CN117405547A - 一种轴瓦内表面磨损量测量方法及压痕施加装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案提供一种轴瓦内表面磨损量测量方法及压痕施加装置，轴瓦内表面磨损量测量方法包括步骤：S1、对衬套进行清洗，晾干后将杂物吹扫清除；S2、定位被测衬套；S3、以前端具有夹角的压头垂直于衬套内壁施加压痕，再解开被测衬套的定位；S4、将施加了压痕的衬套，以匹配压头夹角角度的对应倾角重新放置，并进行光学扫描，得到磨损前压痕部位的完整轮廓线。本发明通过限定压痕几何形状和被测件放置角度的测量方案，提出了衬套内表面高精度无损测量磨损量的方法，克服了被测试验件的尺寸和结构限制，可实现内表面高精度轮廓线测量，进而获得衬套的内表面磨损量，填补了小尺寸衬套的内表面磨损量测量的空白。
Description
技术领域
本发明涉及轴瓦磨损测量技术领域，尤其涉及一种轴瓦内表面磨损量测量方法及压痕施加装置。
背景技术
轴承是发动机中最主要的运动副，根据工程实际，由轴承磨损引起的故障占据发动机总故障的40%以上，摩擦磨损的研究在改进材料、设计和技术，提高设备性能、延长机械寿命和保证发动机安全性方面有重要意义。
目前利用轮廓线针对轴承磨损量的测量方法研究较少，主要集中在刀具磨损测量上。而衬套内表面磨损量的精确测量尚未有相关研究。虽然在各类通用机械部件中，存在各类磨损量测量技术，如称重法、测长法、轮廓仪法、非接触式测量法、放射性同位素法、采集和分析磨屑法。但部分衬套尺寸小，且受制于内表面的结构特点以及磨损量较小时的高精度测量需求，目前的各种测量方法尚无法满足衬套磨损试验的需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种轴瓦内表面磨损量测量方法及压痕施加装置，解决现有技术中部分衬套尺寸小，且受制于内表面的结构特点以及磨损量较小时的高精度测量需求，目前的各种测量方法尚无法满足衬套磨损试验的需求的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种轴瓦内表面磨损量测量方法，包括步骤：
S1、对衬套进行清洗，晾干后将杂物吹扫清除；
S2、定位被测衬套；
S3、以前端具有夹角的压头垂直于衬套内壁施加压痕，再解开被测衬套的定位；
S4、将施加了压痕的衬套，以匹配压头夹角角度的对应倾角重新放置，并进行光学扫描，得到磨损前压痕部位的完整轮廓线；
S5、在衬套完成磨损试验后，重复步骤S1和步骤S4，得到磨损后压痕处的轮廓线；
S6、在完成磨损前后的压痕处的轮廓线后将两轮廓线的底部重合得到顶部轮廓线的差值，即为衬套的磨损量。
进一步的，S3中，压头的前端夹角为136°；
S4中，衬套的放置倾角为45°。
本发明还提供一种压痕施加装置，其用于施加以上任一测量方法中的压痕，包括：
压痕部，所述压痕部包括横移驱动件、限位件以及压头，所述横移驱动件用于驱动所述压头进行横向移动，所述限位件用于限制所述压头的横向移动；
加载部，所述加载部用于驱动被测衬套与所述压头接触并形成压痕；及
载荷测量部，所述载荷测量部用于提供整体的支撑，并在所述压头向下与被测衬套接触时，根据传递的力得到所述压头对被测衬套内表面的力。
进一步的，所述横移驱动件包括横杆以及轴向限位架，所述轴向限位架的底部开设有滑槽，所述横杆与所述滑槽滑动连接，其中，所述压头固定连接在所述横杆的底部。
进一步的，所述限位件包括支撑滑块以及限位螺栓，所述支撑滑块的正面开设有卡槽，所述限位螺栓螺纹连接在所述支撑滑块上，并向下贯穿至所述卡槽内侧，所述横杆滑动连接在所述卡槽内侧。
进一步的，所述加载部包括滚珠线性滑轨、加载滑块、垫块以及液压千斤顶，所述加载滑块滑动连接在所述滚珠线性滑轨上，所述垫块设置在所述加载滑块的顶部，所述液压千斤顶的伸缩端与所述加载滑块的底部连接，且所述垫块位于所述压头的正下方，其中，所述支撑滑块滑动连接在所述滚珠线性滑轨上。
进一步的，所述载荷测量部包括支撑组件以及载荷测量组件，所述支撑组件用于所述加载部以及所述压痕部的支撑，所述载荷测量组件用于检测所述压头对被测衬套内表面施加的力。
