[发明专利]一种油膜厚度静态标定方法

说明书

本发明属于超声波精密测量技术领域，具体涉及一种油膜厚度静态标定方法，该方法在油膜厚度静态标定装置中实现，在利用其超声波探头实际测量油膜厚度前，首先就需要进行超声波探头设备的标定，本标定操作仅在首次测量时需要，本发明与现有技术相比，油膜厚度可任意调节，不同频响的探头均可进行标定：静态标定时，通过调节右平移台的高度，可形成任意的油膜厚度；标定结果精度高，设置初始油膜厚度h0，并利用频谱分析的方法确定其数值，作为标定曲线中理论膜厚曲线和实际膜厚曲线共同的初始点，可避免之前标定方法可能出现的问题，从而极大降低系统误差及加工误差对测量精度的影响，明显提高标定结果精度。

技术领域：

本发明属于超声波精密测量技术领域，具体涉及一种油膜厚度静态标定方法。

背景技术：

齿轮、轴承等机械元件依赖润滑油膜对接触表面的隔离，正常工作时具有很长的使用寿命。然而，一旦润滑油膜失效，两接触表面会发生接触和摩擦，随之而来的就是元件的磨损及胶合。所以，合适的油膜厚度将对摩擦机械的使用性能及使用时间影响很大。润滑油的性能、两接触表面的形状及运转状态都会影响润滑油膜的厚度。两个表面的接触方式分为面接触(如径向轴承和推力轴承)、线接触(如齿轮)及点接触(如滚动轴承)。面接触下动压润滑区域的油膜厚度一般在1um～100um范围内，而点接触和线接触下弹流润滑区域油膜厚度小于1um。不论是何种接触方式，润滑油膜必须足够厚以此来隔离两表面，但是油膜太厚又会导致油膜摩擦力增大，导致过量的泵力损失。因此，油膜厚度会影响液体润滑的质量，需要对膜厚进行测量，从而实时了解机械设备的润滑状态。

目前有多种方法被用来测量油膜厚度，如电阻法，电容法，光学法等等。电阻法和电容法测量时需要进行电隔离或者表面安装电极，并且测量结果对表面粗糙度非常敏感；且这两种方法一般只能测量1um以上的油膜厚度。光学法测量时需要两接触表面中的一个表面是透明的或者要设置透明窗，透明窗的设置使得光学测量法暂时还不能在工业界中应用。以上方法均具有侵入性，测量时需要对轴承进行不同程度上的侵害，所以这些方法目前还不能进行工业轴承油膜厚度的实际测量。非侵入性超声波测量法的出现为解决这个问题提供了可能，其原理是通过对固-液界面的反射信号进行频谱分析，通过选择合适的信号处理方法(如共振模型或者弹簧模型)得到油膜厚度。超声波法可测量的膜厚范围很广，从几十纳米到几百毫米均可胜任，完全适用于工业轴承膜厚的测量。然而，虽然超声波法有如此多的优点，但目前对超声波膜厚测量设备的标定仍然处于一个初级的阶段。有的研究者利用两表面之间铺设特定厚度的垫片进行标定，也有研究者利用试块的上表面加工出特定厚度的凹槽进行标定的，这些标定方法都具有如下缺点：标定过程中油膜厚度是个固定不变的值，而不同频响的超声波探头是需要不同油膜厚度来标定的；标定过程中无法确定两表面和中间垫片之间是否仍然存在缝隙；最重要的是测量结果包含了系统误差和加工误差等，特别是当标定油膜厚度需要很小时，普通车间的机械加工精度很难保证垫片厚度或者试块凹槽深度就是所需的数值。由此可见，目前的超声波测量膜厚标定设备和方法导致标定结果及测量结果误差很大。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的标定方法精度低、标定厚度单一的缺陷，寻求设计提供一种油膜厚度静态标定方法，通过静态标定装置实现膜厚恒定或较长时间不变时的探头测量精度及范围的标定。

为了实现上述目的，本发明涉及的油膜厚度静态标定方法在油膜厚度静态标定装置中实现，在利用其超声波探头实际测量油膜厚度前，首先就需要进行超声波探头设备的标定，本标定操作仅在首次测量时需要，该油膜厚度静态标定方法的标定方法具体按照如下步骤进行：

S1、组装完毕后调节可调支撑脚，并用直尺测量保证四个支撑脚高度一致；将水平尺放在左L形板的短板部分，观察水平尺气泡是否在中心位置，如不在则调节左L形板的俯仰位置，使得水平尺气泡在中心；静态标定时，按照上述方法调节右L形板的俯仰位置，使得放在右L形板短板部分的水平尺气泡也处于中心位置；