CN111811414B - 一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法。现有基于球盘的光干涉膜厚测量方法无法准确反应轴承中油膜厚度。本发明在钢球和保持架的缝隙内填入润滑脂后，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上，使玻璃推力球轴承套圈和推力球轴承保持架钢球组件承受载荷；然后，显微镜高速摄像头依次拍摄玻璃推力球轴承套圈旋转和停转状态下推力球轴承保持架钢球组件中的钢球与玻璃推力球轴承套圈滚道之间的油膜光干涉图像，并观察第二相脂池形状；最后，取下推力球轴承保持架钢球组件和钢制推力球轴承套圈，拍摄钢制推力球轴承套圈的滚道中脂须形貌，得到脂须角度均值。本发明能分析轴承实际工作时油膜状态和基础油的回流机制。

Description

一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及轴承油膜厚度检测，具体涉及一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法。

背景技术

滚动轴承作为机械设备中基础部件之一，它有着滑动摩擦因数小、工业标准化程度高、安排结构紧凑以及易于启动等诸多优点，其广泛被工业、交通运输、农业、家电、航空航天以及国防安防等众多领域应用，为世界化的机械工业4.0发展有着重大影响。作为我国最具有战略性基础产业，是我国重点关注和研究的对象。在过去的六十多年发展基础上，我国的轴承行业已经拥有了可观的自主开发能力、较强的技术能力和较大的生产力。

滚动轴承的润滑特性影响其实际运行状态和寿命，大多数的轴承损坏与润滑不良紧密相关，而润滑油膜厚度是表征轴承运行状况最直接的参数。轴承中的润滑脂在经过一段时间搅拌后，大量润滑脂积累在轴承保持架、轨道两侧以及密封圈上，而接触区内的膜厚却非常薄。在这种情况下，润滑脂如何向接触区持续提供润滑保障，一直是脂润滑乃至轴承工业界的关注点；当润滑脂不能再保证有效的润滑膜时，便需要重新供脂。因而，能够检测滚动轴承在运转时其油膜厚度的分布情况，对于根据不同工况选用润滑脂以及确定轴承使用中的供脂周期具有重要意义。

关于油膜厚度的检测，尤其是在全轴承测试中，相关的专利发明数量较少。目前的油膜厚度检测方法有光干涉法，电涡流法，电容法和光纤传感器法。其中光干涉油膜厚度检测精度最高。但是目前广泛采用球盘试验机来模拟轴承的实际工况，从理论分析看，球(或平面)与球(或沟道)在分析接触应力时都使用Hertz(赫兹)接触模型，因此球盘模拟能够一定程度上反应球与沟道的接触应力和应变，但是当对轴承进行滚滑分析时，由于Heathcote(蠕滑)滑动的影响，其接触形式发生重大改变，不再适用简单的Hertz接触模型，球盘试验也很难模拟轴承内的滚滑接触，其检测结果更无法准确反应实际轴承工作中的润滑脂油膜厚度。

发明内容

本发明的目的是针对现有基于球盘的光干涉膜厚测量方法无法准确反应实际轴承中的油膜厚度状态的问题，提供一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，能够模拟推力球轴承在垂直放置时的复杂工况，并且对对不同位置处滚道与滚子之间的油膜厚度进行检测，对不同速度下点接触区入口润滑脂供给以及整体脂池演变进行在线观测，以及对试验后轴承内润滑分布形态(脂须)进行测量与观测。

本发明具体如下：

步骤1、将水平设置的传动模块支撑滑轨固定在试验台底座上，传动模块支架与传动模块支撑滑轨构成滑动副；然后，将紧固螺栓一穿过传动模块支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；接着，将传动轴通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；将轴承垫圈与轴承外套通过螺钉固定，对双列角接触球轴承进行轴向限位；最后，将轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定，使得传动轴水平设置。

步骤2、在玻璃推力球轴承套圈的滚道表面镀铬膜和二氧化硅膜，且二氧化硅膜设置在内层；玻璃推力球轴承套圈设有多种规格，各规格玻璃推力球轴承套圈的外径和滚道尺寸参数不同。然后，将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承套圈套置在螺纹轴上，轴套也套置在螺纹轴上，玻璃推力球轴承套圈的两侧分别通过螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩轴向定位；接着，将六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套。最后，将螺纹轴与传动轴通过联轴器连接，使得螺纹轴与传动轴同轴设置。

