推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台及其检测方法技术

本发明专利技术公开了推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台及其检测方法。现有基于球盘的光干涉膜厚测量方法无法准确反应轴承中油膜厚度。本发明专利技术的玻璃轴承套圈模块由传动模块驱动旋转；玻璃轴承套圈模块包括玻璃推力球轴承上套圈、轴套、螺纹轴和六角螺母；加载模块包括弹簧、加载棒、加载支架、嵌入型导向轴支座和滑动座台；推力球轴承下套圈通过销钉固定在滑动座台上，推力球轴承保持架钢球组件放置于推力球轴承下套圈上；加载模块使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承上套圈承受载荷；光学系统模块拍摄油膜光干涉图像。本发明专利技术能分析轴承实际工作时油膜状态和基础油的回流机制。

【技术实现步骤摘要】
推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台及其检测方法
本专利技术属于测试
，涉及轴承油膜厚度检测装置，具体涉及一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台及其油膜厚度检测方法。
技术介绍
滚动轴承作为机械设备中基础部件之一，它有着滑动摩擦因数小、工业标准化程度高、安排结构紧凑以及易于启动等诸多优点，其广泛被工业、交通运输、农业、家电、航空航天以及国防安防等众多领域应用，为世界化的机械工业4.0发展有着重大影响。作为我国最具有战略性基础产业，是我国重点关注和研究的对象。在过去的六十多年发展基础上，我国的轴承行业已经拥有了可观的自主开发能力、较强的技术能力和较大的生产力。滚动轴承的润滑特性影响其实际运行状态和寿命，大多数的轴承损坏与润滑不良紧密相关，而润滑油膜厚度是表征轴承运行状况最直接的参数。轴承中的润滑脂在经过一段时间搅拌后，大量润滑脂积累在轴承保持架、轨道两侧以及密封圈上，而接触区内的膜厚却非常薄。在这种情况下，润滑脂如何向接触区持续提供润滑保障，一直是脂润滑乃至轴承工业界的关注点；当润滑脂不能再保证有效的润滑膜时，便需要重新供脂。因而，能够检测滚动轴承在运转时其油膜厚度的分布情况，对于根据不同工况选用润滑脂以及确定轴承使用中的供脂周期具有重要意义。关于油膜厚度的检测，尤其是在全轴承测试中，相关的专利专利技术数量较少。目前的油膜厚度检测方法有光干涉法，电涡流法，电容法和光纤传感器法。其中光干涉油膜厚度检测精度最高。但是目前广泛采用球盘试验机来模拟轴承的实际工况，从理论分析看，球(或平面)与球(或沟道)在分析接触应力时都使用Hertz(赫兹)接触模型，因此球盘模拟能够一定程度上反应球与沟道的接触应力和应变，但是当对轴承进行滚滑分析时，由于Heathcote(蠕滑)滑动的影响，其接触形式发生重大改变，不再适用简单的Hertz接触模型，球盘试验也很难模拟轴承内的滚滑接触，其检测结果更无法准确反应实际轴承工作中的润滑脂油膜厚度。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有基于球盘的光干涉膜厚测量方法无法准确反应轴承中实际油膜厚度状态的问题，提供一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台及其检测方法，能够模拟推力球轴承中复杂工况，并且对滚道与滚子之间的油膜厚度进行检测，对不同速度下点接触区入口润滑脂供给以及整体脂池演变进行在线观测。本专利技术推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台，包括试验台底座、传动模块、玻璃轴承套圈模块、加载模块和光学系统模块；所述的光学系统模块包括显微镜高速摄像头和图像采集卡；图像采集卡的输入端连接显微镜高速摄像头的输出端。所述的传动模块包括主动带轮、从动带轮、V带、电机支撑滑轨、传动模块支撑滑轨、驱动电机、电机座、传动模块支架、双列角接触球轴承、传动轴和轴承外套；驱动电机的底座固定在电机座上；所述的电机座固定在与电机支撑滑轨构成滑动副的滑块一上；紧固螺栓一穿过滑块一开设的通孔和电机支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；所述的电机支撑滑轨竖直设置，并固定在试验台底座上；驱动电机的输出轴与主动带轮固定；从动带轮与传动轴固定，并与主动带轮通过V带连接；驱动电机的输出轴竖直设置；所述的传动轴竖直设置，并通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定；传动模块支架通过螺钉固定在与传动模块支撑滑轨构成滑动副的滑块二上；紧固螺栓二穿过滑块二开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母二连接；所述的传动模块支撑滑轨竖直设置，并固定在试验台底座上。所述的玻璃轴承套圈模块包括玻璃推力球轴承上套圈、轴套、螺纹轴和六角螺母；所述玻璃推力球轴承上套圈的滚道表面镀有二氧化硅膜，并在二氧化硅膜外镀有铬膜。玻璃推力球轴承上套圈和轴套均套置在螺纹轴上；玻璃推力球轴承上套圈的两侧分别通过螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩轴向定位；六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套。螺纹轴竖直设置，并与传动模块的传动轴通过联轴器连接。玻璃推力球轴承上套圈设有多种规格。所述的加载模块包括弹簧、加载棒、加载支架、嵌入型导向轴支座和滑动座台。