專利名稱：重載光彈流油膜測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光彈流潤(rùn)滑油膜厚度和油膜形狀測(cè)量裝置，尤其涉及重載工況下點(diǎn)、 線接觸彈流潤(rùn)滑油膜厚度和油膜形狀測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中齒輪、軸承等機(jī)械零件的失效大多數(shù)是由彈流潤(rùn)滑失效所引起 的。特別是隨著先進(jìn)動(dòng)力機(jī)械不斷向高速和重載方向發(fā)展，工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)機(jī)械零件的 性能提出了越來(lái)越高的要求，彈流潤(rùn)滑失效現(xiàn)象越來(lái)越多。對(duì)重載工況下彈性流體動(dòng)力潤(rùn) 滑進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，揭示影響彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的因素，對(duì)于減小有害摩擦、降低磨 損、有效節(jié)約能源、提高機(jī)械零件的使用壽命和生產(chǎn)效率具有重要意義。特別是重載工況下 的理論研究迫切需要相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，因此，必須提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。確定彈流潤(rùn)滑接觸區(qū)中的油膜厚度及其幾何形態(tài)是最為重要的研究問(wèn)題之一，因 為它決定著兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)材料表面的接近程度以及它們之間的接觸應(yīng)力，從而對(duì)系統(tǒng)的摩 擦、磨損和疲勞失效起著支配性的作用。目前，采用光干涉法測(cè)量接觸區(qū)的油膜厚度及其形 狀，仍然是彈流潤(rùn)滑基礎(chǔ)研究的重要手段。由于試驗(yàn)臺(tái)軌道長(zhǎng)度的限制，主要是對(duì)球、圓錐 滾子或是橢圓比很小的短滾子以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行，通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)與旋轉(zhuǎn)的球或圓錐滾 子加載后產(chǎn)生彈流潤(rùn)滑，利用圓錐滾子的錐度，使?jié)L子能在保持架中，受到旋轉(zhuǎn)的有錐度的 軌道盤(pán)帶動(dòng)下始終保持單向旋轉(zhuǎn)，透過(guò)鍍膜的玻璃盤(pán)可以觀測(cè)到點(diǎn)、線接觸的潤(rùn)滑狀態(tài)。在 上述實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中，支承點(diǎn)與試件的壓力點(diǎn)之間總是有一段距離的，不可避免地造成透 明材料承受一定的彎矩，使得透明材料很容易被折斷，而難以承受大的載荷。從方法上來(lái)講，除了光干涉法外，對(duì)于測(cè)量微小區(qū)域內(nèi)膜厚的方法還包括電阻法、 放電電壓法、位移法、電容法、X射線透射法等。電阻法只適用于判斷油膜是否存在的定性測(cè)量。因?yàn)闈?rùn)滑油的性質(zhì)和純潔程度以 及金屬的表面形貌對(duì)于放電電壓都有影響，所以放電電壓法也不能滿意地用作油膜厚度的 定量測(cè)量。位移法是通過(guò)測(cè)量機(jī)械位移來(lái)間接地確定油膜厚度的方法，而用機(jī)械方法準(zhǔn)確 地控制這種微量間隙(常常小于0. lym)是相當(dāng)困難的。電容法的主要缺點(diǎn)是測(cè)量精度容 易受到試件與機(jī)架以及導(dǎo)線之間寄生電容的影響，需要采取嚴(yán)格的屏蔽措施，而且電容法 測(cè)量的是潤(rùn)滑膜的平均膜厚，X射線透射法測(cè)量的是最小膜厚。當(dāng)油膜厚度與表面粗糙度 同數(shù)量級(jí)時(shí)，X射線透射法測(cè)出的膜厚值偏小，此外，為了保證測(cè)量精度，測(cè)量時(shí)必須對(duì)射向 油膜的射線束尺寸以及它與油膜的相對(duì)位置進(jìn)行精確地調(diào)整。利用光干涉法測(cè)量彈流潤(rùn)滑接觸區(qū)的油膜膜厚和形狀是20世紀(jì)60年代開(kāi)始采用 的一項(xiàng)技術(shù)。光干涉法原理簡(jiǎn)單，實(shí)施容易，可以同時(shí)測(cè)量油膜厚度和油膜形狀的全貌。雖 然膜厚分辨率受到光源波長(zhǎng)所限，但測(cè)量精度是相當(dāng)滿意的。作為膜厚的最有效測(cè)試方法， 光干涉技術(shù)的測(cè)試精度已達(dá)到1納米左右。光干涉法的主要缺點(diǎn)是兩接觸體之一必須用透 明材料制成，而傳統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)無(wú)法消除支承點(diǎn)與壓力點(diǎn)之間的距離，導(dǎo)致透明材料承 受一定的彎矩，使得透明材料很容易被折斷，而難以承受較大的載荷。