步骤3、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上；其中，加载机构的加载支架也与传动模块支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓二穿过加载支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母二连接；然后，在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；接着，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承套圈贴合推力球轴承保持架钢球组件，并使推力球轴承保持架钢球组件的钢球嵌入玻璃推力球轴承套圈的滚道内。最后，拧紧紧固螺栓二。

步骤4、加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷。然后，打开显微镜高速摄像头中的单色光源。

步骤5、将显微镜高速摄像头对准玻璃推力球轴承套圈的滚道，单色光源经过玻璃推力球轴承套圈，达到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球表面时被分别反射，两部分反射光由于光程差产生干涉条纹。调整显微镜聚焦后，传动机构驱动传动轴，传动轴带动螺纹轴、轴套和玻璃推力球轴承套圈旋转。

步骤6、使用显微镜高速摄像头拍摄推力球轴承保持架钢球组件中的钢球与玻璃推力球轴承套圈滚道之间的油膜光干涉图像，间隔小于0.6s拍摄一次，拍摄时间大于30s；采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，计算机计算出油膜厚度，从而得到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃推力球轴承套圈滚道切线方向的直线所在位置上膜厚分布，以及与该直线垂直的直线所在位置上膜厚分布。拍摄油膜光干涉图像时，靠近玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区的第二相脂池状态也被采集并经图像采集卡传给计算机，进而测量出传动轴运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d1。

步骤7、使传动机构停转驱动传动轴，显微镜高速摄像头拍摄钢球与玻璃推力球轴承套圈滚道之间的油膜光干涉图像，间隔小于0.6s拍摄一次，拍摄时间大于30s；采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，进而测量出传动轴停转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d2。

步骤8、对比d1、d2，并观察步骤6和步骤7中得到的第二相脂池形状，分析第二相脂池中的润滑剂在毛细作用下的回流行为、回流量随时间变化情况、轴承工作时和停止工作后第二相脂池的回流状态。

步骤9、重复执行三次以下步骤：依次执行步骤5、步骤6、步骤7和步骤8；每次重复时，在步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道位置不同；总共四次执行的步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道四个位置分别为水平面上的两个位置和竖直面上的两个位置。

步骤10、加载机构对钢制推力球轴承套圈卸载，从而撤除推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈之间的加载力；然后，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使推力球轴承保持架钢球组件远离玻璃推力球轴承套圈；接着，取下推力球轴承保持架钢球组件和钢制推力球轴承套圈，通过显微镜高速摄像头拍摄钢制推力球轴承套圈的滚道中脂须形貌；在钢制推力球轴承套圈的滚道上选择沿周向均布的四个点位，测量每个点位脂须数量以及各脂须与滚道之间的角度；最后，将所有脂须与滚道之间的角度求和后，除以四个点位处脂须数量总和，得到脂须角度均值。

步骤11、使用石油醚对钢制推力球轴承套圈、推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈进行清洗。

步骤12、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上，在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承套圈贴合推力球轴承保持架钢球组件，并使推力球轴承保持架钢球组件的钢球嵌入玻璃推力球轴承套圈的滚道内；拧紧紧固螺栓二。然后，通过加载机构对钢制推力球轴承套圈施加所需检测的载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷。接着，重复步骤5，重复步骤5时若需要改变玻璃推力球轴承套圈转速，则通过传动机构进行调节。最后，重复步骤6、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10和步骤11。

步骤13、重复步骤12，直到所需检测的推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈之间的加载力全部检测完毕。

优选地，所述玻璃推力球轴承套圈的两侧与螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩之间均设有橡胶垫圈。

