專利名稱：滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高應(yīng)力接觸流體潤滑油膜測量領(lǐng)域，尤其涉及滾動(dòng)軸承真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)條件下的潤滑油膜測量實(shí)驗(yàn)裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
在實(shí)際工程中，滾動(dòng)軸承的應(yīng)用及其廣泛。上世紀(jì)30年代，Reynolds潤滑理論及 Hertz接觸理論的結(jié)合使?jié)L動(dòng)軸承潤滑機(jī)理的研究迅速展開。在潤滑理論的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域， 研究人員傾向于用最簡潔的數(shù)學(xué)模型反應(yīng)較復(fù)雜的潤滑問題和揭示潤滑機(jī)理?，F(xiàn)有的高應(yīng)力潤滑油膜的測量裝置幾乎都基于圖1所示的數(shù)學(xué)等效模型，由此滾珠與軸承內(nèi)外圈之間的接觸方式被等效為滾珠和平面的接觸，該等效模型極大的推動(dòng)了高應(yīng)力接觸潤滑在理論和實(shí)驗(yàn)方面的發(fā)展。目前，常用的球-盤式潤滑裝置，可實(shí)現(xiàn)純滑、純滾及不同滑滾比運(yùn)動(dòng)工況下的潤滑油膜的測量。然而，滾動(dòng)軸承在實(shí)際工作狀態(tài)下，由于滾珠的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變得較為復(fù)雜，尤其是角接觸軸承在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠除了滾動(dòng)和滑動(dòng)還包含一定程度的自旋運(yùn)動(dòng)。而現(xiàn)有的測量裝置只能模擬滾珠運(yùn)動(dòng)的特定工況，通過不同方法附加的自旋分量也遠(yuǎn)超出了實(shí)際工況，而且隨著運(yùn)動(dòng)速度和承載位置的變化，各運(yùn)動(dòng)分量也在不停發(fā)生變化。 雖然現(xiàn)有的理論也對滾珠的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了分析，如圖2所示，但缺少相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。因此，有必要開發(fā)一種實(shí)驗(yàn)裝置及測量方法直接觀察滾動(dòng)軸承的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及相應(yīng)的潤滑油膜測量，無論對于基礎(chǔ)理論研究還是工程實(shí)際都將具有重要的啟示意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置及測量方法，能夠直接觀察滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)測量分析滾動(dòng)軸承內(nèi)潤滑油膜的潤滑狀態(tài)，為理論研究與工程技術(shù)改進(jìn)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是，滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，它包括工作臺，工作臺上設(shè)置驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)彈流接觸副單元，彈流接觸副單元連接加載單元，同時(shí)彈流接觸副單元與光學(xué)測量單元相配合。上述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其彈流接觸副單元包括固定在工作臺上的底盤，底盤上設(shè)置帶有弧面凹槽的透明體，所述弧面凹槽的圓弧面與滾動(dòng)軸承外圈的內(nèi)圓弧面相匹配。通過透明體能夠清楚、直觀的觀測、捕捉到滾動(dòng)軸承內(nèi)部的運(yùn)行情況。上述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其驅(qū)動(dòng)單元包括設(shè)置在工作臺臺面上的托板，托板的前端設(shè)置控制平面移動(dòng)的手輪，托板的后端固定帶有減速器的電機(jī)，電機(jī)連接回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。托板與手輪相配合，實(shí)現(xiàn)裝置的水平移動(dòng)，調(diào)節(jié)位置，提高觀測精度；電機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。上述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其回轉(zhuǎn)軸一端通過聯(lián)軸器連接電機(jī)，另一端裝配在軸座的頂針上，軸座固定在工作臺臺面上。實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求，不同類型的滾動(dòng)軸承或摩擦副需要經(jīng)常更換，軸座上設(shè)置頂針與回轉(zhuǎn)軸相配合，方便拆裝更換。