CN112255144B - 滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台及其试验方法 - Google Patents

滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台及其试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台及其试验方法。现有对乏脂过程中形成的沉积膜浸湿特性研究不充分。本发明的钢辊伺服电机驱动钢辊转动；升降台驱动涂脂棒升降；圆盘伺服电机经主轴驱动圆盘转动；圆盘顶面与钢辊上球体的底部接触，且圆盘与球体之间设有预压力；涂脂棒位于圆盘上方；有框架力矩电机驱动竖直转盘；微进给机构支架固定在可移动平台上；水平设置的牵引杆与微进给机构支架构成滑动副，并与转盘的圆柱面顶部接触；注射器固定在可移动平台上；注射器的活塞杆与牵引杆的端面接触；负载件经气垫对牵引杆施加向下的压力；可移动平台由三维定位模块驱动。本发明可对滚动轴承润滑脂滚压沉积膜的浸湿特性进行深入研究。

Description

滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台及其试验方法
技术领域
本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台及其试验方法。
背景技术
滚动轴承作为机械设备中基础部件之一，它有着摩擦因数小、工业标准化程度高、结构紧凑以及易于启动等诸多优点，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，对机械工业4.0发展有着重大影响。
90％的滚动轴承中使用润滑脂润滑，在大多数滚动轴承中，润滑脂会经历两个润滑阶段：搅拌阶段和乏脂阶段，在搅拌阶段中，滚动体通过运动将大部分的润滑脂挤压到保持架肋板和密封圈内侧，而在滚道上仅留存极少量的润滑脂，因而进入乏脂润滑状态。在乏脂状态下，滚道上的润滑脂被滚动体反复碾压，其稠化剂破碎并在滚道表面形成的沉积膜，对保持架肋板和密封圈内侧的润滑脂析出的润滑油回流有重大影响。润滑脂中的基础油渗出后，与沉积膜接触，沉积膜本身的润湿性将会对油膜的形成以及油膜最终的厚度产生影响，进而影响润滑效果。研究不同成分润滑脂所形成的沉积膜的润湿性，对掌握润滑脂润滑特性，揭示脂润滑机理，进而进一步指导实践具有重大意义。目前工业应用的润滑脂种类繁多，稠化剂和基础油的种类和配比对其乏脂润滑膜的影响也不尽相同，加上脂润滑状态对工况非常敏感，使得润滑膜性质的观测更加依赖于巧妙的实验设计和更精密的技术手段。因此至今为止，关于乏脂润滑的研究仍处于膜厚、摩擦力的测量阶段，对于乏脂过程中形成的沉积膜以及其表面的润湿性，深入的研究并不充分。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台及其试验方法，能够观察充分润滑滚压和乏脂润滑滚压工况下轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性。
本发明滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台，包括试验台底座、涂抹滚压润滑脂系统、三维定位模块和微进给机构；所述的涂抹滚压润滑脂系统包括钢辊、钢辊伺服电机、涂脂棒、升降台、圆盘、圆盘伺服电机和主轴；所述钢辊伺服电机的座体通过电机支座固定在试验台底座上；钢辊伺服电机的输出轴与钢辊的一端固定；所述钢辊的另一端设有一体成型的球体；固定在涂脂棒一端的涂脂棒固定片与升降台的升降面板固定，升降台的座体通过升降台底座与试验台底座固定；圆盘伺服电机的座体固定在试验台底座上；所述主轴的一端与圆盘伺服电机的输出轴固定，另一端与圆盘固定；所述圆盘的顶面与钢辊上球体的底部接触，且圆盘与球体之间设有预压力；所述的涂脂棒位于圆盘上方。