优选地，所述的加载机构包括加载支架、滑动座台、加载棒、弹簧和嵌入型导向轴支座；所述的嵌入型导向轴支座通过螺钉固定在加载支架上；所述的滑动座台与传动轴同轴设置，包括一体成型的中心滑块、定位杆和轴承套圈安装块；中心滑块位于定位杆和轴承套圈安装块之间；中心滑块与嵌入型导向轴支座构成滑动副，定位杆和轴承套圈安装块分设在嵌入型导向轴支座两端；所述的弹簧套置在定位杆上；加载棒的外螺纹与加载支架的螺纹孔连接，定位杆嵌入加载棒的内孔中；弹簧两端分别与加载棒端面和中心滑块端面接触；钢制推力球轴承套圈通过销钉固定于滑动座台的轴承套圈安装块上；所述加载棒的外壁设有加载力刻度。

优选地，加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷的具体过程如下：旋转加载棒压缩弹簧，使滑动座台推动钢制推力球轴承套圈。

优选地，所述的显微镜高速摄像头包括CCD相机和显微镜，CCD相机拍摄显微镜的显微图。

优选地，所述的传动机构包括主动带轮、从动带轮、电机支撑滑轨、驱动电机和电机座；所述的电机支撑滑轨与传动模块支撑滑轨平行设置，并固定在试验台底座上；电机座与电机支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓三穿过电机座开设的通孔和电机支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母三连接；驱动电机的底座固定在电机座上；驱动电机的输出轴与传动模块支撑滑轨平行设置，并与主动带轮固定；所述的从动带轮与传动轴固定，并与主动带轮通过V带连接。

优选地，传动机构驱动传动轴的具体过程如下：启动驱动电机，驱动电机通过主动带轮和V带带动从动带轮将动力传至传动轴。

本发明具有的有益效果：

1.本发明选择带有圆弧滚道的玻璃作为推力球轴承的一个套圈，另一个套圈为钢制套圈，可以模拟实际推力球轴承的运转状态，通过显微镜高速摄像头对球油膜光干涉，可以实现对钢球与玻璃推力球轴承套圈沟道之间油膜光干涉图像的抓拍，计算得到钢球与滚道间油膜厚度。通过对推力球轴承施加不同载荷改变其工况，从而找到不同工况下轴承中油膜厚度及脂池形态的演变规律，分析轴承实际工作时油膜状态。此外，由于重力的原因，当推力球垂直安装时，润滑脂的分布和油膜的状态会发生改变，本发明可对垂直安装的推力球轴承的不同位置进行油膜厚度的测量和脂池形态的演变规律的记录与分析。

2.本发明可分析接触区附近脂池中润滑脂的回流机制，得到不同工作状态下第二相脂池的演变规律。当轴承钢球在滚到上滚压一段时间后，接触区边缘的润滑脂会形成第二相脂池，其流动特性会直接影响乏脂状态下的润滑脂供给。第二相脂池的流动特性对轴承滚珠与轨道之间的润滑状态有较大的影响，本发明可以由此分析实际轴承工作时润滑脂和基础油的回流机制。

3.本发明可对工作后推力球轴承中润滑脂脂须的形貌进行观测与测量。所设计的结构易于拆解，易于对轴承工作后钢珠和滚道上润滑脂进行原位取样。在轴承的实际工作中，钢球不仅在轴向转动，还伴随着自旋，同时也在环的弧形轨道内进行着径向的运动。这种自旋与径向移动有利于粘附于轨道两侧的润滑脂重新进入轨道参与润滑，改善乏脂状态。通过分析脂须的分布状态可以推断出钢球的自旋与径向移动的强烈程度，并且与第二相脂池的演变规律相结合可以更准确、客观地分析轴承中润滑脂和基础油的回流机制。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明中传动轴的装配示意图；

图3为本发明中玻璃推力球轴承套圈的装配示意图；

图4为本发明中加载机构的装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，具体如下：

步骤1、如图1和2所示，将水平设置的传动模块支撑滑轨9固定在试验台底座1上，传动模块支架11与传动模块支撑滑轨9构成滑动副；然后，将紧固螺栓一穿过传动模块支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接，实现传动模块支架固定在传动模块支撑滑轨上；接着，将传动轴12通过双列角接触球轴承15支承在轴承外套14内；将轴承垫圈13与轴承外套通过螺钉固定，对双列角接触球轴承进行轴向限位；最后，将轴承外套14与传动模块支架11通过螺钉固定，使得传动轴12水平设置。

