專利名稱：光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是潤滑油膜厚度和油膜形狀測(cè)量試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
確定潤滑接觸區(qū)中的油膜厚度及其幾何形態(tài)是其研究最為重要的問題之一，因?yàn)樗鼪Q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。
工程中大多數(shù)機(jī)械零件的潤滑狀態(tài)屬于非穩(wěn)態(tài)工況。例如在齒輪傳動(dòng)中，雖然傳遞的功 率和回轉(zhuǎn)速度保持不變，但輪齒齒面上接觸點(diǎn)的曲率半徑、巻吸速度以及所承受的載荷等等 都是隨時(shí)間而變化的。在滾動(dòng)軸承或凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)行中，接觸點(diǎn)的潤滑狀態(tài)也是隨著時(shí)間而 變化的。而在機(jī)械設(shè)備的啟動(dòng)和制動(dòng)過程中，速度和載荷本身就是隨時(shí)間而變化。還有汽車 十字萬向傳動(dòng)軸的節(jié)叉滾動(dòng)軸承，其運(yùn)動(dòng)總是處在不斷地變化之中。
潤滑表面所處的工況條件不斷變化必然會(huì)引起油膜的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，進(jìn)而使得油膜的壓力分 布和油膜形狀等特性不同。在不同的巻吸速度下，潤滑的成膜方式分別由動(dòng)壓效應(yīng)、擠壓效 應(yīng)來決定。低速工況下的動(dòng)壓效應(yīng)較弱，擠壓效應(yīng)將成為一種很重要的成膜方式；而在高速 工況下的擠壓效應(yīng)較弱，動(dòng)壓效應(yīng)成為重要的成膜方式。在機(jī)械設(shè)備的啟動(dòng)和制動(dòng)過程中， 在萬向節(jié)的傳動(dòng)過程中，由于速度隨時(shí)間而變化，成膜方式也在變化，在這一過程中的油膜 厚度呈現(xiàn)多尺度的變化狀態(tài)。
對(duì)于測(cè)量微小區(qū)域內(nèi)膜厚的方法包括電阻法、放電電壓法、位移法、電容法、X射線透 射法和光干涉法等。
電阻法只適用于判斷油膜是否存在的定性測(cè)量。因?yàn)闈櫥偷男再|(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。 位移法是通過測(cè)量機(jī)械位移來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O.lpm)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)量潤滑接觸處的膜厚和形狀是20世紀(jì)60年代開始采用的一種較新的技 術(shù)。近年來，由于光干涉法測(cè)量裝置和技術(shù)的不斷改進(jìn)，越來越受到研究人員的重視。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。作為流體膜厚的最有效測(cè)試方法，光干涉技術(shù)的 測(cè)試精度不斷提高，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。
然而迄今為止，利用光干涉法來測(cè)量潤滑油膜的測(cè)量裝置基本上都是針對(duì)單一尺度油膜 厚度的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了彌補(bǔ)單一尺度的油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，滿足滾子在轉(zhuǎn)速變化的條件下運(yùn) 轉(zhuǎn)的要求，提供一種專門能夠測(cè)量多尺度、純滾動(dòng)、重載線接觸油膜厚度和油膜形狀的測(cè)量 干涉法多尺度潤滑油膜試驗(yàn)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是 一種具有正弦往復(fù)式多尺度純滾動(dòng)線接觸油膜測(cè)量 試驗(yàn)機(jī)。其特征在于被測(cè)試樣滾子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，電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，滾子的巻吸速度由零到最大、由最大到零，再由反方向的由零到 最大、由最大到零的周期性變化。載荷通過杠桿機(jī)構(gòu)放大后作用在被測(cè)滾子上。被測(cè)滾子由 一對(duì)浮動(dòng)滾子支撐，同時(shí)浮動(dòng)滾子又由支承滾輪和加載滾輪支承。測(cè)試滾子的轉(zhuǎn)速可以由電 機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，接觸應(yīng)力可達(dá)0.7GPa以上。優(yōu)點(diǎn)純滾動(dòng)、變速多尺度、重載、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。
