一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法。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。本发明专利技术在钢球和保持架的缝隙内填入润滑脂后，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上，使玻璃推力球轴承套圈和推力球轴承保持架钢球组件承受载荷；然后，显微镜高速摄像头依次拍摄玻璃推力球轴承套圈旋转和停转状态下推力球轴承保持架钢球组件中的钢球与玻璃推力球轴承套圈滚道之间的油膜光干涉图像，并观察第二相脂池形状；最后，取下推力球轴承保持架钢球组件和钢制推力球轴承套圈，拍摄钢制推力球轴承套圈的滚道中脂须形貌，得到脂须角度均值。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】
一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法
本专利技术属于测试
，涉及轴承油膜厚度检测，具体涉及一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法。
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实际轴承中的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方法，能够模拟推力球轴承在垂直放置时的复杂工况，并且对对不同位置处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，以及对试验后轴承内润滑分布形态(脂须)进行测量与观测。本专利技术具体如下：步骤1、将水平设置的传动模块支撑滑轨固定在试验台底座上，传动模块支架与传动模块支撑滑轨构成滑动副；然后，将紧固螺栓一穿过传动模块支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；接着，将传动轴通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；将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；最后，将轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定，使得传动轴水平设置。步骤2、在玻璃推力球轴承套圈的滚道表面镀铬膜和二氧化硅膜，且二氧化硅膜设置在内层；玻璃推力球轴承套圈设有多种规格，各规格玻璃推力球轴承套圈的外径和滚道尺寸参数不同。然后，将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承套圈套置在螺纹轴上，轴套也套置在螺纹轴上，玻璃推力球轴承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；接着，将六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套。最后，将螺纹轴与传动轴通过联轴器连接，使得螺纹轴与传动轴同轴设置。步骤3、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上；其中，加载机构的加载支架也与传动模块支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓二穿过加载支架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；然后，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，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；接着，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承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套圈的滚道内。最后，拧紧紧固螺栓二。步骤4、加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷。然后，打开显微镜高速摄像头中的单色光源。步骤5、将显微镜高速摄像头对准玻璃推力球轴承套圈的滚道，单色光源经过玻璃推力球轴承套圈，达到玻璃推力球轴承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。调整显微镜聚焦后，传动机构驱动传动轴，传动轴带动螺纹轴、轴套和玻璃推力球轴承套圈旋转。步骤6、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推力球轴承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，从而得到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃推力球轴承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，靠近玻璃推力球轴承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，进而测量出传动轴运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承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7、使传动机构停转驱动传动轴，显微镜高速摄像头拍摄钢球与玻璃推力球轴承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，进而测量出传动轴停转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承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d2。步骤8、对比d1、d2，并观察步骤6和步骤7中得到的第二相脂池形状，分析第二相脂池中的润滑剂在毛细作用下的回流行为、回流量随时间变化情况、轴承工作时和停止工作后第二相脂池的回流状态。步骤9、重复执行三次以下步骤：依次执行步骤5、步骤6、步骤7和步骤8；每次重复时，在步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道位置不同；总共四次执行的步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道四个位置分别为水平面上的两个位置和竖直面上的两个位置。步骤10、加载机构对钢制推力球轴承套圈卸载，从而撤除推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈之间的加载力；然后，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使推力球轴承保持架钢球组件远离玻璃推力球轴承套圈；接着，取下推力球轴承保持架钢球组件和钢制推力球轴承套圈，通过显微镜高速摄像头拍摄钢制推力球轴承套圈的滚道中脂须形貌；在钢制推力球轴承套圈的滚道上选择沿周向均布的四个点位，测量每个点位脂须数量以及各脂须与滚道之间的角度；最后，将所有脂须与滚道之间的角度求和后，除以四个点位处脂须数量总和，得到脂须角度均值。步骤11、使用石油醚对钢制推力球轴承套圈、推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈进行清洗。步骤12、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：该方法具体如下：/n步骤1、将水平设置的传动模块支撑滑轨固定在试验台底座上，传动模块支架与传动模块支撑滑轨构成滑动副；然后，将紧固螺栓一穿过传动模块支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；接着，将传动轴通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；将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；最后，将轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定，使得传动轴水平设置；/n步骤2、在玻璃推力球轴承套圈的滚道表面镀铬膜和二氧化硅膜，且二氧化硅膜设置在内层；玻璃推力球轴承套圈设有多种规格，各规格玻璃推力球轴承套圈的外径和滚道尺寸参数不同；然后，将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承套圈套置在螺纹轴上，轴套也套置在螺纹轴上，玻璃推力球轴承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；接着，将六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套；最后，将螺纹轴与传动轴通过联轴器连接，使得螺纹轴与传动轴