进一步的，所述支撑组件包括底座、支撑杆、支撑侧板以及支撑盖板，所述支撑杆和所述支撑侧板的两端分别与所述底座和所述支撑盖板固定连接，所述滚珠线性滑轨固定安装在所述支撑侧板上。
进一步的，所述载荷测量组件包括载荷传感器，所述载荷传感器设置在所述支撑盖板的底部，且所述轴向限位架设置在所述载荷传感器的底端。
进一步的，所述轴向限位架和所述支撑滑块的形状均呈U形，且所述轴向限位架位于所述支撑滑块的内侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）通过限定压痕几何形状和被测件放置角度的测量方案，提出了衬套内表面高精度无损测量磨损量的方法，克服了被测试验件的尺寸和结构限制，可实现内表面高精度轮廓线测量，进而获得衬套的内表面磨损量，填补了小尺寸衬套的内表面磨损量测量的空白。
（2）针对衬套内表面磨损测量提出的内表面压痕施加装置，可对各种衬套或轴瓦，尤其是小尺寸衬套加工压痕。
附图说明
图1是根据本发明实施例所述的轴瓦内表面磨损量测量方法的测量示意图；
图2是根据本发明实施例图1的A部局部放大图；
图3是根据本发明实施例所述的轴瓦内表面磨损量测量方法的磨损量获取原理图；
图4是根据本发明实施例所述的压痕施加装置的三维结构图；
图5是根据本发明实施例所述的压痕施加装置的局部三维图；
图中：1、压痕部；11、横移驱动件；111、横杆；112、轴向限位架；1121、滑槽；12、限位件；121、支撑滑块；122、限位螺栓；1211、卡槽；13、压头；
2、加载部；21、滚珠线性滑轨；22、加载滑块；23、垫块；24、液压千斤顶；
3、载荷测量部；31、支撑组件；311、底座；312、支撑杆；313、支撑侧板；314、支撑盖板；32、载荷测量组件；321、载荷传感器；
4、衬套。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
如图1-3所示，本发明提供了一种轴瓦内表面磨损量测量方法及装置，包括步骤：
S1、对衬套进行清洗，晾干后将杂物吹扫清除，通过超声波清洗机对衬套进行清洗，晾干后通过吹气球将表面可能存在的杂物清除；
S2、定位被测衬套；
S3、以前端具有夹角的压头垂直于衬套内壁施加压痕，先将压头探入衬套内侧，并垂直与被测衬套的内壁，再控制压头下压，从而在被测衬套的内壁上形成压痕，压痕可参阅图2，压痕的形状对应压头的形状，使压痕的形状可控，形成压痕之后，再解开被测衬套的定位；
S4、将施加了压痕的衬套，以匹配压头夹角角度的对应倾角重新放置，并进行光学扫描，进行轮廓线的扫描，得到磨损前压痕部位的完整轮廓线，其中，可通过超景深显微镜扫描其表面得到磨损前压痕部位的完整轮廓；
S5、在衬套完成磨损试验后，重复步骤S1和步骤S4，得到磨损后压痕处的轮廓线；
S6、在完成磨损前后的压痕处的轮廓线后将两轮廓线的底部重合得到顶部轮廓线的差值，即为衬套的磨损量，具体参阅图3，差值为h。
进一步的，步骤S3中，压头的前端夹角为136°；步骤S4中，衬套的放置倾角为45°。由于衬套不同于普通轴瓦可分为上下两部分，因此通过一种工装使其保持45°倾角，由于使用的压头为HV6压头，其前端夹角为136°，在倾斜45度进行光学扫描时不会出现视野盲区，因此可通过超景深显微镜扫描其表面得到磨损前压痕部位的完整轮廓线。
可以理解的，针对衬套结构小，且不能破坏的需要，本发明提出了对被测表面加工压痕，同时限定压痕几何形状和被测件放置角度的测量方案，实现了衬套内表面无损轮廓线测量进而获得高精度磨损量的方法。
本发明还提供一种压痕施加装置，参阅图4-5，其用于施加以上任一测量方法中的压痕，可伸入内孔施加压痕，其包括压痕部1、加载部2及载荷测量部3，所述压痕部1包括横移驱动件11、限位件12以及压头13，所述横移驱动件11用于驱动所述压头13进行横向移动，所述限位件12用于限制所述压头13的横向移动，在使用中，压痕部1主要用于在衬套内施加压痕，横移驱动件11来调节压头13在水平方向上的位置，调节到对应的位置之后，以限位件12进行锁紧；所述加载部2用于驱动被测衬套与所述压头13接触并形成压痕，主要的驱动方向为向上推动被测衬套移动，而压头13位置固定，衬套内表面接触至压头13并继续上压，从而被压头13施加压痕；所述载荷测量部3用于提供整体的支撑，并在所述压头13与被测衬套接触时，根据传递的力得到所述压头13对被测衬套内表面的力。
