偏斜滾子摩擦副潤(rùn)滑油膜測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測(cè)量純滾動(dòng)摩擦偏斜圓柱滾子潤(rùn)滑油膜測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)。本發(fā)明是根據(jù)光干涉原理，在滾子偏斜彈流工作狀態(tài)時(shí)，測(cè)量線接觸摩擦副潤(rùn)滑油膜厚度及其形狀。具有以下四點(diǎn)特征：①試件為圓柱滾子，可以根據(jù)要求準(zhǔn)確調(diào)整圓柱滾子與透明材料接觸時(shí)，線接觸副沿滾子軸向的偏斜角度。②試件滾子與透明材料之間的接觸應(yīng)力為彈流狀態(tài)，且總載荷量≥3000N；③圓柱滾子在最大圓截面上受力，在該力的作用下，滾子的彈性變形超過滾子的偏斜量；④試件滾子由軸承滾輪支承，沿試件滾子最大圓截面上作純滾動(dòng)。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)且易于準(zhǔn)確確定線接觸摩擦副沿軸向偏斜量，為滾動(dòng)摩擦偏斜圓柱滾子潤(rùn)滑油膜厚度及其形狀的測(cè)量提供了可靠的試驗(yàn)裝置。
【專利說明】偏斜滾子摩擦副潤(rùn)滑油膜測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是測(cè)量偏斜狀態(tài)下滾子摩擦副彈流潤(rùn)滑油膜厚度及其形狀的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種偏斜滾子摩擦副潤(rùn)滑油膜測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展和能源短缺的危機(jī)加重，機(jī)械裝備逐漸向高速重載方向發(fā)展，而綠色經(jīng)濟(jì)的技術(shù)要求則不斷提高，作為決定各類機(jī)械設(shè)備動(dòng)性能的關(guān)鍵動(dòng)部件，滾子摩擦副的設(shè)計(jì)與潤(rùn)滑技術(shù)的重要性日顯突出，這可從目前我國(guó)高速客車軸承、精密機(jī)床主軸軸承、隧道盾構(gòu)機(jī)主軸軸承與拼裝機(jī)回轉(zhuǎn)支承，風(fēng)力發(fā)電、巨型遠(yuǎn)洋輪船和大型工程機(jī)械等重大裝備的變速齒輪箱與關(guān)鍵軸承需全部或大部分依賴進(jìn)口即可見一斑，因?yàn)榇祟悋?guó)產(chǎn)關(guān)鍵零部件的性能和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于進(jìn)口國(guó)外高端同類產(chǎn)品的價(jià)值，而進(jìn)口軸承中多數(shù)為滾子類軸承，這也從另一角度說明必須重視滾子摩擦副的摩擦學(xué)基礎(chǔ)問題研究，而研究中所需的有關(guān)滾子摩擦副潤(rùn)滑膜特性測(cè)量技術(shù)則是其中的瓶頸之一。
[0003]由于工程實(shí)際需要，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)滾子摩擦副的研究已經(jīng)進(jìn)行了多年，并在彈性接觸力學(xué)數(shù)值分析方法和干接觸壓力分布實(shí)驗(yàn)二個(gè)方面取得顯著成果。半個(gè)多世紀(jì)以來，增加考慮滾動(dòng)速度、潤(rùn)滑劑性能、溫度變化、接觸副表面形貌、動(dòng)載荷等動(dòng)態(tài)工況參數(shù)的彈流潤(rùn)滑理論和實(shí)驗(yàn)研究已獲得重大進(jìn)展，特別是赫茲接觸(無限長(zhǎng)線接觸與點(diǎn)接觸)彈流研究成果已相當(dāng)豐富，分析與試驗(yàn)技術(shù)相對(duì)較完善。而非赫茲接觸的有限長(zhǎng)線接觸彈流研究也在近二十年獲得了明顯突破，相關(guān)軸向均勻接觸工況的彈流潤(rùn)滑理論成果已逐漸被應(yīng)用于滾子摩擦副的凸度、承載能力與潤(rùn)滑性能設(shè)計(jì)中。從而大大拓寬了滾子摩擦副的使用工況條件并提高了其機(jī)械性能。
[0004]雖然是按理想線接觸狀態(tài)設(shè)計(jì)，但實(shí)際工程中，大量滾子摩擦副因下列某些因素而常常工作在沿滾子軸向不均勻接觸與潤(rùn)滑狀態(tài):
[0005]①大錐度的滾子摩擦副(圓錐滾子軸承、傘齒輪、錐環(huán)式無級(jí)變速器等)因接觸副二端半徑不等造成沿滾子母線的載荷分布不均勻以及線速度不等。
[0006]②因加工工藝因素，造成凸度滾子摩擦副二端的修形量不相等，產(chǎn)生凸度不對(duì)稱，二端幾微米的誤差即會(huì)使沿滾子母線的載荷分布不對(duì)稱且左右差別很大，左右膜厚的原始輪廓幾何間隙不對(duì)稱。
[0007]③因安裝誤差、實(shí)際工作時(shí)載荷加載位置的變動(dòng)、接觸副徑向間隙和支撐軸的彎曲等因素，將使?jié)L子摩擦副不可避免地產(chǎn)生載荷偏置，造成載荷分布沿滾子母線的不對(duì)稱。
[0008]④高速圓柱滾子推力軸承和平面滾針軸承中的滾動(dòng)體二端會(huì)產(chǎn)生的較大線速度差，造成滾動(dòng)速度沿滾子軸向的不均勻。
[0009]⑤由于主機(jī)結(jié)構(gòu)限制而采用的單側(cè)供油方式，常因高速旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生的氣流屏障或離心拋油效應(yīng)，會(huì)使得滾子遠(yuǎn)端的供油量大大小于其近端。
