CN102564329B

CN102564329B - 定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置

Info

Publication number: CN102564329B
Application number: CN201110457226.0A
Authority: CN
Inventors: 刘晓玲; 李书义; 栗心明; 杨沛然
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: CN102564329A

Abstract

本发明提供一种定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，它包括支架，支架上设置驱动装置及加载装置，加载装置上设置圆柱滚子装夹调节装置，圆柱滚子装夹调节装置上方设置光学采集装置；所述圆柱滚子装夹调节装置包括调倾支座，调倾支座上设置微调螺纹副，微调螺纹副通过紧固螺钉固定偏斜盘，偏斜盘内部设置旋转盘，旋转盘上设置可相互替换的滚动装夹调节机构或滑动装夹调节机构。能够简便的实现有限长线接触副的精确定位，并开展该条件下滚子副的润滑油膜测量，以提高此类零件的寿命和可靠性，指导润滑设计和实践。

Description

定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置

技术领域

本发明属于高应力接触流体润滑油膜测量领域，尤其涉及有限长线接触副存在歪斜和偏斜角度条件下各种工况的润滑油膜测量。

背景技术

有限长线接触弹流问题在工程实际中应用广泛，如圆柱 (锥) 滚子轴承的滚动体与滚道之间、啮合的渐开线齿轮的轮齿之间、盘形凸轮及其滚子从动件之间以及摩擦无级变速器的摩擦滚子之间等。这些零部件的长度是有限的，端部一般都有圆角或倒角以减小应力集中，且必须在润滑条件下工作。在润滑理论研究中，为了简化分析及方便数值计算，通常将滚子与套圈或啮合轮齿齿面简化为由一个滚子与一个无限大平面之间形成的有限长度的线接触，如图1所示。

一般而言，在数值模拟中相对复杂的计算模型在实验中却容易实现，如高副点接触的润滑研究，理论计算较为繁琐，但实验便于控制和操作，这使得点接触弹流润滑的理论和实验研究得到了完善和同步的发展。然而，有限长线接触问题，虽然在理论计算上最先得到发展，但由于滚子本身存在制造和安装误差，滚子副的接触区域又极为狭长，致使滚子的整条母线与玻璃盘难以完全均匀接触，从而使相关的实验研究滞后于理论预测。

现有的关于有限长线接触的油膜测量仪器结构较为复杂，严格来讲，几乎无法精确对接触副进行定位控制，难以满足线接触润滑问题的系统实验研究，或者只能对线接触的局部接触区域进行观察，如滚子端部修形对润滑的影响。而且在工程实际中，滚动轴承、齿轮等的各种误差及工作过程的冲击、动载荷等会使滚子产生歪斜和偏斜，如图2所示的滚动轴承中滚子与套圈的接触：滚子在X-Y平面的偏转称为歪斜，而在Y-Z平面内的偏转称为偏斜。因此，有必要开发一种实验装置实现滚子平行、偏斜和歪斜的精确定位，并开展该条件下滚子副的润滑油膜测量，以提高此类零件的寿命和可靠性，指导润滑设计和实践。本发明无论对于基础研究还是工程实际都有重要价值。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，能够简便的实现有限长线接触副的精确定位，并开展该条件下滚子副的润滑油膜测量，以提高此类零件的寿命和可靠性，指导润滑设计和实践。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，一种定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，它包括支架，支架上设置驱动装置及加载装置，加载装置上设置圆柱滚子装夹调节装置，圆柱滚子装夹调节装置上方设置光学采集装置；所述圆柱滚子装夹调节装置包括调倾支座，调倾支座上设置微调螺纹副，微调螺纹副通过紧固螺钉固定偏斜盘，偏斜盘内部设置旋转盘，旋转盘上设置可相互替换的滚动装夹调节机构或滑动装夹调节机构。

上述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其滚动装夹调节机构包括设置在旋转盘上的底座，底座之间设置滚动支撑，滚动支撑上设置滚子。

上述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其滑动装夹调节机构包括设置在旋转盘上的底座，底座之间设置调整螺母和调整垫片，调整垫片上设置滚子。

上述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其驱动装置包括设置在支架上的电机，电机通过同步带驱动同步带轮，同步带轮驱动二维平移台及回转玻璃盘。

上述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其加载装置包括固定在支架上的直线轴承，直线轴承连接滑板和升降台，滑板前端设置数显拉力计，升降台一侧设置手轮，升降台上方设置加载托板。