上述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其加載單元包括設(shè)置在彈簧架上的加載杠桿，加載杠桿連接滾動(dòng)軸承。上述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其加載杠桿固定在滾動(dòng)軸承的端蓋上， 加載杠桿上設(shè)置調(diào)節(jié)凹槽，加載杠桿上方連接加載彈簧，加載杠桿下方固定配重塊。加載杠桿在配重塊與彈簧的拉力作用下對彈流接觸副單元施加載荷，確保測量精度；調(diào)節(jié)凹槽用來調(diào)節(jié)加載杠桿與滾動(dòng)軸承的固定位置，增強(qiáng)適用性。上述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其光學(xué)測量單元包括固定在工作臺上的 X-Y平移座，X-Y平移座上設(shè)置焦距微調(diào)手輪，焦距微調(diào)手輪連接帶有顯微鏡的CXD圖像傳感器，顯微鏡鏡頭對準(zhǔn)透明體凹槽位置。一種用于上述實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置的測量方法，包括以下步驟
(1)預(yù)備確定滾動(dòng)軸承類型和與之相匹配的透明體；滾動(dòng)軸承外圈切除一小部分，切除部分由與滾動(dòng)軸承外圈曲率完全匹配的帶有弧面凹槽的透明體代替；將透明體鑲嵌在底盤內(nèi)，安裝回轉(zhuǎn)軸，先讓回轉(zhuǎn)軸預(yù)運(yùn)行，待回轉(zhuǎn)軸調(diào)節(jié)好回轉(zhuǎn)中心后，在托板和手輪的驅(qū)動(dòng)下頂緊回轉(zhuǎn)軸；
(2)滾動(dòng)軸承的定位與調(diào)節(jié)固定滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，并調(diào)節(jié)滾動(dòng)軸承在回轉(zhuǎn)軸上的位置， 使之與透明體弧面凹槽完全匹配；通過端蓋固定滾動(dòng)軸承外圈，并將端蓋固定在加載杠桿上；
(3)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)加載杠桿對滾動(dòng)軸承施加載荷，電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈連同滾珠運(yùn)動(dòng)；
(4)測量分析利用CCD圖像傳感器捕獲滾珠的運(yùn)動(dòng)過程，用圖像處理軟件分析得出滾珠不同運(yùn)動(dòng)位置的潤滑油膜厚度。本發(fā)明的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，如圖4所示，滾動(dòng)軸承外圈經(jīng)機(jī)械加工切除一小部分，切除部分由與外圈曲率完全匹配的帶有弧面凹槽的透明體代替，透明體鑲嵌在底盤內(nèi)。滾動(dòng)軸承外圈固定，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)軸配合并隨回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾珠在滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈之間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滾珠經(jīng)過透明體弧面凹槽時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)顯微鏡放大后被CCD圖像傳感器采集卡捕獲并存入電腦硬盤。滾珠與透明體接觸時(shí)，通過外部入射單色光，得到油膜干涉圖；利用該油膜干涉圖，計(jì)算油膜厚度、構(gòu)建油膜形狀，對滾動(dòng)軸承的潤滑狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析與乏油工況下潤滑狀態(tài)及磨損形式分析。本發(fā)明具有如下主要功能和有益效果
利用透明體代替滾動(dòng)軸承外圈，通過直接觀察滾珠進(jìn)入及移出的整個(gè)過程，實(shí)現(xiàn)滾珠運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及潤滑工況的真實(shí)模擬，捕獲滾珠在不同位置隨速度及載荷變化的油膜干涉圖， 如圖8所示，并根據(jù)干涉圖計(jì)算油膜厚度，分析潤滑狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)過程直觀清晰、操作便捷，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，便于深入分析研究。