[0010]⑥圓錐滾子軸承的軸向力由其擋邊承載，因滾子徑、軸向承力性質(zhì)與運(yùn)動(dòng)及潤(rùn)滑狀態(tài)差別很大，故必有耦合效應(yīng)存在。[0011]上述某一因素或若干因素綜合作用的結(jié)果即會(huì)造成滾子摩擦副的一端提早出現(xiàn)燒傷或膠合或軸向不均勻變形等失效現(xiàn)象，嚴(yán)重限制了線接觸副的承載能力和工作速度。這是滾子摩擦副因有限長(zhǎng)線接觸而產(chǎn)生的嚴(yán)重共性問題，也是制約我國(guó)許多機(jī)械產(chǎn)品在高速重載下性能差的因素之一，目前尚無對(duì)此問題的相關(guān)定量分析設(shè)計(jì)和試驗(yàn)測(cè)量方法，通常是根據(jù)軸承疲勞壽命試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判斷，摸索修改設(shè)計(jì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0012]現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中滾子摩擦副的失效大多數(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越高的要求，彈流潤(rùn)滑失效現(xiàn)象越來越多。為了有效地減小有害摩擦、降低磨損、延長(zhǎng)機(jī)械零件的使用壽命和提高生產(chǎn)效率，需要開展對(duì)彈流潤(rùn)滑的成膜機(jī)理進(jìn)行理論研究，以揭示彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的影響因素。同時(shí)需要有可靠的實(shí)驗(yàn)裝置，提供有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證。
[0013]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。工作在彈流潤(rùn)滑狀態(tài)下的滾子摩擦副，其潤(rùn)滑膜所處的條件特殊(接觸區(qū)或極小，典型的只有0.2mm寬1.0ym厚、長(zhǎng)寬比大于30、油膜壓力高約1.0GPa、剪切應(yīng)變率高約IO5?IO6s'通過接觸區(qū)時(shí)間約10_3s)。要求對(duì)出現(xiàn)在這樣微小空間內(nèi)復(fù)雜的潤(rùn)滑現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試，在技術(shù)上是相當(dāng)困難的。在彈流的研究中，通常測(cè)試內(nèi)容主要是油膜厚度、油膜形狀、壓力分布和溫度場(chǎng)分布等。常規(guī)的機(jī)械量測(cè)試方法通常不適用，因而必須采用專門測(cè)試技術(shù)。
[0014]采用光干涉法測(cè)量滾子摩擦副接觸區(qū)的油膜，可以同時(shí)獲得膜形膜厚，仍然是彈流潤(rùn)滑基礎(chǔ)研究的重要手段。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I納米左右。由于試驗(yàn)臺(tái)軌道長(zhǎng)度的限制，傳統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)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，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓盤與旋轉(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)的有錐度的軌道盤帶動(dòng)下始終保持單向旋轉(zhuǎn)，透過鍍膜的玻璃盤可以觀測(cè)到點(diǎn)、線接觸的潤(rùn)滑狀態(tài)。由于設(shè)計(jì)方法的原因，傳統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)無法消除支承點(diǎn)與壓力點(diǎn)之間的距離，導(dǎo)致透明材料承受彎矩，承受高拉應(yīng)力作用，使得透明材料易被折斷而難以承受較大的載荷。
[0015]光干涉法已經(jīng)成功地應(yīng)用于點(diǎn)接觸潤(rùn)滑油膜測(cè)量中，有關(guān)線接觸滾子摩擦副彈流實(shí)驗(yàn)研究卻很少，而對(duì)于偏斜狀態(tài)下的線接觸彈流潤(rùn)滑油膜的膜形膜厚測(cè)量至今未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足之處，設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)圓柱滾子摩擦副工作在沿軸向偏斜狀態(tài)下，并且能夠測(cè)量純滾動(dòng)，彈流潤(rùn)滑油膜厚度和形狀的試驗(yàn)臺(tái)，使其能夠更加接近實(shí)際工況。
[0017]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種在重載工況下，具有軸承滾輪支承的純滾動(dòng)線接觸潤(rùn)滑油膜測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)。該裝置的特征在于:被測(cè)試件主要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，可以根據(jù)要求較為準(zhǔn)確地調(diào)整圓柱滾子沿軸向的偏斜角度。試件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和卷吸速度大小伺服電機(jī)控制。載荷通過杠桿機(jī)構(gòu)放大后作用在被測(cè)試件上。試驗(yàn)滾子承受的總載荷量最大為3000N以上。實(shí)驗(yàn)裝置特點(diǎn)在于:純滾動(dòng)、重載、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、易準(zhǔn)確調(diào)整沿滾子軸向的偏斜角度。
