[发明专利]球环模式润滑油膜厚度测量装置

说明书

本发明提供了一种球环模式润滑油膜厚度测量装置，该设备包括润滑油膜两侧接触副及其各自的驱动装置，加载装置，测量装置，上述装置的支撑工作台，该设备特征在于，采用钢球与圆环组成的球‑环接触模型模拟滚动轴承。两套驱动装置分别驱动钢球和圆环，通过显微镜和CCD(Charge‑coupled Device)图像传感器，可采集到加载后钢球与圆环之间润滑油膜形成的干涉图像，分析可得油膜的厚度信息，进而判断钢球与圆环所处的润滑状态。

技术领域

本发明涉及一种润滑性能实验设备，尤其能够测量高速下轴承润滑油膜厚度。

背景技术

在航空发动机、高速铁路列车轮、数控机床主轴等高速转动机械中，关键转动部件大多处在高速、重载的工况下。滚动轴承以其摩擦力小、转动精度高、发热低等特点，广泛应用于上述场合。研究高速下滚动轴承的润滑机理对于分析整个机械系统的可靠性、运转精度、寿命等至关重要。20世纪70年代，在弹性流体动压润滑理论的基础上，Hamrock和Dowson给出了等温点接触全膜弹流的完全数值解，并提出了膜厚计算公式。Cameron等在1963年用光干涉法测量了钢球和玻璃圆盘点接触下的润滑油膜厚度。光干涉法能够在测量润滑油膜厚度的同时，得到接触区域的油膜形状，更利于研究接触表面间发生的润滑现象。之后，采用光干涉法测量油膜厚度的学者，多数建立在球-盘接触的模型上。球-盘模型存在球盘接触区域线速度不一致；在转动过程中，由于离心力的作用，润滑油向外甩；在研究乏油润滑条件下的润滑油膜特性时，离心力导致内外侧油膜厚度呈现不对称分布的特点。为了解决上述问题，并能更加准确的模拟实际轴承的接触形式，可以考虑建立其他形式的接触模型。

发明内容

为了实验模拟滚动轴承的润滑过程，本发明提供了一种实验台，该试验台采用钢球-圆环接触的形式模拟滚动轴承，能够非接触式测量出钢球与外圈在不同工况下的润滑油膜厚度，能够得到运转过程中整个接触区域的膜厚变化状况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：模拟滚动轴承的润滑性能实验台。该实验台包括工作台装置、模拟滚动轴承中轴承外圈的圆环及其驱动装置、模拟滚动轴承中滚子的钢球及其驱动装置、包含模拟滚动轴承中轴承内圈的支撑装置及其加载装置、数据采集装置。

所述的工作台装置包括工作台、导轨、丝杠部件、可移动装配平板、不可移动装配平板。导轨固定于工作台；装配平板一面加工有导轨槽，与导轨配合；丝杠部件中，轴承组件固定于工作台上，限制丝杠自由度，使其只能在手轮的驱动下绕自身轴线转动，丝杠的另一端与可移动装配平板上的螺纹孔配合，以实现可移动装配平板的水平位移，移动到钢球与圆环相对位置恰当后，可由螺钉紧固于工作台。

所述圆环及其驱动装置包括圆环、圆环夹具、主轴组件、电机。圆环为内圈镀有半反半透膜的透明光学圆环；圆环夹具为双半圆套夹紧方式，一侧半圆套用于定位，另一半圆套用于夹紧圆环；主轴组件包括主轴、套筒、两对背靠背安装的角接触球轴承、端盖等，两对背靠背安装的角接触球轴承保证主轴旋转过程中跳动小、对中性好，主轴一侧与定位半圆套固连，另一侧通过联轴器连接电机输出轴；电机、主轴部件通过支架固定于可移动装配平板；圆环驱动装置中，电机支架和主轴支架与可移动装配平板的装配部分，开有通孔槽，以便装配。

所述钢球及其驱动装置包括钢球和电机。钢球中心打孔通过联轴器和支杆与电机输出轴相连；电机固定于加载装置的支架上。

所述支撑装置和加载装置包括加载支架、轴承支座、加载螺钉。杠杆加载支架后端铰接于不可移动装配平板；轴承支座固定于加载支架前端，轴承支座是由三个或四个小轴承和一个支座组成，小轴承以不同方向固定于支座；钢球位于轴承支座上，同时与几个小轴承相切，同时电机经联轴器与钢球连接；加载螺钉螺纹联接于不可移动装配平板，加载螺钉正上方为加载支架中部，加载的方式为，旋出螺钉接触到加载支架，继续旋出螺钉，直到钢球贴紧圆环至一定载荷。