所述的嵌入型导向轴支座通过螺钉固定在加载支架上；所述的加载支架固定在试验台底座上；所述的滑动座台竖直设置，并与嵌入型导向轴支座构成滑动副；所述加载棒的外螺纹与试验台底座的螺纹孔连接；滑动座台底部设有一体成型的中心定位杆，弹簧套于中心定位杆上；中心定位杆嵌入加载棒的内孔中；弹簧两端分别与加载棒端面和滑动座台的轴肩接触；所述加载棒的外壁设有加载力刻度。进一步，所述的显微镜高速摄像头包括CCD相机和显微镜，CCD相机拍摄显微镜的显微图。进一步，轴承垫圈与轴承外套通过螺钉固定，对双列角接触球轴承进行轴向限位。进一步，所述玻璃推力球轴承上套圈的两侧与螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩之间均设有橡胶垫圈。该推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台的检测方法，具体如下：步骤1、将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承上套圈安装在螺纹轴和轴套之间，并通过六角螺母压紧固定。然后，将推力球轴承下套圈通过销钉固定在滑动座台上，将推力球轴承保持架钢球组件放置于推力球轴承下套圈上，并在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之间的缝隙内填入润滑脂。接着，拧松紧固螺栓一和紧固螺栓二，同步调节滑块一在电机支撑滑轨上的位置和滑块二在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承上套圈贴合推力球轴承保持架钢球组件，并使推力球轴承保持架钢球组件的钢球嵌入玻璃推力球轴承上套圈的滚道内。最后，拧紧紧固螺栓一和紧固螺栓二。步骤2、旋转加载棒压缩弹簧，使滑动座台推动推力球轴承保持架钢球组件上移，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承上套圈承受载荷。步骤3、将显微镜高速摄像头放置于玻璃推力球轴承上套圈滚道上方，打开显微镜高速摄像头中的单色光源，单色光源经过玻璃推力球轴承上套圈，达到玻璃轴承上套圈的滚道和钢球表面时被分别反射，两部分反射光由于光程差产生干涉条纹。步骤4、调整显微镜聚焦后，启动驱动电机，驱动电机通过主动带轮和V带带动从动带轮将动力传至传动轴，传动轴带动螺纹轴、轴套和玻璃推力球轴承上套圈旋转。然后，使用显微镜高速摄像头拍摄推力球轴承保持架钢球组件中的钢球与玻璃轴承上套圈滚道之间的油膜光干涉图像，间隔小于0.6s拍摄一次，拍摄时间大于30s；采集到的油膜光干涉图像经图像采集卡传给计算机，计算机计算出油膜厚度，从而得到玻璃轴承上套圈的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃轴承上套圈滚道切线方向的直线所在位置上膜厚分布，以及与该直线垂直的直线所在位置上膜厚分布。拍摄油膜光干涉图像时，靠近玻璃轴承上套圈滚道和钢球接触区的第二相脂池状态也被采集并经图像采集卡传给计算机，进而测量出驱动电机运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃轴承上套圈滚道和钢球接触区朝向钢球滚动方向的边缘之间的最小距离d1。步骤5、使驱动电机停转，显微镜高速摄像头拍摄钢球与玻璃轴承上套圈滚道之间的油膜光干涉图像，间隔小于0.6s拍摄一次，拍摄时间大于30s；采集到的油膜光干涉图像经图像采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台，包括试验台底座、传动模块和加载模块，其特征在于：还包括玻璃轴承套圈模块和光学系统模块；所述的光学系统模块包括显微镜高速摄像头和图像采集卡；图像采集卡的输入端连接显微镜高速摄像头的输出端；所述的传动模块包括主动带轮、从动带轮、V带、电机支撑滑轨、传动模块支撑滑轨、驱动电机、电机座、传动模块支架、双列角接触球轴承、传动轴和轴承外套；驱动电机的底座固定在电机座上；所述的电机座固定在与电机支撑滑轨构成滑动副的滑块一上；紧固螺栓一穿过滑块一开设的通孔和电机支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；所述的电机支撑滑轨竖直设置，并固定在试验台底座上；驱动电机的输出轴与主动带轮固定；从动带轮与传动轴固定，并与主动带轮通过V带连接；驱动电机的输出轴竖直设置；所述的传动轴竖直设置，并通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定；传动模块支架通过螺钉固定在与传动模块支撑滑轨构成滑动副的滑块二上；紧固螺栓二穿过滑块二开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母二连接；所述的传动模块支撑滑轨竖直设置，并固定在试验台底座上；/n所述的玻璃轴承套圈模块包括玻璃推力球轴承上套圈、轴套、螺纹轴和六角螺母；所述玻璃推力球轴承上套圈的滚道表面镀有二氧化硅膜，并在二氧化硅膜外镀有铬膜；玻璃推力球轴承上套圈和轴套均套置在螺纹轴上；玻璃推力球轴承上套圈的两侧分别通过螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩轴向定位；六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套；螺纹轴竖直设置，并与传动模块的传动轴通过联轴器连接；玻璃推力球轴承上套圈设有多种规格；/n所述的加载模块包括弹簧、加载棒、加载支架、嵌入型导向轴支座和滑动座台；所述的嵌入型导向轴支座通过螺钉固定在加载支架上；所述的加载支架固定在试验台底座上；所述的滑动座台竖直设置，并与嵌入型导向轴支座构成滑动副；所述加载棒的外螺纹与试验台底座的螺纹孔连接；滑动座台底部设有一体成型的中心定位杆，弹簧套于中心定位杆上；中心定位杆嵌入加载棒的内孔中；弹簧两端分别与加载棒端面和滑动座台的轴肩接触；所述加载棒的外壁设有加载力刻度。/n...