步骤2、如图1和3所示，在玻璃推力球轴承套圈16的滚道表面镀铬膜和二氧化硅膜，且二氧化硅膜设置在内层；玻璃推力球轴承套圈16设有多种规格，各规格玻璃推力球轴承套圈16的外径和滚道尺寸参数不同。然后，将与推力球轴承保持架钢球组件25匹配的玻璃推力球轴承套圈16套置在螺纹轴17上，轴套18也套置在螺纹轴17上，玻璃推力球轴承套圈16的两侧分别通过螺纹轴17的轴肩和轴套18的轴肩轴向定位；作为优选实施例，玻璃推力球轴承套圈16的两侧与螺纹轴17的轴肩和轴套18的轴肩之间均设有橡胶垫圈20；接着，将六角螺母19与螺纹轴17通过螺纹连接，并压紧轴套18。最后，将螺纹轴17与传动轴12通过联轴器3连接，使得螺纹轴17与传动轴12同轴设置。

步骤3、如图1和4所示，将钢制推力球轴承套圈26固定安装在加载机构上；其中，加载机构的加载支架2也与传动模块支撑滑轨9构成滑动副；紧固螺栓二穿过加载支架2开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母二连接，实现加载支架2固定在传动模块支撑滑轨上；然后，在推力球轴承保持架钢球组件25的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂，将推力球轴承保持架钢球组件25贴合于钢制推力球轴承套圈26上；接着，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架2在传动模块支撑滑轨9上的位置，使玻璃推力球轴承套圈16贴合推力球轴承保持架钢球组件25，并使推力球轴承保持架钢球组件25的钢球嵌入玻璃推力球轴承套圈16的滚道内。最后，拧紧紧固螺栓二。

作为优选实施例，加载机构包括加载支架2、滑动座台24、加载棒21、弹簧22和嵌入型导向轴支座23；嵌入型导向轴支座23通过螺钉固定在加载支架2上；滑动座台24与传动轴12同轴设置，包括一体成型的中心滑块、定位杆和轴承套圈安装块；中心滑块位于定位杆和轴承套圈安装块之间；中心滑块与嵌入型导向轴支座23构成滑动副，定位杆和轴承套圈安装块分设在嵌入型导向轴支座23两端；弹簧22套置在定位杆上；加载棒21的外螺纹与加载支架2的螺纹孔连接，定位杆嵌入加载棒21的内孔中；弹簧22两端分别与加载棒21端面和中心滑块端面接触；钢制推力球轴承套圈26通过销钉固定于滑动座台24的轴承套圈安装块上；加载棒外壁设有加载力刻度，用于加载力标定结果的显示。

步骤4、加载机构对钢制推力球轴承套圈26施加载荷，使推力球轴承保持架钢球组件25和玻璃推力球轴承套圈16承受载荷。作为优选实施例，加载机构对钢制推力球轴承套圈26施加载荷的具体过程如下：旋转加载棒21压缩弹簧22，使滑动座台24推动钢制推力球轴承套圈26。然后，打开显微镜高速摄像头(显微镜高速摄像头包括CCD相机和显微镜，CCD相机拍摄显微镜的显微图)中的单色光源。

步骤5、将显微镜高速摄像头10对准玻璃推力球轴承套圈16的滚道，单色光源经过玻璃推力球轴承套圈16，达到玻璃推力球轴承套圈16的滚道和钢球表面时被分别反射，两部分反射光由于光程差产生干涉条纹。调整显微镜聚焦后，传动机构驱动传动轴12，传动轴带动螺纹轴17、轴套18和玻璃推力球轴承套圈16旋转。

