻璃盘（21）。

4.根据权利要求1所述的三滚轮整体加载滚针光弹流试验机，其特征在于，所述传动机构包括保持架压环（22）、隔油座（23）、变频电机（24）、传动轴（25）、尼龙隔油环（26）、保持架（27）、试验滚针（28）、调心球轴承（29）、轴衬（30）、下滚道（31）、推力球轴承（32）和一对深沟球轴承（33）；所述变频电机（24）经螺钉连接于机座（1）上，传动轴（25）经弹性联轴器与变频电机（24）连接，传动轴（25）与底座（5）间通过一对深沟球轴承（33）传递，传动轴（25）经圆头平键与下滚道（31）配合使下滚道（31）转动；所述下滚道（31）通过推力球轴承（32）支撑，并在下滚道（31）与试验滚针（28）接触面边缘用一对尼龙隔油环（26）进行储油，使试验滚针（28）处于富油工况下运动；所述保持架压环（22）上开一注油孔，并在保持架（27）上设计油槽及油孔，使试验机在运行过程中加注润滑剂；所述保持架（27）的兜孔加工成锯齿形，并且上下交错弯曲一定角度，形成上下锁口，使试验滚针（28）在兜孔定位准确，并且保持架（27）圆周方向设计不同规格的试验滚针（28）兜孔，以方便不同的滚针试验，保持架（27）直接用销钉定位，用螺钉固定于隔油座（23）上，便于重复操作；若要更换不同规格试验滚针（28）只需分离精密螺杆（34）与滚轮支架（19），并把悬置轴（18）连同蓝宝石玻璃盘（21）一同向上托起；所述蓝宝石玻璃盘（21）由安装在悬置轴（18）上的调心球轴承（29）支撑，使蓝宝石玻璃盘（21）下表面始终与试验滚针（28）母线平行，确保接触压力沿滚针轴向分布均匀。