光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机.pdf

本发明公开了一种光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机。包括机座、电机、传动装置、支承装置和加载装置，所述电机通过所述传动装置驱动一块水平滑动安置在机座上面的平面玻璃作往复水平运动；所述支承装置为浮动支承装装置，支承着试件与所述平面玻璃下表面滚动接触；所述加载装置为杠杆式加载机构，承托浮动支承装置而使试件对所述平玻璃施压加载；所述平面玻璃的上方固定安置测量油膜的显微镜，其镜头对准所述平面玻璃与试件之间的滚动接触线处。本发明的优点：纯滚动、连续多尺度、重载、结构简单、实用性强。

1、  一种光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机，包括机座(8)、电机(7)、传动装置、支承装置和加载装置，其特征在于所述电机(7)通过所述传动装置驱动一块水平滑动安置在机座上面的平面玻璃(1)作往复水平运动；所述支承装置为浮动支承装装置，支承着试件(5)与所述平面玻璃(1)下表面滚动接触；所述加载装置为杠杆式加载机构，承托浮动支承装置而使试件(5)对所述平玻璃(1)施压加载；所述平面玻璃的上方固定安置测量油膜的显微镜，其镜头对准所述平面玻璃(1)与试件(5)之间的滚动接触线处。

2、  根据权利要求1所述的光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机，其特征在于所述传动装置是：所述电机(7)经曲柄连杆(6)铰连所述平面玻璃(1)。

3、  根据权利要求1所述的光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机，其特征在于所述支承装置是：两个小滚动轴承(2)的内圈分别固定安装在两根平行固定于机座(9)的固定轴上，该两根固定轴的轴线与所述平面玻璃(1)往复运动方向相垂直；有两根滚动轴(3)位于所述两个小滚动轴承(2)之间上方，而分别与两个小滚动轴承(2)的外圈滚动接触；所述试件(5)由所述两根浮动滚动轴(3)支承。

4、  根据权利要求3所述的光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机，其特征在于所述加载装置是：一个大滚动轴承(9)位于所述两个小滚动轴承(2)之间下方，其内圈固定安装在一根浮动轴上，而其外圈支承所述两根浮动滚动轴(3)；有一根杠杆(12)的中部由固定于机座(8)上的小轴转动支承，其一端吊挂载荷(11)，而另一端固定连接安装所述大滚动轴承(9)内圈的浮动轴。

