CN106323180A - 高速重载滚子光弹流油膜测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供高速重载滚子光弹流油膜测量装置，包括运动机构、加载机构、支撑装置和图像采集处理系统。本发明所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置结构简单，实用性强，易实现线接触滚子高速重载条件。

Description

高速重载滚子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，具体涉及一种高速重载下圆柱滚子线接触弹流润滑油膜厚度和油膜形状的测量装置。

背景技术

现代机械工业中，轴承和齿轮等机械零件的失效往往是由弹流润滑失效所引起的。特别是随着现在技术的进步，轴承和齿轮等不断向高速和重载方向发展，弹流润滑失效的现象越来越多。因此对高速重载工况下的弹性流体动力润滑进行理论和实验研究，解释影响弹性流体动力润滑的因素具有重要的意义。确定接触区中油膜的几何形态和厚度是弹流润滑研究的最为重要的问题之一，因为油膜厚度决定着相对运动表面上微凸体的接近程度，从而对系统的摩擦、磨损和疲劳失效起着支配性的作用。从测量接触区域膜厚的方法上来讲，除了光干涉法外，测量油膜的方法还有电阻法、电容法、磁阻法、位移法和X射线法等。在弹流膜厚测量技术中，电阻法是最早使用的技术，但随着研究工作的进一步开展，人们逐渐发现电阻法只能测量接触区有无油膜而不能测量厚度。电容法测量的原理和电阻法相似，电容法能根据测得电容的大小来判断膜厚，但是缺点是电容法测量的是油膜的平均厚度，而不是任何部位的实际值。磁阻法是通过测量磁通量穿过油膜引起线圈中电流变化来计算油膜厚度的，这种测量方法容易受外界干扰。位移法是通过测量极限位移来间接的确定油膜厚度的方法，这种方法依赖于位移传感器的精确程度，目前位移传感器的最低检出限为0.1微米，而通常油膜的厚度小于0.1微米，因此位移法有很大的局限性。X射线法是根据X射线对金属和油料穿透力的不同来测量润滑剂膜厚的，但经过长期研究发现X射线法在标定时比较困难，且一般只能测出油膜厚的最小值。利用光干涉法测量弹流接触处的膜厚的形状是20世纪60年代开始采用的一种较新的技术。近年来由于光干涉法测量装置和技术的不断改进越来越受到研究人员的重视。光干涉法原理简单，容易实施，可以同时测得接触区油膜的厚度和油膜的形状。光干涉测量法作为测量膜厚的最主要的手段，精度也达到了1纳米左右。虽然光干涉测量法得到了很多认可，但光干涉油膜测量装置种类确比较少。现如今线接触光干涉油膜测量装置基本分为两种，第一种为圆盘式光干涉测量装置，圆盘式光干涉测量装置只能测量时只能用圆锥滚子作为被测试件，此类测量装置对滚子锥度和长度有一定的限制，更无法测量圆柱滚子的线接触油膜厚度。另一种为直线往复式光干涉实验台，这种实验台虽然能测量圆柱滚子，但是由于要往复运动的特点，只能在低速运行，具有一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供高速重载滚子光弹流油膜测量装置，克服上述缺陷，使滚子线接触光弹流油膜厚度的测量能在高速重载的状态下进行。

为解决上述技术问题，本发明提供高速重载滚子光弹流油膜测量装置，包括运动机构、加载机构、支撑装置和图像采集处理系统，

所述运动机构包括调速电机、第一联轴器、减速器、第二联轴器、转动盘、轴套和透明材料，所述调速电机通过所述第一联轴器与所述减速器相连，所述减速器通过所述第二联轴器与所述转动盘相连，所述转动盘连接所述轴套，所述透明材料具有伸出端和与所述伸出端相对应的插入端，所述插入端插设于所述轴套中，所述伸出端外露于所述轴套，所述转动盘带动所述轴套，所述轴套带动所述透明材料作旋转运动，

所述加载机构包括可移动支撑、杠杆、气缸、压力传感器、浮动滚轮、被测滚子和气缸控制系统，所述气缸控制系统与所述气缸电性连接，所述杠杆的一端连接所述浮动滚轮，另一端连接所述气缸，所述杠杆的中部套设有所述可移动支撑，所述浮动滚轮接触所述被测滚子，所述被测滚子设置在所述浮动滚轮的下方，

所述支撑装置包括偶数个支撑轮，所述偶数个支撑轮对称分布在所述透明材料的伸出端的两侧，

所述图像采集处理系统包括图像采集装置和图像处理系统，所述图像采集装置设置于所述透明材料的外侧，所述图像采集装置与被测滚子对齐，所述图像采集装置与所述图像处理系统电性连接。