步骤6、使用显微镜高速摄像头拍摄推力球轴承保持架钢球组件25中的钢球与玻璃推力球轴承套圈16滚道之间的油膜光干涉图像，间隔0.5s拍摄一次，保证每个钢球在经过拍摄区域时的油膜光干涉图像均被采集，拍摄时间持续60s，保证采集到玻璃推力球轴承套圈16的滚道和钢球接触区油膜不同阶段的变化情况。采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，计算机计算出油膜厚度，从而得到玻璃推力球轴承套圈16的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃推力球轴承套圈16滚道切线方向的直线所在位置上膜厚分布，以及与该直线垂直的直线所在位置上膜厚分布。拍摄油膜光干涉图像时，靠近玻璃推力球轴承套圈16滚道和钢球接触区的第二相脂池(基础油池)状态也被采集并经图像采集卡传给计算机，进而测量出传动轴运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承套圈16滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d1。

作为优选实施例，传动机构包括主动带轮7、从动带轮4、电机支撑滑轨8、驱动电机6和电机座5；电机支撑滑轨8与传动模块支撑滑轨9平行设置，并固定在试验台底座1上；电机座5与电机支撑滑轨8构成滑动副；紧固螺栓三穿过电机座5开设的通孔和电机支撑滑轨8开设的调节槽，并与螺母三连接，实现电机座5固定在电机支撑滑轨8上；驱动电机6的底座固定在电机座5上；驱动电机6的输出轴与传动模块支撑滑轨9平行设置，并与主动带轮7固定；从动带轮4与传动轴12固定，并与主动带轮7通过V带连接。

传动机构驱动传动轴12的具体过程如下：启动驱动电机，驱动电机通过主动带轮和V带带动从动带轮将动力传至传动轴。

步骤7、使传动机构停转驱动传动轴12，显微镜高速摄像头10拍摄钢球与玻璃推力球轴承套圈16滚道之间的油膜光干涉图像，间隔0.5s拍摄一次，拍摄时间持续60s；采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，进而测量出传动轴停转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d2；

步骤8、对比d1、d2，并观察步骤6和步骤7中得到的第二相脂池形状，分析第二相脂池中的润滑剂在毛细作用下的回流(向玻璃推力球轴承套圈16滚道和钢球接触区回流)行为、回流量随时间变化情况、轴承工作时和停止工作后第二相脂池的回流状态。需要说明的是，在轴承工作前期，大部分润滑脂会被钢球挤压离开滚道，当钢球滚压一段时间后，少量的润滑脂会以脂须形式附着于滚道两侧，随着钢球对脂须的不断剪切，润滑脂释放出由皂纤维包裹的基础油，基础油由毛细作用回流至接触区对其进行补给。

步骤9、重复执行三次以下步骤：依次执行步骤5、步骤6、步骤7和步骤8；每次重复时，在步骤5中，显微镜高速摄像头10对准的玻璃推力球轴承套圈16滚道位置不同；总共四次执行的步骤5中，显微镜高速摄像头10对准的玻璃推力球轴承套圈16滚道四个位置分别为水平面上的两个位置和竖直面上的两个位置。这里，对玻璃推力球轴承套圈16滚道的四个位置分别进行拍摄，是考虑由于重力的影响，在轴承不同位置的油膜厚度和第二相脂池的回流状态是有所区别的，通过对多点位置的数据和图像采集可以探寻垂直安装的推力球轴承内部的润滑机理。

步骤10、加载机构对钢制推力球轴承套圈26卸载，从而撤除推力球轴承保持架钢球组件25和玻璃推力球轴承套圈16之间的加载力；然后，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架2在传动模块支撑滑轨9上的位置，使推力球轴承保持架钢球组件25远离玻璃推力球轴承套圈16；接着，取下推力球轴承保持架钢球组件25和钢制推力球轴承套圈26，通过显微镜高速摄像头10拍摄钢制推力球轴承套圈26的滚道中脂须形貌；在钢制推力球轴承套圈26的滚道上选择沿周向均布的四个点位，测量每个点位脂须数量以及各脂须与滚道之间的角度；最后，将所有脂须与滚道之间的角度求和后，除以四个点位处脂须数量总和，得到脂须角度均值。脂须角度均值体现了钢球在滚道中自旋以及径向运动的剧烈程度，从而可以评估推力球轴承中钢球的实际滚滑程度。实际情况下，滚子一定程度上的自旋和径向移动可以促进第二相脂池中润滑脂或基础油进入轨道参与润滑，有利于增大接触区油膜厚度以及促进回流补给，这一点可以在步骤6中和步骤7中测量到的油膜厚度以及d1和d2上加以验证。脂须的角度越大，钢球与滚道之间的滚滑程度越小，当载荷增大时，滚滑程度也应减小。此外，脂须的角度与数量反应了接触区润滑剂的回流补给情况，这在步骤6中和步骤7中测量到的油膜厚度以及d1和d2变化上可以加以验证。而脂须形貌和清晰程度可以验证润滑脂对金属表面吸附能力的强弱。