同轴设置；/n步骤3、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上；其中，加载机构的加载支架也与传动模块支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓二穿过加载支架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；然后，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，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；接着，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承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套圈的滚道内；最后，拧紧紧固螺栓二；/n步骤4、加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷；然后，打开显微镜高速摄像头中的单色光源；/n步骤5、将显微镜高速摄像头对准玻璃推力球轴承套圈的滚道，单色光源经过玻璃推力球轴承套圈，达到玻璃推力球轴承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；调整显微镜聚焦后，传动机构驱动传动轴，传动轴带动螺纹轴、轴套和玻璃推力球轴承套圈旋转；/n步骤6、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推力球轴承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，从而得到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃推力球轴承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，靠近玻璃推力球轴承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，进而测量出传动轴运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承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；/n步骤7、使传动机构停转驱动传动轴，显微镜高速摄像头拍摄钢球与玻璃推力球轴承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，进而测量出传动轴停转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承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d2；/n步骤8、对比d1、d2，并观察步骤6和步骤7中得到的第二相脂池形状，分析第二相脂池中的润滑剂在毛细作用下的回流行为、回流量随时间变化情况、轴承工作时和停止工作后第二相脂池的回流状态；/n步骤9、重复执行三次以下步骤：依次执行步骤5、步骤6、步骤7和步骤8；每次重复时，在步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道位置不同；总共四次执行的步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道四个位置分别为水平面上的两个位置和竖直面上的两个位置；/n步骤10、加载机构对钢制推力球轴承套圈卸载，从而撤除推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈之间的加载力；然后，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使推力球轴承保持架钢球组件远离玻璃推力球轴承套圈；接着，取下推力球轴承保持架钢球组件和钢制推力球轴承套圈，通过显微镜高速摄像头拍摄钢制推力球轴承套圈的滚道中脂须形貌；在钢制推力球轴承套圈的滚道上选择沿周向均布的四个点位，测量每个点位脂须数量以及各脂须与滚道之间的角度；最后，将所有脂须与滚道之间的角度求和后，除以四个点位处脂须数量总和，得到脂须角度均值；/n步骤11、使用石油醚对钢制推力球轴承套圈、推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈进行清洗；/n步骤12、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上，在推力球轴承保持架钢球组件的钢球和保持架之...

【技术特征摘要】
1.一种推力球轴承光干涉线性油膜厚度检测方法，其特征在于：该方法具体如下：
步骤1、将水平设置的传动模块支撑滑轨固定在试验台底座上，传动模块支架与传动模块支撑滑轨构成滑动副；然后，将紧固螺栓一穿过传动模块支架开设的通孔和传动模块支撑滑轨开设的调节槽，并与螺母一连接；接着，将传动轴通过双列角接触球轴承支承在轴承外套内；将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；最后，将轴承外套与传动模块支架通过螺钉固定，使得传动轴水平设置；
步骤2、在玻璃推力球轴承套圈的滚道表面镀铬膜和二氧化硅膜，且二氧化硅膜设置在内层；玻璃推力球轴承套圈设有多种规格，各规格玻璃推力球轴承套圈的外径和滚道尺寸参数不同；然后，将与推力球轴承保持架钢球组件匹配的玻璃推力球轴承套圈套置在螺纹轴上，轴套也套置在螺纹轴上，玻璃推力球轴承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；接着，将六角螺母与螺纹轴通过螺纹连接，并压紧轴套；最后，将螺纹轴与传动轴通过联轴器连接，使得螺纹轴与传动轴同轴设置；
步骤3、将钢制推力球轴承套圈固定安装在加载机构上；其中，加载机构的加载支架也与传动模块支撑滑轨构成滑动副；紧固螺栓二穿过加载支架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；然后，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，将推力球轴承保持架钢球组件贴合于钢制推力球轴承套圈上；接着，拧松紧固螺栓二，调节加载机构的加载支架在传动模块支撑滑轨上的位置，使玻璃推力球轴承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套圈的滚道内；最后，拧紧紧固螺栓二；
步骤4、加载机构对钢制推力球轴承套圈施加载荷，使推力球轴承保持架钢球组件和玻璃推力球轴承套圈承受载荷；然后，打开显微镜高速摄像头中的单色光源；
步骤5、将显微镜高速摄像头对准玻璃推力球轴承套圈的滚道，单色光源经过玻璃推力球轴承套圈，达到玻璃推力球轴承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；调整显微镜聚焦后，传动机构驱动传动轴，传动轴带动螺纹轴、轴套和玻璃推力球轴承套圈旋转；
步骤6、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推力球轴承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，从而得到玻璃推力球轴承套圈的滚道和钢球接触区内经过钢球中心且沿玻璃推力球轴承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，靠近玻璃推力球轴承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，进而测量出传动轴运转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承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7、使传动机构停转驱动传动轴，显微镜高速摄像头拍摄钢球与玻璃推力球轴承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，进而测量出传动轴停转状态下第二相脂池朝向钢球滚动方向的边缘到玻璃推力球轴承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d2；
步骤8、对比d1、d2，并观察步骤6和步骤7中得到的第二相脂池形状，分析第二相脂池中的润滑剂在毛细作用下的回流行为、回流量随时间变化情况、轴承工作时和停止工作后第二相脂池的回流状态；
步骤9、重复执行三次以下步骤：依次执行步骤5、步骤6、步骤7和步骤8；每次重复时，在步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道位置不同；总共四次执行的步骤5中，显微镜高速摄像头对准的玻璃推力球轴承套圈滚道四个位置分别为水平面上的两个位置和竖直面上的两个位置；
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【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