上述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其光学采集装置包括固定在支架上的光源器，以及设置在圆柱滚子装夹调节装置上方的商用CCD和显微镜。

本发明可实现的主要功能：

（1）可系统地测量滚子与玻璃盘在固定偏斜和歪斜角度条件下的润滑状态，捕获其在不同速度及载荷条件下的油膜干涉图，并根据干涉图计算油膜厚度，分析润滑性能。

（2）可实现乏油条件下线接触副油膜形状及厚度的测量。

（3）可观察边缘效应对线接触润滑油膜的影响。

附图说明

图1为有限长线接触副的等效模型示意图；

图2为滚子与套圈接触示意图；

图3为本发明结构示意图；

图4为实施例的圆柱滚子支撑调节装置放大结构示意图；

图5为实施例的滑动装夹调节机构放大结构示意图；

图6 为实施例的歪斜角的调节及计算示意图；

图7 为实施例的偏斜角的调节及计算示意图；

图8 为实施例的初步测量结果示意图。

上述附图中：

1-支架，2-驱动装置，3-加载装置，4-圆柱滚子装夹调节装置，5-光学采集装置；6-调倾支座，7-微调螺纹副，8-紧固螺钉，9-偏斜盘，10-旋转盘，11-滚动装夹调节机构，12-滑动装夹调节机构，13-底座，14-滚动支撑，15-滚子，16-电机，17-同步带，18-同步带轮，19-二维平移台，20-回转玻璃盘，21-直线轴承，22-滑板，23-升降台，24-数显拉力计，25-手轮，26-加载托板，27-光源器，28-商用CCD，29-显微镜，30-调整螺母，31-调整垫片。

具体实施方式

如图3、4所示，本实施例的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，它包括支架1，支架1上设置驱动装置2及加载装置3，加载装置3上设置圆柱滚子装夹调节装置4，圆柱滚子装夹调节装置4上方设置光学采集装置5；圆柱滚子装夹调节装置4包括调倾支座6，调倾支座6上设置微调螺纹副7，微调螺纹副7通过紧固螺钉8固定偏斜盘9，偏斜盘9内部设置旋转盘10，旋转盘10上设置可相互替换的滚动装夹调节机构11或滑动装夹调节机构12。

滚动装夹调节机构11包括设置在旋转盘10上的底座13，底座13之间设置滚动支撑14，滚动支撑14上设置滚子15。

滑动装夹调节机构12包括设置在旋转盘10上的底座13，底座13之间设置调整螺母30和调整垫片31，调整垫片31上设置滚子15。

驱动装置2包括设置在支架1上的电机16，电机16通过同步带17驱动同步带轮18，同步带轮18驱动二维平移台19及回转玻璃盘20。

加载装置3包括固定在支架1上的直线轴承21，直线轴承21连接滑板22和升降台23，滑板22前端设置数显拉力计24，升降台23一侧设置手轮25，升降台23上方设置加载托板26。

光学采集装置5包括固定在支架1上的光源器27，以及设置在圆柱滚子装夹调节装置4上方的商用CCD28和显微镜29。

圆柱滚子装夹调节装置4主要实现以下功能：

（1）滚子装夹功能：由于本发明要实现纯滚和纯滑运动，所以需要两套圆柱滚子装夹装置4。图4所示为实施例的圆柱滚子支撑调节装置结构示意图，该装置只需将实验滚子放在两个带有挡边的滚动支撑14上，在回转玻璃盘20的驱动下实现纯滚运动。图5滑动装夹调节机构结构示意图，该装置需要将滚子牢固固定不动，以实现回转玻璃盘20转动的纯滑运动。

（2）歪斜角调节功能：滚子相对于润滑油运动方向的歪斜角度可以通过调节旋转盘10和偏斜盘9的相对位置来实现。如图6所示，旋转盘10和偏斜盘9上都刻有0 ~ 360^°的刻度线，当两者的0刻度线重合时，表明歪斜角度为0，如果采用其他歪斜角度α，可调整旋转盘至相应的角度，然后再用紧固螺钉锁住。