作为本发明所述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的一种优选方案，所述运动机构还包括推力轴承和角接触球轴承，所述推力轴承与所述转动盘和轴套连接，所述角接触球轴承与所述推力轴承相配合。

作为本发明所述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的一种优选方案，所述加载机构还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述气缸上方，所述压力传感器与所述杠杆接触。

作为本发明所述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的一种优选方案，所述支撑装置还包括用于调节支撑轮的高度的调节旋钮，所述调节旋钮的个数与所述支撑轮的个数相同。

作为本发明所述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的一种优选方案，所述支撑轮的个数为两个，所述调节旋钮的个数也为2个，所述调节旋钮设置于所述支撑轮的下方。

作为本发明所述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的一种优选方案，所述透明材料由蓝宝石材料加工而成。

与现有技术相比，本发明提出的高速重载滚子光弹流油膜测量装置可以达到以下的有益效果：1.透明材料为圆环，绕着其中心轴作旋转运动，速度大小只受电机传输速度影响，因此易于实现高速运动；2.为了满足重载的要求，实验用的透明材料可以用蓝宝石来加工而成，由于蓝宝石的特性，其单位承受载荷的最大值为4千牛顿左右，远超过普通光学玻璃。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，

图1为本发明的高速重载滚子光弹流油膜测量装置的示意图；

图2 为本发明的高速重载滚子光弹流油膜测量装置的加载机构和支撑装置的工作示意图。

其中：1为调速电机、2为第一联轴器、3为减速器、4为推力轴承、5为转动盘、6为角接触球轴承、7为轴套、8为透明材料、9为可移动支撑、10为杠杆、11为气缸、12为压力传感器、13为浮动滚轮、14为被测滚子、15为图像采集装置、16为调节旋钮、17为支撑轮、18为图像处理系统、19为气缸控制系统。

具体实施方式

本发明所述的一种高速重载滚子光弹流油膜测量装置，主要是测量圆柱滚子光弹流油膜的形状和厚度，其包括：运动机构（未图示）、加载机构（未图示）、支撑装置（未图示）和图像采集处理系统（未图示）。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示高速重载滚子光弹流油膜测量装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。

实施例一

请参阅图1和图2，图1为本发明的高速重载滚子光弹流油膜测量装置的示意图，图2 为本发明的高速重载滚子光弹流油膜测量装置的加载机构和支撑装置的工作示意图。如图1和图2所示，为了便于理解，将所述所述高速重载滚子光弹流油膜测量装置分为运动机构、加载机构、支撑装置和图像采集处理系统四个机构。

下面分别对上述四个机构进行详细介绍：

一、所述运动机构包括调速电机1、第一联轴器2、减速器3、第二联轴器（未图示）、推力轴承4、转动盘5、角接触球轴承6、轴套7和透明材料8，所述调速电机1通过第一联轴器2和减速器3相连，所述减速器3通过所述第二联轴器和所述转动盘5相连，所述透明材料8具有伸出端（未图示）和与所述伸出端相对应的插入端（未图示），所述插入端插设于所述轴套7中，所述伸出端外露于所述轴套7，通过所述转动盘5带动所述轴套7，所述轴套7带动所述透明材料8做旋转运动，所述推力轴承4和角接触球轴承6通过轴向力的配合对整个运动机构产生轴向预警，避免在运动的时候运动机构有轴向的窜动。

二、所述加载机构包括可移动支撑9、杠杆10、气缸11、压力传感器12、浮动滚轮13、被测滚子14和气缸控制系统19，所述气缸11通过杠杆10将压力传到另一端的浮动滚轮13上，通过浮动滚轮13和被测滚子14接触进行施压，浮动滚轮13始终和被测滚子14平行接触确保滚子受力始终均匀竖直向下，可移动支撑9通过左右移动使杠杆比率不同，配合压力传感器12显示的压力可以计算出加载在被测滚子14上的压力大小。

三、支撑装置包括调节旋钮16和支撑轮17，一端伸出的透明材料8在受到压力的时候有类似悬臂梁的效果，所述支撑轮17为偶数个，优选为两个，所述的两个支撑轮17对称分布在透明材料8伸出端的两侧，通过调节旋钮16的调节和透明材料8伸出端接触，避免透明材料8在滚子加压运动时因不对称力的作用损坏。

