一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置，立柱分别与上定位板和底座相连，千分头固定在上定位板上，立柱内壁设置导轨，滑块安装在导轨上并与导轨相配合实现相对移动，千分头通过连杆连接滑块，冷却水箱位于台架内部，冷却水箱上安装圆管，超声波换能器的一端连接滑块，其另一端穿过圆管伸入至冷却水箱里，底座安装在气缸套上；冷却水箱里设置温度传感器，外部水箱的出水口通过电子调速泵连接冷却水箱的进水口，冷却水箱的出水口连通外部水箱的进水口，温度传感器和电子调速泵均连接温度流量控制系统，超声波换能器连接超声波发射与接收装置。本发明专利技术最小位移可达1μm级别；装置测量稳定，排除了温度对油膜厚度测量的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置
本专利技术涉及的是一种油膜测试装置，具体地说是气缸活塞环油膜测试装置。
技术介绍
超声检测技术具有适用性广，探伤灵敏度高，检测深度大、使用方便和安全性好等优点，是目前应用最广泛、使用频度最高的无损检测技术之一。目前，国内已建立一支庞大而且优秀的超声检测专业队伍和科研队伍，超声检测的应用范围日益扩大，相关基础研究和应用技术研究正逐步深入，许多成果已达到或接近国外水平。对超声波探测技术的研究最早开始在国外。1973年TattersallHG.通过超声脉冲法进行粘结测试，若嵌入介质I内的介质Ⅱ与I相比是薄层，则介质Ⅱ可由轻质弹簧替换，1985年Jong-RyulPark等主要研究介质厚度、超声波频率和介质声阻抗对超声波脉冲回波方法测量液体膜厚度的影响。2004年R.S.Dwyer-Joyce和B.W.Drinkwater等分别对油膜厚度进行测量。分析不同理论测量方法适用的润滑油膜厚度范围，并设计了用于静态和动态油膜层的测量装置。随后几年，BruceW.Drinkwater研究团队对超声测量法做了进一步研究。2005年，JieZhang,BruceW.Drinkwater等针对超声波技术缺乏校准程序的缺点，探讨润滑油膜厚度超声测量技术的校准，促进了超声测量技术的发展。2008年，他们对超声传感器线性阵列进行研究，并将垂直入射扩展到任何角度的斜入射超声波测量，对厚度为2～9μm的油膜进行了实验且测量精度较高。HunterAJ和DrinkwaterBW研究了无损检测中自动聚焦问题，并利用超声阵列对复杂的几何形状进行了评估。2011年，D.Gasni,M.K.WanIbrahim,R.S.Dwyer-Joyce研究了弹簧模型中粗糙表面接触时反射系数与刚度关系，得出反射系数不是直接与实际接触的面积有关，而是取决于表面接触微凸体的个数、形状和分布。同年Dwyer-Joyce.R.S研究了弹性流体动力润滑中边界润滑或混合润滑时超声膜厚测量机理，且通过实验对其进行验证。国内学者对超声测量方法也进行了研究发展。2001年张锐等人在反射传递函数的基础上，提出频域定征方法和反向算法对弹性单层介质的声速、厚度和密度等参数进行定征。2007年，卢黎明研究利用脉冲发射法测量液体滑动轴承的油膜厚度，实验获得的结果与理论结果相符。2009年，焦敬品，张强等人研究了超声波在三层介质中的传播和影响反射系数的各种因素。对此方法进行实验分析，得到两侧介质材料改变对液体层厚度测量没有影响和测量结果只与被测层的材料性质有关的结论。2010年唐伟坤发表了题为“利用反射系数测量油膜厚度的研究”的文章。2013年申洪苗分析了超声波频率、超声波入射角度和润滑剂膜厚对反射系数的影响规律。以上所述的测量方法所使用的装置，虽然可以比较准确的测出油膜厚度，但仍有一定的局限性。无论安装测量方式还是工作环境，都有一定的改进空间。而且超声波换能器工作环境温度要求较为严格，要避免温度变化造成的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供最小位移量可小至1μm，从而提升测量结果数据可靠性和精确性的一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置，其特征是：包括超声波换能器、台架、千分头、超声波发射与接收装置、温度流量控制系统、外部水箱；所述台架包括上定位板、底座、立柱，立柱分别与上定位板和底座相连，千分头固定在上定位板上，立柱内壁设置导轨，滑块安装在导轨上并与导轨相配合实现相对移动，千分头通过连杆连接滑块，冷却水箱位于台架内部，冷却水箱上安装圆管，超声波换能器的一端连接滑块，其另一端穿过圆管伸入至冷却水箱里，底座安装在气缸套上，超声波换能器在千分头以及滑块的调整下，聚焦在气缸壁与活塞环间隙处；冷却水箱里设置温度传感器，外部水箱的出水口通过电子调速泵连接冷却水箱的进水口，冷却水箱的出水口连通外部水箱的进水口，温度传感器和电子调速泵均连接温度流量控制系统，超声波换能器连接超声波发射与接收装置。本专利技术还可以包括：1、超声波换能器表面套有防止冷却水箱内冷却水流出的密封环。