所述的微进给机构包括框架力矩电机、支撑杆、转盘、牵引杆、气垫、负载件、注射器和注射器支座。竖直设置的转盘中心与框架力矩电机的转子固定，框架力矩电机的定子通过支撑杆固定在可移动平台上；微进给机构支架固定在可移动平台上；水平设置的牵引杆与微进给机构支架构成滑动副，并与转盘的圆柱面顶部接触；所述注射器的外筒通过注射器支架固定在可移动平台上；注射器的活塞杆与牵引杆的端面接触；气垫置于微进给机构支架上，气垫底部与牵引杆接触；负载件置于气垫顶部，对气垫进行施压。所述的可移动平台由三维定位模块驱动。
优选地，所述的三维定位模块包括X轴滑轨、X轴滑块、Y轴滑块、Z轴滑轨和Y轴滑轨；X轴滑轨固定在试验台底座上；X轴滑块与X轴滑轨构成滑动副，并与X轴滑轨通过螺栓和螺母连接；X轴滑轨和X轴滑块提供X轴运动；Z轴滑轨与X轴滑块固定；Y轴滑轨与Z轴滑轨构成滑动副，并与Z轴滑轨通过螺栓和螺母连接；Y轴滑块与Y轴滑轨构成滑动副，并与Y轴滑轨通过螺栓和螺母连接；Y轴滑块和Y轴滑轨提供Y轴运动；微进给机构的可移动平台与Y轴滑块固定。
该滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台的实验方法，具体如下：
步骤一、在圆盘上表面涂抹润滑脂；
步骤二、操作升降台将涂脂棒下降到与圆盘上表面接触，然后操作升降台再将涂脂棒上升到与圆盘上表面的距离等于润滑脂预设厚度；
步骤三、启动圆盘伺服电机，带动圆盘转动，涂脂棒将圆盘上表面的润滑脂抹平，使得圆盘上表面的润滑脂厚度达到预设厚度；
步骤四、启动钢辊伺服电机，钢棍上的球体挤压圆盘上表面的润滑脂，在接触区两侧各形成一个圆形的脂池；
步骤五、调整X轴滑块、Y轴滑轨和Y轴滑块的位置，使得微进给机构的注射器移动到脂池的观测区正上方，并保证注射器的中心轴线与圆盘顶面的距离为预设距离；
步骤六、驱动框架力矩电机转动，带动牵引杆水平移动，从而牵引杆推动注射器供给油滴；
步骤七、注射器注射的油滴滴落到脂池的观测区处，照相机拍摄油滴滴落到脂池观测区之前至油滴滴落到脂池观测区之后一秒以上整个过程的图像，并传输给PC；然后，通过图像测出液滴在沉积膜上处于稳定状态下的润湿角大小，从而评判沉积膜的浸湿特性。
优选地，通过控制框架力矩电机的输入电压控制框架力矩电机的转速，从而控制牵引杆的移动速度。
优选地，通过平衡转盘给牵引杆向上的支撑力与负载件给牵引杆向下的压力以及牵引杆的自身重力，来减小牵引杆与微进给机构支架之间的摩擦力。
优选地，在PC上观察油滴滴落到脂池观测区的沉积膜上的瞬时变化过程。
本发明具有的有益效果：
本发明可对滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性进行深入研究。本发明设计了独特的涂抹滚压润滑脂系统，采用了先大致涂抹，再通过由精密升降台控制的涂脂棒进行更为精密的二次涂脂，配合钢辊伺服电机带动的辊棒进行滚压操作，最大化地还原了真实工况下滚动轴承滚压润滑脂的过程。本发明通过调节精密升降台的高度，可调节润滑脂的厚度，从而对润滑脂厚度不同的滚动轴承上润滑脂的滚压沉积膜浸湿特性进行研究；通过调节三维定位模块，可调节注射器的位置，从而将注射器定位到脂池的不同位置；通过控制微进给机构的进给量，可调节油滴大小，从而观察不同油滴大小在脂池观测区的沉积膜上的瞬时变化过程以及判别沉积膜对不同油滴大小的浸湿特性；因此，本发明可以使实验获取的数据更全面，更具普遍性。另外，本发明自行设计的微进给机构在保证进给量精度要求的同时实现了重量轻、结构简单、成本低。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中微进给机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台，包括试验台底座16、涂抹滚压润滑脂系统、三维定位模块和微进给机构6；涂抹滚压润滑脂系统包括钢辊5、钢辊伺服电机4、涂脂棒12、升降台14(可以选用剪叉式升降平台或竖直设置的直线模组)、圆盘11、圆盘伺服电机17和主轴10；钢辊伺服电机4的座体通过电机支座1固定在试验台底座16上；钢辊伺服电机4的输出轴与钢辊5的一端固定；钢辊5的另一端设有一体成型的球体；固定在涂脂棒12一端的涂脂棒固定片13与升降台14的升降面板固定，升降台14的座体通过升降台底座15与试验台底座16固定；圆盘伺服电机17的座体固定在试验台底座16上；主轴10一端与圆盘伺服电机17的输出轴固定，另一端与圆盘11固定；圆盘11顶面与钢辊5上球体的底部接触，并设有预压力；涂脂棒12位于圆盘11上方。