四、图像采集处理系统包括图像采集装置15和图像处理系统18，所述图像采集装置15设置于所述透明材料8的外侧，所述图像采集装置15与被测滚子14对齐，所述图像采集装置15与所述图像处理系统18电性连接，所述图像采集装置15由显微镜和高速摄像机组成，显微镜上的高速相机拍摄被测滚子14与透明材料8接触区形成的油膜干涉图，干涉图由数据采集系统18处理分析。

上述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的部件包括但不限于以上提到的种类。

请继续参阅图1，如图1所示，上述高速重载滚子光弹流油膜测量装置的工作原理为：调速电机1通过第一联轴器2带动减速器3，减速器3通过第二联轴器带动转动盘5旋转，转动盘5与轴套7固定，透明材料8与轴套7采用销连接，跟着转动盘5绕其中心线做旋转运动，其运动速度有调速电机1控制。气缸11产生的载荷通过杠杆10传递后通过浮动滚轮13作用在被测滚子14上，并且被压在透明材料8上，透明材料8的运动带动被测滚子14运动。图2所示的两个支撑轮17，由调节旋钮16控制轻轻靠在透明材料8伸出端的两侧，避免透明材料8受压时只受到一个方向的力而造成损坏。透明材料8和被测滚子14接触区的下方固定安置油膜的图像采集装置15，采集到的图像通过图像处理系统18分析处理。

整个装置类似于一个大的轴承，被测滚子14就是其中的滚动体，透明材料8为轴承外圈，浮动滚轮13为轴承内圈，被测滚子14仅在最大的圆截面上受力，沿外圈作纯滚动。透明材料8绕其中心旋转，速度的大小受调速电机1控制，透明材料8用硬度较大的蓝宝石加工就能实现重载的条件。

所属领域内的普通技术人员应该能够理解的是，本发明的特点或目的之一在于：本发明所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置与现有技术相比，结构简单，实用性强，易实现线接触滚子高速重载条件。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高速重载滚子光弹流油膜测量装置，其特征是：包括运动机构、加载机构、支撑装置和图像采集处理系统，

所述运动机构包括调速电机（1）、第一联轴器（2）、减速器（3）、第二联轴器、转动盘（5）、轴套（7）和透明材料（8），所述调速电机（1）通过所述第一联轴器（2）与所述减速器（3）相连，所述减速器（3）通过所述第二联轴器与所述转动盘（5）相连，所述转动盘（5）连接所述轴套（7），所述透明材料（8）具有伸出端和与所述伸出端相对应的插入端，所述插入端插设于所述轴套（7）中，所述伸出端外露于所述轴套（7），所述转动盘（5）带动所述轴套（7），所述轴套（7）带动所述透明材料（8）作旋转运动，

所述加载机构包括可移动支撑（9）、杠杆（10）、气缸（11）、压力传感器（12）、浮动滚轮（13）、被测滚子（14）和气缸控制系统（19），所述气缸控制系统（19）与所述气缸（11）电性连接，所述杠杆（10）的一端连接所述浮动滚轮（13），另一端连接所述气缸（11），所述杠杆（10）的中部套设有所述可移动支撑（9），所述浮动滚轮（13）接触所述被测滚子（14），所述被测滚子（14）设置在所述浮动滚轮（13）的下方，

所述支撑装置包括偶数个支撑轮（17），所述偶数个支撑轮（17）对称分布在所述透明材料（8）的伸出端的两侧，

所述图像采集处理系统包括图像采集装置（15）和图像处理系统（18），所述图像采集装置（15）设置于所述透明材料（8）的外侧，所述图像采集装置（15）与被测滚子（14）对齐，所述图像采集装置（15）与所述图像处理系统（18）电性连接。

2.如权利要求1所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置，其特征是：所述运动机构还包括推力轴承（4）和角接触球轴承(6)，所述推力轴承（4）与所述转动盘（5）和轴套（7）连接，所述角接触球轴承（6）与所述推力轴承（4）相配合。

3.如权利要求1所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置，其特征是：所述加载机构还包括压力传感器（12），所述压力传感器（12）设置在所述气缸（11）上方，所述压力传感器（12）与所述杠杆（10）接触。

4.如权利要求1所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置，其特征是：所述支撑装置还包括用于调节支撑轮（17）的高度的调节旋钮（16），所述调节旋钮（16）的个数与所述支撑轮（17）的个数相同。

5.如权利要求5所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置，其特征是：所述支撑轮（17）的个数为两个，所述调节旋钮（16）的个数也为2个，所述调节旋钮（16）设置于所述支撑轮（17）的下方。

6.如权利要求1所述的高速重载滚子光弹流油膜测量装置，其特征是：所述透明材料（8）由蓝宝石材料加工而成。