根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)座、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、支承裝置和加 載裝置，其特征在于所述電機(jī)通過所述傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一塊水平滑動(dòng)安置在機(jī)座上面的平面玻 璃作往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)；所述支承裝置為浮動(dòng)支承裝裝置，支承著試件與所述平面玻璃下表面滾 動(dòng)接觸；所述加載裝置為杠桿式加載機(jī)構(gòu)，承托浮動(dòng)支承裝置而使試件對(duì)所述平玻璃施壓加 載；所述平面玻璃的上方固定安置測(cè)量油膜的顯微鏡，其鏡頭對(duì)準(zhǔn)所述平面玻璃與試件之間 的滾動(dòng)接觸線處。
上述傳動(dòng)裝置是所述電機(jī)經(jīng)曲柄連桿鉸連所述平面玻璃。
上述支承裝置是兩個(gè)小滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈分別固定安裝在兩根平行固定于機(jī)座的固定軸 上，該兩根固定軸的軸線與所述平面玻璃往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向相垂直；有兩根滾動(dòng)軸位于所述兩個(gè) 小滾動(dòng)軸承之間上方，而分別與兩個(gè)小滾動(dòng)軸承的外圈滾動(dòng)接觸；所述試件由所述兩根浮動(dòng) 滾動(dòng)軸支承。
上述加載裝置是 一個(gè)大滾動(dòng)軸承位于所述兩個(gè)小滾動(dòng)軸承之間下方，其內(nèi)圈固定安裝在一根浮動(dòng)軸上，而其外圈支承所述兩根浮動(dòng)滾動(dòng)軸；有一根杠桿的中部由固定于機(jī)座上的 小軸轉(zhuǎn)動(dòng)支承，其一端吊掛載荷，而另一端固定連接安裝所述大滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的浮動(dòng)軸。 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) 能進(jìn)行多尺度的潤滑油膜厚度和油膜形狀測(cè)量。
(2) 被測(cè)試樣滾子與平面玻璃接觸的切向速度變化呈正弦周期規(guī)律，重載。
(3) 被測(cè)試樣滾子為圓柱滾子。
(4) 被測(cè)試樣滾子僅在最大圓截面上受力，并沿此圓周作純滾動(dòng)。
(5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，操作方便，容易對(duì)其實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，增加了測(cè)試的可靠性。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下
參見圖l，本光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)座8、電機(jī)7、傳動(dòng)裝置、支 承裝置和加載裝置，所述電機(jī)7通過所述傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一塊水平滑動(dòng)安置在機(jī)座上面的平面 玻璃1作往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)；所述支承裝置為浮動(dòng)支承裝裝置，支承著試件5與所述平面玻璃1 下表面滾動(dòng)接觸；所述加載裝置為杠桿式加載機(jī)構(gòu)，承托浮動(dòng)支承裝置而使試件5對(duì)所述平 玻璃1施壓加載；所述平面玻璃的上方固定安置測(cè)量油膜的顯微鏡，其鏡頭對(duì)準(zhǔn)所述平面玻 璃1與試件5之間的滾動(dòng)接觸線處。
上述傳動(dòng)裝置是所述電機(jī)7經(jīng)曲柄連桿6鉸連所述平面玻璃1 。
上述支承裝置是兩個(gè)小滾動(dòng)軸承2的內(nèi)圈分別固定安裝在兩根平行固定于機(jī)座9的固 定軸上，該兩根固定軸的軸線與所述平面玻璃1往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向相垂直；有兩根滾動(dòng)軸3位于 所述兩個(gè)小滾動(dòng)軸承2之間上方，而分別與兩個(gè)小滾動(dòng)軸承2的外圈滾動(dòng)接觸；所述試件5 由所述兩根浮動(dòng)滾動(dòng)軸3支承。
上述加載裝置是 一個(gè)大滾動(dòng)軸承9位于所述兩個(gè)小滾動(dòng)軸承2之間下方，其內(nèi)圈固定
安裝在一根浮動(dòng)軸上，而其外圈支承所述兩根浮動(dòng)滾動(dòng)軸3;有一根杠桿12的中部由固定于
機(jī)座8上的小軸轉(zhuǎn)動(dòng)支承，其一端吊掛載荷11，而另一端固定連接安裝所述大滾動(dòng)軸承9內(nèi) 圈的浮動(dòng)軸。
工作原理電機(jī)7通過聯(lián)軸器帶動(dòng)曲柄連桿6作平面運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)平面玻璃1作往