圖1是滾珠與滾動(dòng)軸承內(nèi)外圈接觸方式及等效模型示意圖； 圖2是滾珠運(yùn)動(dòng)分析原理示意圖3是本發(fā)明的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)?zāi)M原理示意圖5是圖3中彈流接觸副單元結(jié)構(gòu)示意圖6是圖3中滾動(dòng)軸承與加載杠桿連接結(jié)構(gòu)示意圖7是圖3中回轉(zhuǎn)軸與軸座連接結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明實(shí)施例中滾動(dòng)軸承的滾珠運(yùn)動(dòng)油膜干涉圖。上述附圖中，1-工作臺，2-驅(qū)動(dòng)單元，21-托板，22-手輪，23-電機(jī)，回轉(zhuǎn)軸， 25-聯(lián)軸器，26-軸座，261-頂針，27-減速器，3-彈流接觸副單元，31-底盤，32-弧面凹槽， 33-透明體，34-滾動(dòng)軸承，35-端蓋，351-光孔，352-螺紋孔，353-預(yù)緊螺釘，4-加載單元， 41-彈簧架，42-加載杠桿，421-調(diào)節(jié)凹槽，43-加載彈簧，44-配重塊，5-光學(xué)測量單元， 51-X-Y平移座，52-焦距微調(diào)手輪，53-顯微鏡，M-CCD圖像傳感器。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本實(shí)施例的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，包括工作臺1，工作臺1 上設(shè)置驅(qū)動(dòng)單元2，驅(qū)動(dòng)單元2帶動(dòng)彈流接觸副單元3，彈流接觸副單元3連接加載單元4， 同時(shí)彈流接觸副單元3與光學(xué)測量單元5相配合。驅(qū)動(dòng)單元2包括設(shè)置在工作臺1臺面上的托板21，托板21的前端設(shè)置控制平面移動(dòng)的手輪22，托板21的后端固定帶有減速器27的電機(jī)23，回轉(zhuǎn)軸M —端通過聯(lián)軸器25 連接電機(jī)23，另一端裝配在軸座沈的頂針261上，軸座沈固定在工作臺1臺面上；回轉(zhuǎn)軸 M驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承34轉(zhuǎn)動(dòng)。彈流接觸副單元3包括固定在工作臺1上的底盤31，底盤31上設(shè)置帶有弧面凹槽 32的透明體33。加載單元4包括設(shè)置在彈簧架41上的加載杠桿42，加載杠桿42連接滾動(dòng)軸承34， 加載杠桿42上方連接加載彈簧43，加載杠桿42下方固定配重塊44。光學(xué)測量單元5包括固定在工作臺1上的X-Y平移座51，Χ_Υ平移座51上設(shè)置焦距微調(diào)手輪52，焦距微調(diào)手輪52連接帶有顯微鏡53的CXD圖像傳感器Μ，顯微鏡53鏡頭對準(zhǔn)透明體33弧面凹槽的位置。
如圖5所示，彈流接觸副單元3包括固定在工作臺1上的底盤31，底盤31上設(shè)置帶有弧面凹槽32的透明體33，弧面凹槽32的圓弧面與滾動(dòng)軸承34外圈的內(nèi)圓弧面相匹配。
如圖6所示，加載杠桿42固定在滾動(dòng)軸承34的端蓋35上，加載杠桿42上設(shè)置調(diào)節(jié)凹槽421。其中，左側(cè)端蓋和右側(cè)端蓋上分別帶有光孔351和螺紋孔352，兩個(gè)端蓋夾持滾動(dòng)軸承34外圈后通過預(yù)緊螺釘353連接，其中端蓋上的斷面與滾動(dòng)軸承外圈配合，通過預(yù)緊螺釘353給滾動(dòng)軸承34施加不同的預(yù)緊力，加載過程中施加的加載力均勻的分布在滾動(dòng)軸承；34的外圈上面。端蓋35固定滾動(dòng)軸承34外圈后，連接到加載杠桿42上。如圖3與圖7所示，回轉(zhuǎn)軸M —端通過聯(lián)軸器25連接電機(jī)23，另一端裝配在軸座 26的頂針261上，軸座沈固定在工作臺1臺面上。本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置測量方法，包括以下步驟
(1)預(yù)備確定滾動(dòng)軸承；34的類型和與之相匹配的透明體33 ；滾動(dòng)軸承34外圈切除一小部分，切除部分由與滾動(dòng)軸承34外圈曲率完全匹配的帶有弧面凹槽的透明體33代替； 將透明體33鑲嵌在底盤31內(nèi)，安裝回轉(zhuǎn)軸對，先讓回轉(zhuǎn)軸M預(yù)運(yùn)行，待回轉(zhuǎn)軸M調(diào)節(jié)好回轉(zhuǎn)中心后，在托板21和手輪22的驅(qū)動(dòng)下頂緊回轉(zhuǎn)軸M。(2)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的定位與調(diào)節(jié)固定滾動(dòng)軸承34的內(nèi)圈，并調(diào)節(jié)滾動(dòng)軸承34在回轉(zhuǎn)軸M上的位置，使之與透明體弧面凹槽32完全匹配。通過端蓋35固定滾動(dòng)軸承34 外圈并施加預(yù)緊力，并將端蓋35固定在加載杠桿42上。(3)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)加載杠桿42對滾動(dòng)軸承34施加載荷，電機(jī)23驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承34內(nèi)圈連同滾珠運(yùn)動(dòng)。(4)測量分析利用CXD圖像傳感器M捕獲滾珠的運(yùn)動(dòng)過程，得到油膜干涉圖，用圖像處理軟件分析得出滾珠不同運(yùn)動(dòng)位置的潤滑油膜厚度。