如图2所示，微进给机构6包括框架力矩电机25、支撑杆26、转盘24、牵引杆20、气垫22、负载件23、注射器19和注射器支座18。竖直设置的转盘24中心与框架力矩电机25的转子固定，框架力矩电机25的定子通过支撑杆26固定在可移动平台27上；微进给机构支架21固定在可移动平台27上；水平设置的牵引杆20与微进给机构支架21构成滑动副，并与转盘24的圆柱面顶部接触；注射器19通过注射器支架18固定在可移动平台27上；注射器19的活塞杆与牵引杆20的端面接触；气垫22置于微进给机构支架21上，气垫22底部与牵引杆20接触；负载件23置于气垫22顶部，对气垫22进行施压。可移动平台27由三维定位模块驱动。
作为优选实施例，如图1和2所示，三维定位模块包括X轴滑轨2、X轴滑块3、Y轴滑块7、Z轴滑轨8和Y轴滑轨9；X轴滑轨2固定在试验台底座16上；X轴滑块3与X轴滑轨2构成滑动副，并与X轴滑轨2通过螺栓和螺母连接；X轴滑轨2和X轴滑块3提供X轴运动；Z轴滑轨8与X轴滑块3固定；Y轴滑轨9与Z轴滑轨8构成滑动副(Y轴滑轨也当做Z轴滑块用)，并与Z轴滑轨8通过螺栓和螺母连接；Y轴滑块7与Y轴滑轨9构成滑动副，并与Y轴滑轨9通过螺栓和螺母连接；Y轴滑块7和Y轴滑轨9提供Y轴运动；微进给机构的可移动平台27与Y轴滑块9固定。
该滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台的实验方法，具体如下：
步骤1、在圆盘11上表面涂抹润滑脂；
步骤2、操作升降台15将涂脂棒12下降到与圆盘11上表面接触，然后操作升降台15再将涂脂棒12上升到与圆盘11上表面的距离等于润滑脂预设厚度；
步骤3、启动圆盘伺服电机17，带动圆盘11转动，涂脂棒12将圆盘11上表面的润滑脂抹平，使得圆盘11上表面的润滑脂厚度达到预设厚度；
步骤4、启动钢辊伺服电机，钢棍5上的球体挤压圆盘11上表面的润滑脂，在接触区两侧各形成一个圆形的脂池；
步骤5、调整X轴滑块3、Y轴滑轨9和Y轴滑块7的位置，使得微进给机构6的注射器19移动到脂池的观测区正上方，并保证注射器19的中心轴线与圆盘11顶面的距离为预设距离；优选地，预设距离为20mm。其中，调整X轴滑块3时先拧松连接X轴滑块3和X轴滑轨2的螺栓，调整后再拧紧连接X轴滑块3和X轴滑轨2的螺栓；调整Y轴滑轨9时先拧松连接Y轴滑轨9和Z轴滑轨8的螺栓，调整后再拧紧连接Y轴滑轨9和Z轴滑轨8的螺栓；调整Y轴滑块7时先拧松连接Y轴滑块7和Y轴滑轨9的螺栓，调整后再拧紧连接Y轴滑块7和Y轴滑轨9的螺栓；
步骤6、驱动框架力矩电机25转动，带动牵引杆20水平移动，从而牵引杆20推动注射器19供给油滴；其中，通过控制框架力矩电机25的输入电压(由控制器控制)控制框架力矩电机25的转速，从而控制牵引杆20的移动速度，最大可使牵引杆20实现250mm行程，且该行程中能达到0.05μm的定位精度；通过平衡转盘给牵引杆向上的支撑力与负载件给牵引杆20向下的压力以及牵引杆20的自身重力，来减小牵引杆与微进给机构支架21之间的摩擦力；
步骤7、注射器19注射的油滴滴落到脂池的观测区处，照相机(采用频闪照相机)拍摄油滴滴落到脂池观测区之前至油滴滴落到脂池观测区之后一秒以上整个过程的图像，并传输给PC；测出液滴在沉积膜上处于稳定状态下的润湿角大小，从而评判沉积膜的浸湿特性。
作为优选实施例，在PC上观察油滴滴落到脂池观测区的沉积膜上的瞬时变化过程。
其中，本发明可以改变润滑脂预设厚度，从而对润滑脂厚度不同的滚动轴承上润滑脂的滚压沉积膜浸湿特性进行研究；也可以通过控制微进给机构的进给量，调节油滴大小，从而观察不同油滴大小在脂池观测区的沉积膜上的瞬时变化过程以及判别沉积膜对不同油滴大小的浸湿特性。

Claims (6)