迄今為止，由于載荷的大小受到限制，因此利用光干涉法來(lái)測(cè)量潤(rùn)滑油膜裝置的 最大接觸應(yīng)力僅為0. 7GPa左右，與實(shí)際工況相差較遠(yuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)光彈流油膜測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)中，兩接觸體之一的透明材料因 受到彎矩作用，而不能承受重載的不足；通過(guò)構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新方法，采用雙浮動(dòng)滾 子支承，基本消除了透明材料受到的彎矩，大大提高了承載能力；從而提供了一種能夠測(cè)量 重載、純滾動(dòng)工況下油膜厚度及其形狀的試驗(yàn)臺(tái)，使其能夠更加接近實(shí)際工況，為理論研究 和工程設(shè)計(jì)提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，重載光彈流油膜測(cè)量裝置由三個(gè)部分 組成一、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)通過(guò)帶輪帶動(dòng)絲杠，絲杠被固定在裝有透明材料的滑塊上，滑 塊由絲杠帶動(dòng)在導(dǎo)軌作直線滑動(dòng)，與被測(cè)試件接觸的透明材料其寬度略大于滾子長(zhǎng)度(點(diǎn) 接觸時(shí)則略大于鋼球的直徑)，因此基本消除了彎矩的作用；二、支承機(jī)構(gòu)，被測(cè)試件由雙 浮動(dòng)滾子支承，同時(shí)雙浮動(dòng)滾子又由雙固定滾輪和加載滾輪支承，固定支承滾輪和加載滾 輪上都裝有各自的滾動(dòng)軸承；三、加載機(jī)構(gòu)，載荷通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)放大后由加載滾輪作用在被 測(cè)試件上，被測(cè)試件壓在鍍有鉻膜透明材料的下表面，加載滾輪上裝有滾動(dòng)軸承。該裝置的機(jī)構(gòu)特征在于整個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)就是一個(gè)大的滾動(dòng)軸承，被測(cè)試件是滾動(dòng) 體，雙浮動(dòng)支承滾子為下滾道，透明材料為上滾道，試件僅在最大圓截面上受力，并沿此圓 周作純滾動(dòng)即為純滾動(dòng)接觸，試件的運(yùn)動(dòng)由速度伺服電機(jī)控制。最大赫茲接觸應(yīng)力線接觸> 1. OGPa ；點(diǎn)接觸> 2. OGPa。特點(diǎn)純滾動(dòng)、重載、結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。本發(fā)明具有以下突出性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步(1)構(gòu)建了光彈流點(diǎn)、線接觸油膜測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置的新方法；(2)采用雙浮動(dòng)滾子支承，基本消除了透明材料承受的彎矩作用，大大提高了實(shí)驗(yàn) 裝置的承載能力；(3)被測(cè)試件為鋼球或圓柱滾子，且僅在最大圓截面上受力，并沿此圓周滾動(dòng)。(4)容易對(duì)其實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和多種非穩(wěn)態(tài)、純滾動(dòng)或滑動(dòng)工況，提高了測(cè)試 的可靠性，增加了測(cè)試內(nèi)容。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1_載荷砝碼；2-伺服電機(jī)；3-帶輪；4-絲杠； 5-滑塊；6-透明材料；7-顯微鏡；8-窄帶濾光片；9-試件；10-固定滾輪①；11-浮動(dòng)滾子 ①；12-加載滾輪；13-浮動(dòng)滾子②；14-固定滾輪②。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，工作原理為伺服電機(jī)通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步帶動(dòng)裝有透 明材料的滑塊沿直滾道作直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由伺服電機(jī)控制。載荷經(jīng)杠桿加載支 承滾輪放大后通過(guò)雙浮動(dòng)支承滾子作用在被測(cè)試件，并被壓在透明材料上，帶動(dòng)被測(cè)試件