【技术特征摘要】
1.推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台，包括试验台底座、传动模块和加载模块，其特征在于：还包括玻璃轴承套圈模块和光学系统模块；所述的光学系统模块包括显微镜高速摄像头和图像采集卡；图像采集卡的输入端连接显微镜高速摄像头的输出端；所述的传动模块包括主动带轮、从动带轮、V带、电机支撑滑轨、传动模块支撑滑轨、驱动电机、电机座、传动模块支架、双列角接触球轴承、传动轴和轴承外套；驱动电机的底座固定在电机座上；所述的电机座固定在与电机支撑滑轨构成滑动副的滑块一上；紧固螺栓一穿过滑块一开设的通孔和电机支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；所述的电机支撑滑轨竖直设置，并固定在试验台底座上；驱动电机的输出轴与主动带轮固定；从动带轮与传动轴固定，并与主动带轮通过V带连接；驱动电机的输出轴竖直设置；所述的传动轴竖直设置，并通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定；传动模块支架通过螺钉固定在与传动模块支撑滑轨构成滑动副的滑块二上；紧固螺栓二穿过滑块二开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母二连接；所述的传动模块支撑滑轨竖直设置，并固定在试验台底座上；
所述的玻璃轴承套圈模块包括玻璃推力球轴承上套圈、轴套、螺纹轴和六角螺母；所述玻璃推力球轴承上套圈的滚道表面镀有二氧化硅膜，并在二氧化硅膜外镀有铬膜；玻璃推力球轴承上套圈和轴套均套置在螺纹轴上；玻璃推力球轴承上套圈的两侧分别通过螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩轴向定位；六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套；螺纹轴竖直设置，并与传动模块的传动轴通过联轴器连接；玻璃推力球轴承上套圈设有多种规格；
所述的加载模块包括弹簧、加载棒、加载支架、嵌入型导向轴支座和滑动座台；所述的嵌入型导向轴支座通过螺钉固定在加载支架上；所述的加载支架固定在试验台底座上；所述的滑动座台竖直设置，并与嵌入型导向轴支座构成滑动副；所述加载棒的外螺纹与试验台底座的螺纹孔连接；滑动座台底部设有一体成型的中心定位杆，弹簧套于中心定位杆上；中心定位杆嵌入加载棒的内孔中；弹簧两端分别与加载棒端面和滑动座台的轴肩接触；所述加载棒的外壁设有加载力刻度。


2.根据权利要求1所述的推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台，其特征在于：所述的显微镜高速摄像头包括CCD相机和显微镜，CCD相机拍摄显微镜的显微图。


3.根据权利要求1所述的推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台，其特征在于：轴承垫圈与轴承外套通过螺钉固定，对双列角接触球轴承进行轴向限位。


4.根据权利要求1所述的推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台，其特征在于：所述玻璃推力球轴承上套圈的两侧与螺纹轴的轴肩和轴套的轴肩之间均设有橡胶垫圈。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测试验台的检测方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤1、将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承上套圈安装在螺纹轴和轴套之间，并通过六角螺母压紧固定；然后，将推力球轴承下套圈通过销钉固定在滑动座台上，将推力球轴承保持架钢球组件放置于推力球轴承下套圈上，并在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之间的缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴参，杨凯，陈颖，李兴林，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33