光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机
技术领域
本发明涉及的是润滑油膜厚度和油膜形状测量试验装置。
背景技术
确定润滑接触区中的油膜厚度及其几何形态是其研究最为重要的问题之一，因为它决定着两相对运动材料表面的接近程度以及它们之间的接触应力，从而对系统的摩擦、磨损和疲劳失效起着支配性的作用。
工程中大多数机械零件的润滑状态属于非稳态工况。例如在齿轮传动中，虽然传递的功率和回转速度保持不变，但轮齿齿面上接触点的曲率半径、卷吸速度以及所承受的载荷等等都是随时间而变化的。在滚动轴承或凸轮机构的运行中，接触点的润滑状态也是随着时间而变化的。而在机械设备的启动和制动过程中，速度和载荷本身就是随时间而变化。还有汽车十字万向传动轴的节叉滚动轴承，其运动总是处在不断地变化之中。
润滑表面所处的工况条件不断变化必然会引起油膜的动态效应，进而使得油膜的压力分布和油膜形状等特性不同。在不同的卷吸速度下，润滑的成膜方式分别由动压效应、挤压效应来决定。低速工况下的动压效应较弱，挤压效应将成为一种很重要的成膜方式；而在高速工况下的挤压效应较弱，动压效应成为重要的成膜方式。在机械设备的启动和制动过程中，在万向节的传动过程中，由于速度随时间而变化，成膜方式也在变化，在这一过程中的油膜厚度呈现多尺度的变化状态。
对于测量微小区域内膜厚的方法包括电阻法、放电电压法、位移法、电容法、X射线透射法和光干涉法等。
电阻法只适用于判断油膜是否存在的定性测量。因为润滑油的性质和纯洁程度以及金属的表面形貌对于放电电压都有影响，所以放电电压法也不能满意地用作油膜厚度的定量测量。位移法是通过测量机械位移来间接地确定油膜厚度的方法，而用机械方法准确地控制这种微量间隙(常常小于0.1μm)是相当困难的。电容法的主要缺点是测量精度容易受到试件与机架以及导线之间寄生电容的影响，需要采取严格的屏蔽措施，而且电容法测量的是润滑膜的平均膜厚，X射线透射法测量的是最小膜厚。当油膜厚度与表面粗糙度同数量级时，X射线透射法测出的膜厚值偏小，此外，为了保证测量精度，测量时必须对射向油膜的射线束尺寸以及它与油膜的相对位置进行精确地调整。
利用光干涉法测量润滑接触处的膜厚和形状是20世纪60年代开始采用的一种较新的技术。近年来，由于光干涉法测量装置和技术的不断改进，越来越受到研究人员的重视。光干涉法原理简单，实施容易，可以同时测量油膜厚度和油膜形状的全貌。虽然膜厚分辨率受到光源波长所限，但测量精度是相当满意的。作为流体膜厚的最有效测试方法，光干涉技术的测试精度不断提高，已达到1纳米左右。光干涉法的主要缺点是两接触体之一必须用透明材料制成。
然而迄今为止，利用光干涉法来测量润滑油膜的测量装置基本上都是针对单一尺度油膜厚度的。
发明内容
本发明的目的是为了弥补单一尺度的油膜测量试验机，满足滚子在转速变化的条件下运转的要求，提供一种专门能够测量多尺度、纯滚动、重载线接触油膜厚度和油膜形状的测量干涉法多尺度润滑油膜试验机，其结构简单、实用性强。
为达到上述目的，本发明的构思是：一种具有正弦往复式多尺度纯滚动线接触油膜测量试验机。其特征在于：被测试样滚子仅在最大圆截面上受力，并沿此圆周作纯滚动即为纯滚动接触，电机每旋转一周，滚子的卷吸速度由零到最大、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变化。载荷通过杠杆机构放大后作用在被测滚子上。被测滚子由一对浮动滚子支撑，同时浮动滚子又由支承滚轮和加载滚轮支承。测试滚子的转速可以由电机的转速根据需要进行调整，接触应力可达0.7GPa以上。优点：纯滚动、变速多尺度、重载、结构简单、实用性强。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机，包括机座、电机、传动装置、支承装置和加载装置，其特征在于所述电机通过所述传动装置驱动一块水平滑动安置在机座上面的平面玻璃作往复水平运动；所述支承装置为浮动支承装装置，支承着试件与所述平面玻璃下表面滚动接触；所述加载装置为杠杆式加载机构，承托浮动支承装置而使试件对所述平玻璃施压加载；所述平面玻璃的上方固定安置测量油膜的显微镜，其镜头对准所述平面玻璃与试件之间的滚动接触线处。
上述传动装置是：所述电机经曲柄连杆铰连所述平面玻璃。
上述支承装置是：两个小滚动轴承的内圈分别固定安装在两根平行固定于机座的固定轴上，该两根固定轴的轴线与所述平面玻璃往复运动方向相垂直；有两根滚动轴位于所述两个小滚动轴承之间上方，而分别与两个小滚动轴承的外圈滚动接触；所述试件由所述两根浮动滚动轴支承。
上述加载装置是：一个大滚动轴承位于所述两个小滚动轴承之间下方，其内圈固定安装在一根浮动轴上，而其外圈支承所述两根浮动滚动轴；有一根杠杆的中部由固定于机座上的小轴转动支承，其一端吊挂载荷，而另一端固定连接安装所述大滚动轴承内圈的浮动轴。
本发明具有以下突出性特点和显著的技术进步：
(1)能进行多尺度的润滑油膜厚度和油膜形状测量。
(2)被测试样滚子与平面玻璃接触的切向速度变化呈正弦周期规律，重载。
(3)被测试样滚子为圆柱滚子。
(4)被测试样滚子仅在最大圆截面上受力，并沿此圆周作纯滚动。
(5)结构简单，制造成本低，操作方便，容易对其实现实时控制，增加了测试的可靠性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明一个优选实施例结合附图详述如下：
参见图1，本光干涉法多尺度润滑油膜测量试验机，包括机座8、电机7、传动装置、支承装置和加载装置，所述电机7通过所述传动装置驱动一块水平滑动安置在机座上面的平面玻璃1作往复水平运动；所述支承装置为浮动支承装装置，支承着试件5与所述平面玻璃1下表面滚动接触；所述加载装置为杠杆式加载机构，承托浮动支承装置而使试件5对所述平玻璃1施压加载；所述平面玻璃的上方固定安置测量油膜的显微镜，其镜头对准所述平面玻璃1与试件5之间的滚动接触线处。
上述传动装置是：所述电机7经曲柄连杆6铰连所述平面玻璃1。
上述支承装置是：两个小滚动轴承2的内圈分别固定安装在两根平行固定于机座9的固定轴上，该两根固定轴的轴线与所述平面玻璃1往复运动方向相垂直；有两根滚动轴3位于所述两个小滚动轴承2之间上方，而分别与两个小滚动轴承2的外圈滚动接触；所述试件5由所述两根浮动滚动轴3支承。
上述加载装置是：一个大滚动轴承9位于所述两个小滚动轴承2之间下方，其内圈固定安装在一根浮动轴上，而其外圈支承所述两根浮动滚动轴3；有一根杠杆12的中部由固定于机座8上的小轴转动支承，其一端吊挂载荷11，而另一端固定连接安装所述大滚动轴承9内圈的浮动轴。
工作原理：电机7通过联轴器带动曲柄连杆6作平面运动，进一步带动平面玻璃1作往复的正弦规律的变速运动，带动试件5作不等角速度的来回转动，试件5是由一对浮动滚动轴3支承，浮动滚动轴3放在大滚动轴承9上，加载杠杆12与浮动滚动轴3支承接触端装有大滚动轴承9，所以试件5与平面玻璃1之间为纯滚动。载荷11被杠杆机构放大后作用在试件5上。平面玻璃往复运动一次，试件5的卷吸速度由零到最大、由最大到零变化各二次，在载荷等因素不变的工况下，经历多尺度的润滑状态：“弹流→薄膜→边界”润滑。当试验机的结构确定以后，最大的卷吸速度可由电机7的转速来决定。