[发明专利]滚动轴承润滑工况实验模拟装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于高应力接触流体润滑油膜测量领域，尤其涉及滚动轴承真实运动状态条件下的润滑油膜测量实验装置及测量方法。

背景技术

在实际工程中，滚动轴承的应用及其广泛。上世纪30年代，Reynolds润滑理论及Hertz接触理论的结合使滚动轴承润滑机理的研究迅速展开。在润滑理论的基础研究领域，研究人员倾向于用最简洁的数学模型反应较复杂的润滑问题和揭示润滑机理。现有的高应力润滑油膜的测量装置几乎都基于图1所示的数学等效模型，由此滚珠与轴承内外圈之间的接触方式被等效为滚珠和平面的接触，该等效模型极大的推动了高应力接触润滑在理论和实验方面的发展。

目前，常用的球-盘式润滑装置，可实现纯滑、纯滚及不同滑滚比运动工况下的润滑油膜的测量。然而，滚动轴承在实际工作状态下，由于滚珠的公转和自转使运动状态变得较为复杂，尤其是角接触轴承在高速运转时，滚珠除了滚动和滑动还包含一定程度的自旋运动。而现有的测量装置只能模拟滚珠运动的特定工况，通过不同方法附加的自旋分量也远超出了实际工况，而且随着运动速度和承载位置的变化，各运动分量也在不停发生变化。虽然现有的理论也对滚珠的运动状态进行了分析，如图2所示，但缺少相应的实验数据。因此，有必要开发一种实验装置及测量方法直接观察滚动轴承的真实运动状态及相应的润滑油膜测量，无论对于基础理论研究还是工程实际都将具有重要的启示意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种滚动轴承润滑工况实验模拟装置及测量方法，能够直接观察滚动轴承的运动状态，同时测量分析滚动轴承内润滑油膜的润滑状态，为理论研究与工程技术改进提供实验数据。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，滚动轴承润滑工况实验模拟装置，它包括工作台，工作台上设置驱动单元，驱动单元带动弹流接触副单元，弹流接触副单元连接加载单元，同时弹流接触副单元与光学测量单元相配合。

上述的滚动轴承润滑工况实验模拟装置，其弹流接触副单元包括固定在工作台上的底盘，底盘上设置带有弧面凹槽的透明体，所述弧面凹槽的圆弧面与滚动轴承外圈的内圆弧面相匹配。通过透明体能够清楚、直观的观测、捕捉到滚动轴承内部的运行情况。

上述的滚动轴承润滑工况实验模拟装置，其驱动单元包括设置在工作台台面上的托板，托板的前端设置控制平面移动的手轮，托板的后端固定带有减速器的电机，电机连接回转轴，回转轴驱动滚动轴承转动。托板与手轮相配合，实现装置的水平移动，调节位置，提高观测精度；电机提供动力驱动滚动轴承转动。

上述的滚动轴承润滑工况实验模拟装置，其回转轴一端通过联轴器连接电机，另一端装配在轴座的顶针上，轴座固定在工作台台面上。实验过程中根据不同的实验要求，不同类型的滚动轴承或摩擦副需要经常更换，轴座上设置顶针与回转轴相配合，方便拆装更换。

上述的滚动轴承润滑工况实验模拟装置，其加载单元包括设置在弹簧架上的加载杠杆，加载杠杆连接滚动轴承。

上述的滚动轴承润滑工况实验模拟装置，其加载杠杆固定在滚动轴承的端盖上，加载杠杆上设置调节凹槽，加载杠杆上方连接加载弹簧，加载杠杆下方固定配重块。加载杠杆在配重块与弹簧的拉力作用下对弹流接触副单元施加载荷，确保测量精度；调节凹槽用来调节加载杠杆与滚动轴承的固定位置，增强适用性。

上述的滚动轴承润滑工况实验模拟装置，其光学测量单元包括固定在工作台上的X-Y平移座，X-Y平移座上设置焦距微调手轮，焦距微调手轮连接带有显微镜的CCD图像传感器，显微镜镜头对准透明体凹槽位置。

一种用于上述实验模拟装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）预备：确定滚动轴承类型和与之相匹配的透明体；滚动轴承外圈切除一小部分，切除部分由与滚动轴承外圈曲率完全匹配的带有弧面凹槽的透明体代替；将透明体镶嵌在底盘内，安装回转轴，先让回转轴预运行，待回转轴调节好回转中心后，在托板和手轮的驱动下顶紧回转轴；

（2）滚动轴承的定位与调节：固定滚动轴承内圈，并调节滚动轴承在回转轴上的位置，使之与透明体弧面凹槽完全匹配；通过端盖固定滚动轴承外圈，并将端盖固定在加载杠杆上；

（3）驱动：调节加载杠杆对滚动轴承施加载荷，电机驱动滚动轴承内圈连同滚珠运动；

（4）测量分析：利用CCD图像传感器捕获滚珠的运动过程，用图像处理软件分析得出滚珠不同运动位置的润滑油膜厚度。