以上所述，僅是對本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明做其他形式的限制， 任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例。但是，凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于它包括工作臺，工作臺上設(shè)置驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)彈流接觸副單元，彈流接觸副單元連接加載單元，同時(shí)彈流接觸副單元與光學(xué)測量單元相配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于所述彈流接觸副單元包括固定在工作臺上的底盤，底盤上設(shè)置帶有弧面凹槽的透明體，所述弧面凹槽的圓弧面與滾動(dòng)軸承外圈的內(nèi)圓弧面相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)單元包括設(shè)置在工作臺臺面上的托板，托板的前端設(shè)置控制平面移動(dòng)的手輪，托板的后端固定帶有減速器的電機(jī)，電機(jī)連接回轉(zhuǎn)軸，回轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于所述回轉(zhuǎn)軸一端通過聯(lián)軸器連接電機(jī)，另一端裝配在軸座的頂針上，軸座固定在工作臺臺面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于所述加載單元包括設(shè)置在彈簧架上的加載杠桿，加載杠桿連接滾動(dòng)軸承。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于所述加載杠桿固定在滾動(dòng)軸承的端蓋上，加載杠桿上設(shè)置調(diào)節(jié)凹槽，加載杠桿上方連接加載彈簧，加載杠桿下方固定配重塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，其特征在于所述光學(xué)測量單元包括固定在工作臺上的X-Y平移座，X-Y平移座上設(shè)置焦距微調(diào)手輪，焦距微調(diào)手輪連接帶有顯微鏡的CXD圖像傳感器，顯微鏡鏡頭對準(zhǔn)透明體凹槽位置。
8.一種用于上述實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置的測量方法，包括以下步驟(1)預(yù)備確定滾動(dòng)軸承類型和與之相匹配的透明體；滾動(dòng)軸承外圈切除一小部分，切除部分由與滾動(dòng)軸承外圈曲率完全匹配的帶有弧面凹槽的透明體代替；將透明體鑲嵌在底盤內(nèi)，安裝回轉(zhuǎn)軸，先讓回轉(zhuǎn)軸預(yù)運(yùn)行，待回轉(zhuǎn)軸調(diào)節(jié)好回轉(zhuǎn)中心后，在托板和手輪的驅(qū)動(dòng)下頂緊回轉(zhuǎn)軸；(2)滾動(dòng)軸承的定位與調(diào)節(jié)固定滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，并調(diào)節(jié)滾動(dòng)軸承在回轉(zhuǎn)軸上的位置， 使之與透明體弧面凹槽完全匹配；通過端蓋固定滾動(dòng)軸承外圈，并將端蓋固定在加載杠桿上；(3)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)加載杠桿對滾動(dòng)軸承施加載荷，電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈連同滾珠運(yùn)動(dòng)；(4)測量分析利用CCD圖像傳感器捕獲滾珠的運(yùn)動(dòng)過程，用圖像處理軟件分析得出滾珠不同運(yùn)動(dòng)位置的潤滑油膜厚度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置及測量方法，滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，它包括工作臺，工作臺上設(shè)置驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)彈流接觸副單元，彈流接觸副單元連接加載單元，同時(shí)彈流接觸副單元與光學(xué)測量單元相配合；滾動(dòng)軸承潤滑工況實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置的測量方法包括預(yù)備、滾動(dòng)軸承的定位與調(diào)節(jié)、驅(qū)動(dòng)及測量分析四個(gè)步驟，能夠直接觀察滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)測量分析滾動(dòng)軸承內(nèi)潤滑油膜的潤滑狀態(tài)，為理論研究與工程技術(shù)改進(jìn)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
文檔編號G01B11/06GK102353334SQ201110158228
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者栗心明, 郭峰, 黃柏林 申請人:青島理工大學(xué)