2、冷却水箱外部安装有阻绝水套中热传导和辐射对换能器工作温度的影响的双层真空隔离套。本专利技术的优势在于：本专利技术装置调节简便，只需简单旋转旋钮即可对换能器位置进行微小的改变；装置结构稳定，不容易因为外界因素影响而产生误差；装置位移调节十分精确，可以方便聚焦在油膜位置，并且最小位移可达1μm级别；装置测量稳定，既保证了换能器的工作温度，又排除了温度对油膜厚度测量的影响。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为台架结构示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-2，本专利技术提出的是一种可调式超声波测气缸活塞环薄油膜厚度测试装置，可以对1-20μm的薄油膜厚度进行测量。该装置利用弹簧模型，通过超声波反射系数进行计算，从而得出油膜厚度。该试验装置测量精确度更高，最小位移量小，可小至1μm，提升了测量结果数据的可靠性和精确性。由于换能器的工作环境温度为50度左右，且换能器需与水耦合，故在装置上加装循环水冷却系统，既可以保证换能器顺利工作，又可以减少温度变化对测量的影响。本专利技术是通过下述装置实现的：超声波发射与接收装置1、双层真空套2、水浸式超声波换能器3、冷却水箱4、千分头5、台架6、导轨7、滑块8、温度传感器9、电子调速泵10、温度流量控制系统11、外部水箱12。如图1中所示，千分头5与滑块8相连，超声波换能器3固定在滑块8上，与水箱4中水耦合，转动千分头5即可对超声波换能器3的位置进行调整，使其聚焦在气缸壁与活塞环间隙处，将数据传输给超声波发射与接收装置1，从而测量二者间的润滑油膜厚度。冷却水箱4外部安装有双层真空隔离套2，以阻绝水套中热传导和辐射对换能器工作温度的影响，双层真空隔离套安装在台架外，安装在缸套上距气缸活塞环接触处5-12mm左右。冷却水箱4中设有温度传感器9，进水口与外接电子调速泵10相连。温度传感器9信号发送到温度流量控制系统11中，当温度达到较高值时会提高电子调速泵10的转速，加大水循环量以降低温度。当温度过高时发出警报。台架6由底座13、上定位板14、连杆15和立柱16组成，其底座13固定在气缸套上。立柱15上装有导轨7和滑块8。千分头5固定在上定位板14上，连杆15与滑块8相连，转动千分头5,滑块8即可沿导轨7滑动。冷却水箱4是一个中空长方体，箱壁厚度在1-2mm之间。冷却水槽4固定在刚套上，其表面有温度传感器9、进水口和出水口，进水出水口与外界相通以保证换能器温度恒定，冷却水箱4顶部有一圆管18供超声波换能器3进入。超声波换能器3与滑块8相连，可通过冷却水箱4上圆管18进行垂直气缸轴线的位移，使超声波换能器3聚焦在油膜位置处。其表面套有密封环17，防止冷却水箱4内冷却水流出。超声波发出与接收装置1与水浸式超声波换能器3相连接，以便收集和分析试验所采集到的数据。冷却水箱4外部安装有双层真空隔离套，以阻绝水套中热传导和辐射对换能器工作温度的影响。冷却水箱4中设有温度传感器9，进水口与外接电子调速泵10相连。温度传感器9信号发送到温度流量控制系统11中，当温度达到较高值时会提高电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置，其特征是：包括超声波换能器、台架、千分头、超声波发射与接收装置、温度流量控制系统、外部水箱；所述台架包括上定位板、底座、立柱，立柱分别与上定位板和底座相连，千分头固定在上定位板上，立柱内壁设置导轨，滑块安装在导轨上并与导轨相配合实现相对移动，千分头通过连杆连接滑块，冷却水箱位于台架内部，冷却水箱上安装圆管，超声波换能器的一端连接滑块，其另一端穿过圆管伸入至冷却水箱里，底座安装在气缸套上，超声波换能器在千分头以及滑块的调整下，聚焦在气缸壁与活塞环间隙处；冷却水箱里设置温度传感器，外部水箱的出水口通过电子调速泵连接冷却水箱的进水口，冷却水箱的出水口连通外部水箱的进水口，温度传感器和电子调速泵均连接温度流量控制系统，超声波换能器连接超声波发射与接收装置。

【技术特征摘要】
1.一种超声波测气缸活塞环油膜厚度测试装置，其特征是：包括超声波换能器、台架、千分头、超声波发射与接收装置、温度流量控制系统、外部水箱；所述台架包括上定位板、底座、立柱，立柱分别与上定位板和底座相连，千分头固定在上定位板上，立柱内壁设置导轨，滑块安装在导轨上并与导轨相配合实现相对移动，千分头通过连杆连接滑块，冷却水箱位于台架内部，冷却水箱上安装圆管，超声波换能器的一端连接滑块，其另一端穿过圆管伸入至冷却水箱里，底座安装在气缸套上，超声波换能器在千分头以及滑块的调整下，聚焦在气缸壁与活塞环...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓涛，齐松博，石勇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23