[实用新型]基于光弹性的弹流润滑线接触压力测量装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及弹流润滑接触区油膜压力测量技术领域，具体涉及基于光弹性的弹流润滑线接触压力测量装置。

背景技术    

弹流润滑通常出现在齿轮接触副、滚动轴承和凸轮副等接触中。在此类接触中，相互摩擦的两表面的相对运动将润滑剂带入接触区，由于是点或者线接触，并且两表面的刚度均较高，接触区的实际接触面积通常较小，因此接触应力较大。弹流润滑线接触区摩擦副内部及摩擦副间油膜压力的准确测量是弹流润滑及摩擦领域的基础问题。

弹流润滑摩擦副间油膜压力的准确测量对研究油膜承载原理有着重要的意义。摩擦副表面下的内部应力状态直接决定了零部件的工作状态及寿命，而弹流润滑压力油膜的特征是接触区内部压力分布梯度极大、弹流润滑膜厚度为微纳米级别、接触区典型宽度为300                                               ，因此弹流油膜压力测量是弹流润滑实验中难度最大的。

弹流润滑理论分析及数学模型的建立已经达到比较完善的水平，弹流接触区的油膜压力也能通过数值方法进行求解。弹流润滑接触区油膜压力的测量方法主要有薄膜微压力传感器、拉曼显微镜和超声波法、薄膜法、油膜膜厚反算法等，这些方法均存在一定的局限性：薄膜微压力传感器法由于制作工艺的原因，传感器的尺寸始终无法做得比较小，因此空间分辨率有限，此外微传感器的另一个缺点是由于温度和压力传感器互相影响，这种方式的标定比较困难；拉曼显微镜法要通过扫描的方式来获取测量点的散射光谱受压力的影响，从而计算出压力的变化，所以拉曼显微镜法获得整个测量区间的压力图需要很长时间，并无法获得瞬时的压力曲线；超声波法测量压力分布的分辨率受制于超声传感器的尺寸和所用声波的频率，并不太适合弹流接触区的压力测量；薄膜法目前尚处在静止接触的测量阶段；油膜膜厚反算法实际是一种间接的压力测量方法而不是直接的压力测量法。综合来说，目前尚没有很好的测量手段。

实用新型内容

弹流润滑膜压力及摩擦配副的压力测量是一大难题，目前的弹流接触区油膜压力测量方法均存在着一定的局限性，无法满足高分辨率、实时测量、能测量微纳米区间压力的要求。本实用新型提出了有着高分辨率、能实时测量弹流接触区油膜瞬态压力分布和摩擦配副内部压力分布的基于光弹性的弹流润滑线接触压力测量装置，具体技术方案如下。

基于光弹性的弹流润滑线接触压力测量装置，沿光路方向依次包括准直光源、起偏镜、摩擦接触区域、检偏镜、体视显微镜和成像记录装置，成像记录装置还与用于根据光弹性条纹计算摩擦接触区压力的计算机连接，所述摩擦接触区域包括上试样和下试样，上试样为由透明光弹性材料制成，下试样为光弹性材料或金属材料制成，上试样的转动由第一电机驱动，下试样的转动由第二电机驱动，上试样1及第一电机通过支架安装在纵向滑台上，滑台安装在机架上且能沿机架上下微调移动；下试样的下部分位于装有润滑油或润滑脂的滚子盒中，下试样转动时将所述润滑油或润滑脂带入摩擦接触区，因此通过分别控制上试样和下试样的转速形成各种弹流润滑线接触状态。

进一步优化的，所述起偏镜与摩擦接触区域之间还设有1/4波片，摩擦接触区域与检偏镜4之间还设有另一1/4波片，准直光源产生的单色光穿过起偏镜、1/4波片、上试样1、所述另一1/4波片、检偏镜、体视显微镜到达成像记录装置，摩擦接触区域处于体视显微镜的视场中间，通过调节体视显微镜的目镜与摩擦接触区域的距离使成像清晰，成像记录装置拍摄到放大后的弹流接触区及其上的光弹性图像，光弹性图像的条纹级次反映了接触区油膜压力和摩擦表面下内部应力的变化，通过计算机进行弹流接触区的压力计算和显示。

进一步优化的，所述的基于光弹性的弹流润滑线接触压力测量装置还包括加载机构，加载机构包括加载杠杆，滚子盒安装在加载杠杆一端且随加载杠杆上下转动，加载杠杆另一端设有用于调节上试样和下试样接触压力的载荷。

进一步优化的，所述准直光源、起偏镜、1/4波片、光弹材料圆盘、另一1/4波片、检偏镜、体视显微镜和成像记录装置通过支架安装在X-Y平台上，X-Y平台能沿直角坐标轴X-Y方向进行位置的调节。

进一步优化的，所述上试样为由透明光弹性材料制成的薄圆盘，下试样为由光弹性材料或金属材料制成的阶梯转轴，下试样由滚动轴承支承在滚子盒中，下试样上的最大直径凸起轮廓浸泡在所述润滑油或润滑脂中。

进一步优化的，所述上试样1由第一电机通过同步带驱动转动，下试样由第二电机通过同步带驱动。

进一步优化的，上试样和下试样作类似轴线平行的两圆柱接触的相互对滚动。