可以理解的，压头13能够横向移动的调节至衬套的内侧，其位置相对衬套进行限定，在施加压痕时，不驱动压头13移动，而以驱动衬套移动的方式，将压头13接触至衬套内表面上，并施加压痕；压头13采用金刚石压头，其型号可为HV6压头，其前端夹角为136°。
本实施例中，具体的，所述横移驱动件11包括横杆111以及轴向限位架112，所述轴向限位架112的底部开设有滑槽1121，所述横杆111与所述滑槽1121滑动连接，滑槽1121左右贯通，横杆111从左至右的贯穿了滑槽1121，滑槽1121的主要作用为引导横杆111进行横向移动的调节，并限制横杆111向上移动，其中，所述压头13固定连接在所述横杆111的底部。
进一步的，所述限位件12包括支撑滑块121以及限位螺栓122，所述支撑滑块121的正面开设有卡槽1211，所述限位螺栓122螺纹连接在所述支撑滑块121上，并向下贯穿至所述卡槽1211内侧，所述横杆111滑动连接在所述卡槽1211内侧，通过向下贯穿的限位螺栓122，将其向下旋紧，即可对横杆111进行锁紧，从而达到限制其横向移动的目的。
其中，所述轴向限位架112和所述支撑滑块121的形状均呈U形，且所述轴向限位架112位于所述支撑滑块121的内侧，并且，支撑滑块121为横置的U形，U形的开口朝向正面，而卡槽1211则开设在支撑滑块121的两端，对应的限位螺栓122的数量为两个，分别螺纹连接在支撑滑块121的两端，另外，轴向限位架112为倒置的U形，U形的开口朝向下方，形成可容置衬套的空间，而滑槽1121也开设在轴向限位架112的两端，一个横杆111贯穿左右两侧的滑槽1121，且其两端分别再插入至左右两侧的两侧卡槽1211内。
可以理解的，通过限位螺栓122限制与压头13连接的横杆111的横向运动，进而保证压头13以垂直角度压入不同衬套。
本实施例中，所述加载部2包括滚珠线性滑轨21、加载滑块22、垫块23以及液压千斤顶24，所述加载滑块22滑动连接在所述滚珠线性滑轨21上，其中，滚珠线性滑轨21为竖直设置的两条，加载滑块22则与两个滚珠线性滑轨21均滑动连接，使其升降更稳定，所述垫块23设置在所述加载滑块22的顶部，且所述液压千斤顶24的伸缩端与所述加载滑块22的底部连接，且所述垫块23位于所述压头13的正下方，垫块23的顶部用于放置衬套，另外，所述支撑滑块121也滑动连接在两个所述滚珠线性滑轨21上，其作用是在两个滚珠线性滑轨21的作用下保持水平。
可以理解的，通过上下压动液压千斤顶24的手柄使得垫块23在加载滑块22和滚珠线性滑轨21的约束下向上移动，进而使得压头13和被测衬套4接触。
本实施例中，所述载荷测量部3包括支撑组件31以及载荷测量组件32，所述支撑组件31用于所述加载部2以及所述压痕部1的支撑，所述载荷测量组件32用于检测所述压头13对被测衬套内表面施加的力。
具体的，所述支撑组件31包括底座311、支撑杆312、支撑侧板313以及支撑盖板314，所述支撑杆312和所述支撑侧板313的两端分别与所述底座311和所述支撑盖板314固定连接，其中，支撑侧板313和支撑杆312分别位于前侧和后侧，支撑杆312的数量为两个，呈左右对称分布，将底座311、支撑杆312、支撑侧板313以及支撑盖板314形成一个稳定的安装框架，其中，所述滚珠线性滑轨21固定安装在所述支撑侧板313上。
进一步的，所述载荷测量组件32包括载荷传感器321，所述载荷传感器321设置在所述支撑盖板314的底部，且所述轴向限位架112设置在所述载荷传感器321的底端。在使用中，载荷传感器321通过测量轴向限位架112传递的力得到压头13对衬套内表面的力。
可以理解的，支撑组件31为装置提供整体的支撑，而载荷测量组件32则用于测量施加压痕的载荷。
本发明的具体工作流程：
1）对被测部件进行表面清洁：通过超声波清洗机对衬套进行清洗，晾干后通过吹气球将表面可能存在的杂物清除；