[0018]本發(fā)明還具有以下突出性特點(diǎn)和顯著的技術(shù)進(jìn)步:
[0019](I)重載工況下圓柱滾子線接觸副彈流潤(rùn)滑油膜厚度和形狀的測(cè)量；
[0020](2)可較為準(zhǔn)確地調(diào)整沿圓柱滾子軸向的偏斜角度。
[0021](3)被測(cè)試件主要在最大圓截面上受力，并沿此圓周作純滾動(dòng)，
[0022](4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、操作方便，易控制，增加了測(cè)試的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中偏斜滾子摩擦副潤(rùn)滑油膜測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)及工作原理圖；圖中1-杠桿支承軸，2-轉(zhuǎn)動(dòng)軸，3-控制電機(jī)，4-載荷，5-聯(lián)軸器，6-杠桿，7-滾珠絲桿，8-平面玻璃，9-軸承滾輪，10-試驗(yàn)滾子，Il-CXD及顯微鏡，12-冷光源，13-圖像采集系統(tǒng)，14-可調(diào)螺釘I，15-可調(diào)螺釘2。
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中滾子偏斜調(diào)整角度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的內(nèi)容、目的及技術(shù)方案更容易被清楚地理解，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0026]如圖1所示，伺服電機(jī)3通過滾珠絲杠7帶動(dòng)裝有平面玻璃的滑塊8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3。載荷4經(jīng)杠桿6加載放大后通過滾子軸承滾輪9支承試驗(yàn)滾子4作用在平面玻璃上，平面玻璃8平動(dòng)帶動(dòng)被測(cè)試件滾子10轉(zhuǎn)動(dòng)。由于重載較大，一般都是工作在1000N以上，被測(cè)試件與平面玻璃之間產(chǎn)生的摩擦力，足以克服支承軸承滾輪的滾動(dòng)摩擦,形成純滾動(dòng)。試驗(yàn)滾子10由滾動(dòng)軸承9支承，一對(duì)滾動(dòng)軸承固定在各自支承軸中間，支承軸兩端安裝在各自支承孔中，支承孔整體加工后被剖切開為兩個(gè)半圓孔，支承軸安裝后用螺釘擰緊。實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)整時(shí)，先將試驗(yàn)滾子安裝于水平位置，擰緊杠桿6與軸承滾輪支承9，再用兩個(gè)可調(diào)螺釘14和15進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)滾子10的偏斜量Θ值與兩個(gè)可調(diào)螺釘14、15的距離L有關(guān)，還與其螺距d有關(guān)，如圖2所示。
【權(quán)利要求】
1.一種在重載工況下，具有軸承滾輪支承的純滾動(dòng)線接觸潤(rùn)滑油膜測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)。其特征在于:擁有純滾動(dòng)、重載、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、易準(zhǔn)確調(diào)整沿滾子軸向的偏斜角度的特點(diǎn)。被測(cè)試件受力面積大且可承受的總載荷量大，并沿此圓周作純滾動(dòng)即為純滾動(dòng)接觸，可以根據(jù)要求較為準(zhǔn)確地調(diào)整圓柱滾子沿軸向的偏斜角度。試件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和卷吸速度大小可由伺服電機(jī)控制。最終，載荷通過杠桿機(jī)構(gòu)放大后作用在被測(cè)試件上。
2.按照權(quán)利要求1所述的被測(cè)試件受力面積及承受的總載荷量大，其特征在于，試驗(yàn)滾子主要在最大圓截面上受力，且承受的總載荷量最大在3000N以上，在該力的作用下，滾子的彈性變形超過滾子的偏斜量。
3.按照權(quán)利要求1所述的試件在圓周上作純滾動(dòng)，其特征在于，試件滾子由軸承滾輪支承，沿試件滾子最大圓截面上作純滾動(dòng)即為純滾動(dòng)接觸。
4.按照權(quán)利要求1所述的可調(diào)整圓柱滾子沿軸向的偏斜角度在調(diào)整圓柱滾子沿軸向的偏斜角度，其特征在于，試件為圓柱滾子，可以根據(jù)要求準(zhǔn)確調(diào)整圓柱滾子與透明材料接觸時(shí)，線接觸副沿滾子軸向的偏斜角度，在實(shí)驗(yàn)裝置底座上使用兩個(gè)可調(diào)螺釘進(jìn)行調(diào)整。試驗(yàn)滾子的偏斜量與兩個(gè)可調(diào)螺釘?shù)木嚯x有關(guān)，還與其螺距有關(guān)。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK103852016SQ201210512656
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】王艷飛, 薛宇, 華同曙, 丁建寧, 坎標(biāo), 苗乃明, 李曉艷 申請(qǐng)人:常州大學(xué)