步骤11、使用石油醚对钢制推力球轴承套圈26、推力球轴承保持架钢球组件25和玻璃推力球轴承套圈16进行清洗。

步骤12、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上，在推力球轴承保持架钢球组件25的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂，将推力球轴承保持架钢球组件25贴合于钢制推力球轴承套圈26上；调节加载机构的加载支架2在传动模块支撑滑轨9上的位置，使玻璃推力球轴承套圈16贴合推力球轴承保持架钢球组件25，并使推力球轴承保持架钢球组件25的钢球嵌入玻璃推力球轴承套圈16的滚道内；拧紧紧固螺栓二。然后，通过加载机构对钢制推力球轴承套圈26施加所需检测的载荷，使推力球轴承保持架钢球组件25和玻璃推力球轴承套圈16承受载荷。接着，重复步骤5，重复步骤5时若需要改变玻璃推力球轴承套圈16转速，则通过传动机构进行调节。最后，重复步骤6、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10和步骤11。

步骤13、重复步骤12，直到所需检测的推力球轴承保持架钢球组件25和玻璃推力球轴承套圈16之间的加载力全部检测完毕。

Claims (7)

1.一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤1、将水平设置的传动模块支撑滑轨固定在试验台底座上，传动模块支架与传动模块支撑滑轨构成滑动副；然后，将紧固螺栓一穿过传动模块支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；接着，将传动轴通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；将轴承垫圈与轴承外套通过螺钉固定，对双列角接触球轴承进行轴向限位；最后，将轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定，使得传动轴水平设置；

步骤2、在玻璃推力球轴承套圈的滚道表面镀铬膜和二氧化硅膜，且二氧化硅膜设置在内层；玻璃推力球轴承套圈设有多种规格，各规格玻璃推力球轴承套圈的外径和滚道尺寸参数不同；然后，将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承套圈套置在螺纹轴上，轴套也套置在螺纹轴上，玻璃推力球轴承套圈的两侧分别通过螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩轴向定位；接着，将六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套；最后，将螺纹轴与传动轴通过联轴器连接，使得螺纹轴与传动轴同轴设置；

步骤3、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上；其中，加载机构的加载支架也与传动模块支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓二穿过加载支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母二连接；然后，在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；接着，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承套圈贴合推力球轴承保持架钢球组件，并使推力球轴承保持架钢球组件的钢球嵌入玻璃推力球轴承套圈的滚道内；最后，拧紧紧固螺栓二；

步骤4、加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷；然后，打开显微镜高速摄像头中的单色光源；

步骤5、将显微镜高速摄像头对准玻璃推力球轴承套圈的滚道，单色光源经过玻璃推力球轴承套圈，达到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球表面时被分别反射，两部分反射光由于光程差产生干涉条纹；调整显微镜聚焦后，传动机构驱动传动轴，传动轴带动螺纹轴、轴套和玻璃推力球轴承套圈旋转；

步骤6、使用显微镜高速摄像头拍摄推力球轴承保持架钢球组件中的钢球与玻璃推力球轴承套圈滚道之间的油膜光干涉图像，间隔小于0.6s拍摄一次，拍摄时间大于30s；采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，计算机计算出油膜厚度，从而得到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃推力球轴承套圈滚道切线方向的直线所在位置上膜厚分布，以及与该直线垂直的直线所在位置上膜厚分布；拍摄油膜光干涉图像时，靠近玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区的第二相脂池状态也被采集并经图像采集卡传给计算机，进而测量出传动轴运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d1；