1.滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台，其特征在于：包括试验台底座、涂抹滚压润滑脂系统、三维定位模块和微进给机构；所述的涂抹滚压润滑脂系统包括钢辊、钢辊伺服电机、涂脂棒、升降台、圆盘、圆盘伺服电机和主轴；所述钢辊伺服电机的座体通过电机支座固定在试验台底座上；钢辊伺服电机的输出轴与钢辊的一端固定；所述钢辊的另一端设有一体成型的球体；固定在涂脂棒一端的涂脂棒固定片与升降台的升降面板固定，升降台的座体通过升降台底座与试验台底座固定；圆盘伺服电机的座体固定在试验台底座上；所述主轴的一端与圆盘伺服电机的输出轴固定，另一端与圆盘固定；所述圆盘的顶面与钢辊上球体的底部接触，且圆盘与球体之间设有预压力；所述的涂脂棒位于圆盘上方；
所述的微进给机构包括框架力矩电机、支撑杆、转盘、牵引杆、气垫、负载件、注射器和注射器支座；竖直设置的转盘中心与框架力矩电机的转子固定，框架力矩电机的定子通过支撑杆固定在可移动平台上；微进给机构支架固定在可移动平台上；水平设置的牵引杆与微进给机构支架构成滑动副，并与转盘的圆柱面顶部接触；所述注射器的外筒通过注射器支座固定在可移动平台上；注射器的活塞杆与牵引杆的端面接触；气垫置于微进给机构支架上，气垫底部与牵引杆接触；负载件置于气垫顶部，对气垫进行施压；所述的可移动平台由三维定位模块驱动。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台，其特征在于：所述的三维定位模块包括X轴滑轨、X轴滑块、Y轴滑块、Z轴滑轨和Y轴滑轨；X轴滑轨固定在试验台底座上；X轴滑块与X轴滑轨构成滑动副，并与X轴滑轨通过螺栓和螺母连接；X轴滑轨和X轴滑块提供X轴运动；Z轴滑轨与X轴滑块固定；Y轴滑轨与Z轴滑轨构成滑动副，并与Z轴滑轨通过螺栓和螺母连接；Y轴滑块与Y轴滑轨构成滑动副，并与Y轴滑轨通过螺栓和螺母连接；Y轴滑块和Y轴滑轨提供Y轴运动；微进给机构的可移动平台与Y轴滑块固定。
3.根据权利要求2所述的滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台的实验方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤一、在圆盘上表面涂抹润滑脂；
步骤二、操作升降台将涂脂棒下降到与圆盘上表面接触，然后操作升降台再将涂脂棒上升到与圆盘上表面的距离等于润滑脂预设厚度；
步骤三、启动圆盘伺服电机，带动圆盘转动，涂脂棒将圆盘上表面的润滑脂抹平，使得圆盘上表面的润滑脂厚度达到预设厚度；
步骤四、启动钢辊伺服电机，钢辊上的球体挤压圆盘上表面的润滑脂，在接触区两侧各形成一个圆形的脂池；
步骤五、调整X轴滑块、Y轴滑轨和Y轴滑块的位置，使得微进给机构的注射器移动到脂池的观测区正上方，并保证注射器的中心轴线与圆盘顶面的距离为预设距离；
步骤六、驱动框架力矩电机转动，带动牵引杆水平移动，从而牵引杆推动注射器供给油滴；
步骤七、注射器注射的油滴滴落到脂池的观测区处，照相机拍摄油滴滴落到脂池观测区之前至油滴滴落到脂池观测区之后一秒以上整个过程的图像，并传输给PC；然后，通过图像测出液滴在沉积膜上处于稳定状态下的润湿角大小，从而评判沉积膜的浸湿特性。
4.根据权利要求3所述的滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台的实验方法，其特征在于：通过控制框架力矩电机的输入电压控制框架力矩电机的转速，从而控制牵引杆的移动速度。
5.根据权利要求3所述的滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台的实验方法，其特征在于：通过平衡转盘给牵引杆向上的支撑力与负载件给牵引杆向下的压力以及牵引杆的自身重力，来减小牵引杆与微进给机构支架之间的摩擦力。
6.根据权利要求3所述的滚动轴承润滑脂滚压沉积膜浸湿特性试验台的实验方法，其特征在于：在PC上观察油滴滴落到脂池观测区的沉积膜上的瞬时变化过程。
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