（3）偏斜角调节功能：滚子与回转玻璃盘20平面的接触偏斜角通过调整六个微调螺纹副7来实现。首先给滚子施加一定的载荷，在沿整个接触区长度方向选取一系列位置，量取接触宽度是否接近，如果差别较大，则表明滚子母线并没有与回转玻璃盘20均匀接触，这时需要调整微调螺纹副7，然后再重新量取接触区宽度看是否各点都接近。如此操作，直至接触区与回转玻璃盘20完全均匀接触。如图7所示，此时表明偏斜角为0，如果采用其他偏斜角，只需调节微调螺纹副7，根据微调螺纹副7的螺距的进给量获取偏斜角度值，该偏斜角度值近似为b = m/l，其中l为滚子长度，m为微调螺纹进给量。

圆柱滚子装夹调节装置4设置完毕后，通过加载装置3施加需要的载荷。圆柱滚子装夹调节装置4通过螺纹联接的方式固连在加载托板26上，加载托板26通过弹簧连接在数显拉力计24上，通过提升数显拉力计24实现滚子的柔性加载。

加载完毕后，通过驱动装置2实现回转玻璃盘20的旋转。电机16经同步带17传递到同步带轮18上，带动回转玻璃盘20一起回转。回转玻璃盘20由调压环压紧，调压环上有六个螺钉，用于调节回转玻璃盘的平面度。

最后接触副的运动过程通过光学采集装置5实时捕获，干涉图样经显微镜29放大后由商用CCD28 俘获并传给图像卡，由图像处理软件处理，得到油膜厚度。

本发明可按以下步骤进行：

（1）按实验目的选择滚子和玻璃盘的接触形式和运动形式。

（2）回转半径的获取。实验用的玻璃盘的回转中心刻有“十”形的标志，实验前将滚子的一端与“十”形的标志重合，然后通过调节精密二维平移台使滚子偏离“十”形标志，在二维平移上读取偏移的距离，即回转半径。由于回转半径较大，所以因玻璃盘安装误差引起的“十”形标志与真实回转中心的偏离可忽略不计。

（3）选取歪斜角度。根据实验要求，调节旋转盘和偏斜盘的相对位置来获取歪斜角度。

（4）施加预载荷及调整偏斜角。对滚子施加一定的预载荷，调节微调螺纹副至偏斜角至0度。

（5）卸载重新调整偏斜角。待偏斜角调整至0度后，对滚子卸载，然后重新加载到实验需要的载荷，此时再调整微调螺纹副至实验需要的偏斜角度。

（6）数据采集及处理。通过伺服电机调节实验所需的速度。利用图像采集卡捕获滚子副的接触过程，用图像处理软件分析各种条件下有限长线接触副的润滑油膜形状和厚度。

依以上步骤可很好地实现本发明。

以滚子歪斜的测量结果为例，图8给出了干接触及油润滑条件下不同歪斜角对应的油膜光干涉图，由于歪斜角的不同，油膜干涉图像发生明显的变化，说明接触区的润滑油膜发生了变化。

以上所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。

Claims

1.定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其特征在于：它包括支架，支架上设置驱动装置及加载装置，加载装置上设置圆柱滚子装夹调节装置，圆柱滚子装夹调节装置上方设置光学采集装置；所述圆柱滚子装夹调节装置包括调倾支座，调倾支座上设置微调螺纹副，微调螺纹副通过紧固螺钉固定偏斜盘，偏斜盘内部设置旋转盘，旋转盘上设置可相互替换的滚动装夹调节机构或滑动装夹调节机构；所述加载装置包括固定在支架上的直线轴承，直线轴承连接滑板和升降台，滑板前端设置数显拉力计，升降台一侧设置手轮，升降台上方设置加载托板。

2.根据权利要求1所述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其特征在于：所述滚动装夹调节机构包括设置在旋转盘上的底座，底座之间设置滚动支撑，滚动支撑上设置滚子。

3.根据权利要求1或2所述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其特征在于：所述滑动装夹调节机构包括设置在旋转盘上的底座，底座之间设置调整螺母和调整垫片，调整垫片上设置滚子。

4.根据权利要求1所述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其特征在于：所述驱动装置包括设置在支架上的电机，电机通过同步带驱动同步带轮，同步带轮驱动二维平移台及回转玻璃盘。

5.根据权利要求1所述的定歪斜、偏斜角度有限长线接触副润滑油膜测量装置，其特征在于：所述光学采集装置包括固定在支架上的光源器，以及设置在圆柱滚子装夹调节装置上方的商用CCD和显微镜。