4運(yùn)動(dòng)。被測(cè)試件由雙浮動(dòng)滾子支承，同時(shí)雙浮動(dòng)滾子由裝有滾動(dòng)軸承的雙固定滾輪和加載 滾輪支承。重載光彈流油膜測(cè)量裝置由三個(gè)部分組成一、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)2、帶輪 3、絲杠4、滑塊5和透明材料6，其中伺服電機(jī)2為動(dòng)力源，通過(guò)帶輪3帶動(dòng)絲杠4，絲杠4被 固定在滑塊5上，滑塊5由絲杠4帶動(dòng)在導(dǎo)軌上作直線滑動(dòng)，滑塊5中裝有透明材料6，其下 表面壓在被測(cè)試件上，與被測(cè)試件構(gòu)成一對(duì)接觸體，透明材料6暴露在外的寬度略大于滾 子長(zhǎng)度(點(diǎn)接觸則略大于鋼球的直徑)，因此基本消除了彎矩的作用；二、支承機(jī)構(gòu)，包括一 對(duì)固定滾輪10、14和一對(duì)浮動(dòng)滾子11、13 ；被測(cè)試件由一對(duì)浮動(dòng)滾子11、13支承，同時(shí)這對(duì) 浮動(dòng)滾子又由一對(duì)固定滾輪10、14和加載滾輪12支承，固定滾輪10、14和加載滾輪12上都 各自裝有滾動(dòng)軸承，可實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)；三、加載機(jī)構(gòu)，包括載荷砝碼1和另一端的加載滾輪12， 載荷砝碼1通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)放大后由加載滾輪12作用在被測(cè)試件上，加載滾輪12上裝有滾 動(dòng)軸承。入射冷光源通過(guò)窄帶濾光片8，經(jīng)顯微鏡7照射到試件上，干涉圖像也通過(guò)顯微鏡 7放大后，由CCD傳輸?shù)接?jì)算機(jī)處理。本發(fā)明的機(jī)構(gòu)特征在于整個(gè)機(jī)構(gòu)就是一個(gè)大的滾動(dòng)軸承，被測(cè)試件就是滾動(dòng)體， 雙浮動(dòng)滾子支承為下滾道，透明材料為上滾道，試件僅在最大圓截面上受力，并沿此圓周作 純滾動(dòng)即為純滾動(dòng)接觸，試件運(yùn)動(dòng)的卷吸速度大小及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可由伺服電機(jī)控制。
權(quán)利要求
重載光彈流油膜測(cè)量裝置，其特征由三個(gè)部分組成一、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括伺服電機(jī)(2)、帶輪(3)、絲杠(4)、滑塊(5)和透明材料(6)，其中伺服電機(jī)(2)為動(dòng)力源，通過(guò)帶輪(3)帶動(dòng)絲杠(4)，絲杠(4)被固定在滑塊(5)上，滑塊(5)由絲杠(4)帶動(dòng)在導(dǎo)軌上作直線滑動(dòng)，滑塊(5)中裝有透明材料(6)，其下表面壓在被測(cè)試件上，與被測(cè)試件構(gòu)成一對(duì)接觸體，透明材料(6)暴露在外的寬度略大于滾子長(zhǎng)度；二、支承機(jī)構(gòu)，包括一對(duì)固定滾輪(10)、(14)和一對(duì)浮動(dòng)滾子(11)、(13)；被測(cè)試件由一對(duì)浮動(dòng)滾子(11)、(13)支承，同時(shí)這對(duì)浮動(dòng)滾子(11)、(13)又由上述一對(duì)固定滾輪(10)、(14)和加載滾輪(12)支承，固定滾輪(10)、(14)和加載滾輪(12)上都各自裝有滾動(dòng)軸承，可實(shí)現(xiàn)純滾動(dòng)；三、加載機(jī)構(gòu)，包括載荷砝碼(1)和另一端的加載滾輪(12)，載荷砝碼(1)通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)放大后由加載滾輪(12)作用在被測(cè)試件上，加載滾輪(12)上裝有滾動(dòng)軸承；入射冷光源通過(guò)窄帶濾光片(8)，經(jīng)顯微鏡(7)照射到試件上，干涉圖像也通過(guò)顯微鏡(7)放大后，由CCD傳輸?shù)接?jì)算機(jī)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了重載光彈流油膜測(cè)量裝置，由三個(gè)部分組成運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)通過(guò)帶輪帶動(dòng)絲杠，絲杠被固定在裝有透明材料的滑塊上，滑塊由絲杠帶動(dòng)在導(dǎo)軌作直線滑動(dòng)，與被測(cè)試件接觸的透明材料其寬度略大于滾子長(zhǎng)度，因此基本消除了彎矩的作用；支承機(jī)構(gòu)，被測(cè)試件由雙浮動(dòng)滾子支承，同時(shí)雙浮動(dòng)滾子又由雙固定滾輪和加載滾輪支承，固定支承滾輪和加載滾輪上都裝有各自的滾動(dòng)軸承；加載機(jī)構(gòu)，載荷通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)放大后由加載滾輪作用在被測(cè)試件上，被測(cè)試件壓在鍍有鉻膜透明材料的下表面，加載滾輪上裝有滾動(dòng)軸承。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)重載。
文檔編號(hào)G01B11/24GK101852592SQ201010198089
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者丁建寧, 華同曙, 蘇少航, 苗乃明 申請(qǐng)人:常州大學(xué)