2）安装被测衬套：拧松限位螺栓122，将横杆111取下，插入被测衬套，将横杆111安装于支撑滑块121的卡槽1211并固定限位螺栓122；
3）施加压痕迹：调整衬套至理想位置，上下驱动液压千斤顶24的摇臂使加载滑块22向上运动，当载荷传感器321显示的载荷达到目标载荷时卸载液压千斤顶24，取下衬套；
4）内表面的压痕的测量：由于衬套不同于普通轴瓦可分为上下两部分，因此通过一种工装使其保持45°倾角，由于使用的压头13为HV6压头，其前端夹角为136°，在倾斜45度进行光学扫描时不会出现视野盲区，因此可通过超景深显微镜扫描其表面得到磨损前压痕部位的完整轮廓线；
5）磨损后的压痕测量：在衬套完成磨损试验后，再次通过超声波清洗机和吹气球对衬套表面进行清洁，并重复过程步骤4）得到磨损后压痕处的轮廓线；
6）磨损量的计算：在完成磨损前后的压痕处的轮廓线后将两轮廓线的底部重合得到顶部轮廓线的差值h，即为衬套的磨损量。
整个工作流程结束，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轴瓦内表面磨损量测量方法，其特征在于，包括步骤：
S1、对衬套进行清洗，晾干后将杂物吹扫清除；
S2、定位被测衬套；
S3、以前端具有夹角的压头垂直于衬套内壁施加压痕，再解开被测衬套的定位；
S4、将施加了压痕的衬套，以匹配压头夹角角度的对应倾角重新放置，并进行光学扫描，得到磨损前压痕部位的完整轮廓线；
S5、在衬套完成磨损试验后，重复步骤S1和步骤S4，得到磨损后压痕处的轮廓线；
S6、在完成磨损前后的压痕处的轮廓线后将两轮廓线的底部重合得到顶部轮廓线的差值，即为衬套的磨损量。
2.根据权利要求1所述的轴瓦内表面磨损量测量方法，其特征在于，
S3中，压头的前端夹角为136°；
S4中，衬套的放置倾角为45°。
3.一种压痕施加装置，其特征在于，其用于施加权利要求1-2任一所述的轴瓦内表面磨损量测量方法中的压痕，包括：
压痕部，所述压痕部包括横移驱动件、限位件以及压头，所述横移驱动件用于驱动所述压头进行横向移动，所述限位件用于限制所述压头的横向移动；
加载部，所述加载部用于驱动被测衬套与所述压头接触并形成压痕；及
载荷测量部，所述载荷测量部用于提供整体的支撑，并在所述压头向下与被测衬套接触时，根据传递的力得到所述压头对被测衬套内表面的力。
4.根据权利要求3所述的压痕施加装置，其特征在于，所述横移驱动件包括横杆以及轴向限位架，所述轴向限位架的底部开设有滑槽，所述横杆与所述滑槽滑动连接，其中，所述压头固定连接在所述横杆的底部。
5.根据权利要求4所述的压痕施加装置，其特征在于，所述限位件包括支撑滑块以及限位螺栓，所述支撑滑块的正面开设有卡槽，所述限位螺栓螺纹连接在所述支撑滑块上，并向下贯穿至所述卡槽内侧，所述横杆滑动连接在所述卡槽内侧。
6.根据权利要求5所述的压痕施加装置，其特征在于，所述加载部包括滚珠线性滑轨、加载滑块、垫块以及液压千斤顶，所述加载滑块滑动连接在所述滚珠线性滑轨上，所述垫块设置在所述加载滑块的顶部，所述液压千斤顶的伸缩端与所述加载滑块的底部连接，且所述垫块位于所述压头的正下方，其中，所述支撑滑块滑动连接在所述滚珠线性滑轨上。
7.根据权利要求6所述的压痕施加装置，其特征在于，所述载荷测量部包括支撑组件以及载荷测量组件，所述支撑组件用于所述加载部以及所述压痕部的支撑，所述载荷测量组件用于检测所述压头对被测衬套内表面施加的力。
8.根据权利要求7所述的压痕施加装置，其特征在于，所述支撑组件包括底座、支撑杆、支撑侧板以及支撑盖板，所述支撑杆和所述支撑侧板的两端分别与所述底座和所述支撑盖板固定连接，所述滚珠线性滑轨固定安装在所述支撑侧板上。
9.根据权利要求8所述的压痕施加装置，其特征在于，所述载荷测量组件包括载荷传感器，所述载荷传感器设置在所述支撑盖板的底部，且所述轴向限位架设置在所述载荷传感器的底端。
10.根据权利要求9所述的压痕施加装置，其特征在于，所述轴向限位架和所述支撑滑块的形状均呈U形，且所述轴向限位架位于所述支撑滑块的内侧。
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