步骤7、使传动机构停转驱动传动轴，显微镜高速摄像头拍摄钢球与玻璃推力球轴承套圈滚道之间的油膜光干涉图像，间隔小于0.6s拍摄一次，拍摄时间大于30s；采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，进而测量出传动轴停转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承套圈滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d2；

步骤8、对比d1、d2，并观察步骤6和步骤7中得到的第二相脂池形状，分析第二相脂池中的润滑剂在毛细作用下的回流行为、回流量随时间变化情况、轴承工作时和停止工作后第二相脂池的回流状态；

步骤9、重复执行三次以下步骤：依次执行步骤5、步骤6、步骤7和步骤8；每次重复时，在步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道位置不同；总共四次执行的步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道四个位置分别为水平面上的两个位置和竖直面上的两个位置；

步骤10、加载机构对钢制推力球轴承套圈卸载，从而撤除推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈之间的加载力；然后，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使推力球轴承保持架钢球组件远离玻璃推力球轴承套圈；接着，取下推力球轴承保持架钢球组件和钢制推力球轴承套圈，通过显微镜高速摄像头拍摄钢制推力球轴承套圈的滚道中脂须形貌；在钢制推力球轴承套圈的滚道上选择沿周向均布的四个点位，测量每个点位脂须数量以及各脂须与滚道之间的角度；最后，将所有脂须与滚道之间的角度求和后，除以四个点位处脂须数量总和，得到脂须角度均值；

步骤11、使用石油醚对钢制推力球轴承套圈、推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈进行清洗；

步骤12、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上，在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承套圈贴合推力球轴承保持架钢球组件，并使推力球轴承保持架钢球组件的钢球嵌入玻璃推力球轴承套圈的滚道内；拧紧紧固螺栓二；然后，通过加载机构对钢制推力球轴承套圈施加所需检测的载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷；接着，重复步骤5，重复步骤5时若需要改变玻璃推力球轴承套圈转速，则通过传动机构进行调节；最后，重复步骤6、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10和步骤11；

步骤13、重复步骤12，直到所需检测的推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈之间的加载力全部检测完毕。

2.根据权利要求1所述的一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：所述玻璃推力球轴承套圈的两侧与螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩之间均设有橡胶垫圈。

3.根据权利要求1所述的一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：所述的加载机构包括加载支架、滑动座台、加载棒、弹簧和嵌入型导向轴支座；所述的嵌入型导向轴支座通过螺钉固定在加载支架上；所述的滑动座台与传动轴同轴设置，包括一体成型的中心滑块、定位杆和轴承套圈安装块；中心滑块位于定位杆和轴承套圈安装块之间；中心滑块与嵌入型导向轴支座构成滑动副，定位杆和轴承套圈安装块分设在嵌入型导向轴支座两端；所述的弹簧套置在定位杆上；加载棒的外螺纹与加载支架的螺纹孔连接，定位杆嵌入加载棒的内孔中；弹簧两端分别与加载棒端面和中心滑块端面接触；钢制推力球轴承套圈通过销钉固定于滑动座台的轴承套圈安装块上；所述加载棒的外壁设有加载力刻度。

4.根据权利要求3所述的一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷的具体过程如下：旋转加载棒压缩弹簧，使滑动座台推动钢制推力球轴承套圈。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：所述的显微镜高速摄像头包括CCD相机和显微镜，CCD相机拍摄显微镜的显微图。

6.根据权利要求1所述的一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：所述的传动机构包括主动带轮、从动带轮、电机支撑滑轨、驱动电机和电机座；所述的电机支撑滑轨与传动模块支撑滑轨平行设置，并固定在试验台底座上；电机座与电机支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓三穿过电机座开设的通孔和电机支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母三连接；驱动电机的底座固定在电机座上；驱动电机的输出轴与传动模块支撑滑轨平行设置，并与主动带轮固定；所述的从动带轮与传动轴固定，并与主动带轮通过V带连接。

7.根据权利要求6所述的一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：传动机构驱动传动轴的具体过程如下：启动驱动电机，驱动电机通过主动带轮和V带带动从动带轮将动力传至传动轴。

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