[发明专利]带有自旋的弹流润滑油膜形状实验模拟方法与测量装置

说明书

技术领域

本发明属于点、线接触弹流润滑油膜形状的实验测量领域，尤其涉及带有自旋分量的弹流润滑油膜厚度的测量。

背景技术

弹性流体动力润滑(弹流润滑)是工程中许多点、线接触零部件常见的润滑形式，如滚动轴承和齿轮等的润滑。弹流润滑油膜的形状与厚度是评价润滑有效性的重要指标，在工程实践和科学研究中有着重要的地位。在一般的弹流润滑的工程分析与研究中，两接触表面的运动通常假定为相对滚动和滑动。然而在一些情况下，接触表面还存在自旋。如角接触球轴承的钢球与套圈由于接触角的存在，钢球会发生自旋运动，产生轴承磨损与失效。在机械无级变速中(CVT)，两滚动体轴线相交不平行，也会产生接触表面自旋，降低CVT的传动效率。

带有自旋的弹流润滑的实验研究大都集中于力矩的测量和油膜形状及厚度的测量。其关键问题在于自旋条件下弹流润滑的实验室再现-即实验模拟方法。目前常用的涉及自旋弹流润滑的实验模拟装置包括：

1、球-槽接触

图2为球-槽接触的结构简图。实样1上加工有横截面为圆弧的槽，试样2为高精度钢球。实验时，试样2与试样1在载荷作用下在槽底部接触，试样1静止，试样2转动。该类装置只有纯自旋，没有滚动或滑动分量，不能模拟工程实际中自旋与滚/滑并存的这一普遍情况。

2、球面圆盘-柱面圆盘接触

图3是此类测量装置的结构简图。它是由一球面圆盘试样1和一只柱面团盘试样2组成。两盘都围绕各自轴心转动。实验中可调整球面圆盘的轴线与柱面圆盘轴线的交角α，以获得不同的自旋分量。

3、球-盘接触

图4为常用的另外一种实验方法，从图中可以看出，要获得不同的自旋分量，需要调节钢球与圆盘的接触角θ。通常圆盘为透明玻璃盘，可实现油膜形状和厚度的测量。

以上已有的模拟方法中，通过摩擦副两表面旋转轴夹角的调节来引入自旋量。该夹角的精确调节需要较为复杂的装置来实现。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足，提供一种带有自旋的弹流润滑油膜形状的实验模拟方法，本方法简单有效，模拟精确。

本发明的另一个目的是提供一种带有自旋的弹流润滑油膜形状的实验模拟装置，该装置结构简单，模拟精确。

以下详细介绍本发明，一种带有自旋的弹流润滑油膜形状的实验模拟方法，通过调整接触体和玻璃块的接触中心与玻璃块旋转中心的偏心距来获得不同的自旋分量和旋滚比。

优化地，利用弹流接触副接触区出口处的弯曲明显的气穴轨迹进行曲线模拟，精确确定玻璃块的旋转中心位置。

本发明的另一个技术方案是一种带有自旋的弹流润滑油膜形状的实验模拟方法，测试球与光学玻璃块的镀有析光膜的一面接触，析光膜表面涂有润滑油；测试球和玻璃块可分别旋转，在接触区形成弹流油膜；使用两维平移组合，调节钢球和玻璃块接触区中心与玻璃块旋转中心的距离，便可得到不同自旋分量条件下的弹流润滑。

优化地，玻璃块的旋转中心通过润滑气穴区轨迹寻找。

优化地，润滑气穴区轨迹利用弹流接触副接触区出口处的弯曲明显的气穴轨迹进行曲线模拟，精确确定玻璃块的旋转中心位置。

优化地，测试球是钢球或球形滚子或圆柱滚子。

本发明的另一个技术方案是一种带有自旋的弹流润滑油膜形状的实验模拟装置，包括弹流接触部分、加载部分和光学测量部分，其中弹流接触部分包括测试球，该测试球设置旋转轴；测试球与光学玻璃块的镀有析光膜的一面接触，析光膜表面涂有润滑油；测试球的顶面与光学玻璃块接触，该测试球安装在水平面的二维平移台上，所述光学玻璃连接水平面转动装置，该水平面转动装置在光学玻璃处设置检测孔，数据提取设备通过该检测孔提取成像数据。

本发明的优点是定为精确，可以模拟自旋的弹流润滑油膜形状，同时该装置结构简单合理，成本低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明以前的一种模拟装置的接触形式；

图3是本发明以前的另一种模拟装置的接触形式；

图4是本发明以前的另一种模拟装置的接触形式；

图5是本发明的方法原理图；

图6是本发明的玻璃块旋转中心的空化轨迹确定方法示意图；

图7是本发明实验装置立体图；

图8是调倾装置的结构示意图；

图9是不同转速下纯自旋干涉图样；

图10是偏心距r对膜厚的影响；

图11是加载装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：