復(fù)的正弦規(guī)律的變速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)試件5作不等角速度的來回轉(zhuǎn)動(dòng)，試件5是由一對(duì)浮動(dòng)滾動(dòng) 軸3支承，浮動(dòng)滾動(dòng)軸3放在大滾動(dòng)軸承9上，加載杠桿12與浮動(dòng)滾動(dòng)軸3支承接觸端裝有
5大滾動(dòng)軸承9，所以試件5與平面玻璃1之間為純滾動(dòng)。載荷ll被杠桿機(jī)構(gòu)放大后作用在試 件5上。平面玻璃往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，試件5的巻吸速度由零到最大、由最大到零變化各二次， 在載荷等因素不變的工況下，經(jīng)歷多尺度的潤滑狀態(tài)"彈流一薄膜一邊界"潤滑。當(dāng)試驗(yàn)機(jī) 的結(jié)構(gòu)確定以后，最大的巻吸速度可由電機(jī)7的轉(zhuǎn)速來決定。
權(quán)利要求
1、一種光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)座(8)、電機(jī)(7)、傳動(dòng)裝置、支承裝置和加載裝置，其特征在于所述電機(jī)(7)通過所述傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一塊水平滑動(dòng)安置在機(jī)座上面的平面玻璃(1)作往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)；所述支承裝置為浮動(dòng)支承裝裝置，支承著試件(5)與所述平面玻璃(1)下表面滾動(dòng)接觸；所述加載裝置為杠桿式加載機(jī)構(gòu)，承托浮動(dòng)支承裝置而使試件(5)對(duì)所述平玻璃(1)施壓加載；所述平面玻璃的上方固定安置測(cè)量油膜的顯微鏡，其鏡頭對(duì)準(zhǔn)所述平面玻璃(1)與試件(5)之間的滾動(dòng)接觸線處。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述傳動(dòng)裝置 是所述電機(jī)(7)經(jīng)曲柄連桿(6)鉸連所述平面玻璃(1)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述支承裝置 是兩個(gè)小滾動(dòng)軸承(2)的內(nèi)圈分別固定安裝在兩根平行固定于機(jī)座(9)的固定軸上， 該兩根固定軸的軸線與所述平面玻璃(1)往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向相垂直；有兩根滾動(dòng)軸(3)位于所述兩個(gè)小滾動(dòng)軸承(2)之間上方，而分別與兩個(gè)小滾動(dòng)軸承(2)的外圈滾動(dòng)接觸；所述試件(5)由所述兩根浮動(dòng)滾動(dòng)軸(3)支承。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)，其特征在于所述加載裝置 是 一個(gè)大滾動(dòng)軸承(9)位于所述兩個(gè)小滾動(dòng)軸承(2)之間下方，其內(nèi)圈固定安裝在一 根浮動(dòng)軸上，而其外圈支承所述兩根浮動(dòng)滾動(dòng)軸(3);有一根杠桿(12)的中部由固定于 機(jī)座(8)上的小軸轉(zhuǎn)動(dòng)支承，其一端吊掛載荷(11)，而另一端固定連接安裝所述大滾動(dòng) 軸承(9)內(nèi)圈的浮動(dòng)軸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光干涉法多尺度潤滑油膜測(cè)量試驗(yàn)機(jī)。包括機(jī)座、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、支承裝置和加載裝置，所述電機(jī)通過所述傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一塊水平滑動(dòng)安置在機(jī)座上面的平面玻璃作往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)；所述支承裝置為浮動(dòng)支承裝裝置，支承著試件與所述平面玻璃下表面滾動(dòng)接觸；所述加載裝置為杠桿式加載機(jī)構(gòu)，承托浮動(dòng)支承裝置而使試件對(duì)所述平玻璃施壓加載；所述平面玻璃的上方固定安置測(cè)量油膜的顯微鏡，其鏡頭對(duì)準(zhǔn)所述平面玻璃與試件之間的滾動(dòng)接觸線處。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)純滾動(dòng)、連續(xù)多尺度、重載、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01B11/06GK101514889SQ200910048358
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者丁建寧, 華同曙, 陳曉陽 申請(qǐng)人:上海大學(xué);江蘇工業(yè)學(xué)院