【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种油膜厚度测量装置及方法，具体涉及一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置及方法，属于润滑油膜厚度测量领域。
技术介绍
1、滚动轴承可以提供高度的运行精度和定位精度，这对于要求高精度的应用(如机床、精密仪器等)至关重要。在适当的安装、润滑和维护条件下，滚动轴承能提供非常可靠的性能。滚动轴承可以在非常高的速度下运行，这使得它们适用于高速旋转设备，如电机、汽车、高速列车等。
2、在滚动轴承中，良好的润滑意味着润滑剂能够在滚动体和滚道之间形成足够的润滑膜，尽管这层膜相对薄，但足以防止金属间的接触。油膜的存在减少了疲劳磨损，延长了轴承的使用寿命。油膜厚度作为直接反映轴承接触区润滑状态的重要参数，需要进行测量。
3、目前油膜厚度的测量主要包括电学法、光学法、超声波法。电学法通常通过测量电容或电阻来确定膜厚，其测量结果会受到材料电性质、环境因素的影响。光学法通常需要与被测物体直接接触或近距离测量，因此，对样品表面的平整度和光学性质要求较高，对光线的反射和吸收也会产生影响，光学法只在透明材料的测量中有优势，超声波法是一种非接触式无损伤测量技术，可以在线实时监测膜厚变化。
4、在高速重载工况下，滚动轴承因运转速度快和载荷大，导致其内部产生大量摩擦热。这种摩擦不仅提高了轴承本身的温度，还会导致周围环境温度升高，高温会使润滑油的粘度降低，润滑效果减弱，进而加剧了摩擦和磨损。长时间在此环境下运行，不仅加速了轴承的磨损过程，还会引起润滑油的老化或热分解，释放出更多的热量。超声探头通常需要使用耦合剂来保证探头与
技术实现思路
1、本专利技术为克服现有技术，针对水浸超声探头周围耦合剂温度过高以及超声脉冲难以作用于油膜接触区中心，使接触区膜厚测量结果准确性差的问题，而提出一种滚动轴承油膜厚度超声测量方法及装置。
2、一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置包含电驱主轴旋转系统、测量系统、径向加载系统、冷却系统、润滑系统和定位系统；
3、所述电驱主轴旋转系统包含电主轴座箱体、电主轴和主轴；电主轴安装于电主轴座箱体上，主轴与电主轴的输出端连接，主轴用于通过被测滚动轴承与定位系统可转动连接；
4、所述测量系统包含转速测量组件和水浸超声探头，所述转速测量组件实现测量电主轴的输出转速，所述水浸超声探头产生超声脉冲；
5、所述径向加载系统设置于定位系统，实现对主轴加载径向力；
6、所述冷却系统实现对所述水浸超声探头的冷却；
7、所述润滑系统设置于定位系统，对被测滚动轴承供给润滑油。
8、一种滚动轴承油膜厚度超声测量方法，基于所述的滚动轴承油膜厚度超声测量装置，所述方法包含以下步骤：
9、首先，润滑系统给被测滚动轴承供给润滑油，冷却系统给水浸超声探头降温，电主轴驱动被测滚动轴承的内圈及滚子转动，滚子与外圈产生油膜层；
10、然后，调整超声换能器的水浸超声探头，聚焦超声束垂直入射到油膜层上；
11、同时，转速测量组件测量电主轴的输出转速，信号发生器产生的方波触发脉冲收发器，脉冲收发器发射尖脉冲来激励水浸超声探头产生一系列超声脉冲作用于油膜层，数字示波器记录连续反射的时域超声脉冲，然后将其发送到上位机，获得接触区中心处的超声信号频域幅值，选择最小超声信号频域幅值计算得到接触区中心处的最小反射系数幅值，选择最小反射系数幅值并基于温度修正得到接触区中心油膜厚度。
12、本专利技术相比现有技术的有益效果是：
13、1、本申请装置充分考虑了高温工况下滚动轴承的运动情况，应用时可模拟滚动轴承在高速重载情况下的运动，进而可作为直接反映轴承接触区润滑状态的重要参数的油膜厚度的测量。
14、2、本申请针对水浸超声探头周围耦合剂温度过高以及接触区膜厚受温度影响导致测量结果准确性差的问题，在滚动轴承持续运转过程中，通过冷却系统在低温下降低耦合剂温度和水浸超声探头工作温度，可用于高温工况下滚动轴承油膜厚度的测量。
15、3、本申请选择最小超声反射系数振幅以及考虑温升对油膜厚度的影响来计算接触区域中心的油膜厚度，提出了考虑接触区温度的弹流膜厚修正方法能够修正热效应等引起的接触区密度、声速变化，从而更准确地评估弹流膜厚。
16、4、本申请设计的冷却系统和提出的与工况关联的冷却剂流量控制方法可确保超声探头的工作环境温度稳定在20-35℃之间，使其超声探头油膜厚度测试性能稳定，准确可靠，克服了轴承高转速以及高温润滑油等引起的高温环境对测试的不利影响。
17、下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
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1.一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：包含电驱主轴旋转系统(11)、测量系统(12)、径向加载系统(13)、冷却系统(14)、润滑系统(15)和定位系统(16)；
2.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述转速测量组件包含内圈转速传感器支架(22)和光电传感器(213)；光电传感器(213)设置于电主轴(214)的输出端下方，并被内圈转速传感器支架(22)固定。
3.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述定位系统(16)包含箱盖(225)、箱体(23)、箱体定位槽(24)、拆卸固定杆(25)和定位锁止块(256)，箱盖(225)盖合在箱体(23)上，箱体定位槽(24)与箱体(23)连接，定位锁止块(256)与拆卸固定杆(25)设置于箱体(23)，并对径向加载系统(13)进行定位。
4.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：电驱主轴旋转系统(11)还包含电主轴座上盖(218)、电主轴联轴器(215)、驱动端主轴螺母(216)、轴承左端盖(217)、支
5.根据权利要求4所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述径向加载系统(13)包含加载连接件(226)、拉力传感器连接件(228)、拉力传感器(229)、液压加载缸(230)、液压缸连接杆(231)、液压缸与箱体连接件(232)、拉力连接件(233)、连接螺栓(238)和两个碟形弹簧(227)；
6.根据权利要求5所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述冷却系统包含油雾隔离板(236)、冷却循环铜管(240)和玻璃棉隔热板(241)，冷却循环铜管(240)和玻璃棉隔热板(241)安装在设置于外圈滚子轴承套(243)的水槽中，油雾隔离板(236)设置于测试轴承套(235)和外圈滚子轴承套(243)之间。
7.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述润滑系统包含喷油管(244)、润滑油进油管(248)和加载喷油环(249)；润滑油进油管(248)与喷油管(244)固定在加载喷油环(249)上，用于对被测滚动轴承(242)喷油润滑。
8.一种滚动轴承油膜厚度超声测量方法，其特征在于：基于权利要求1-8任一项权利要求所述的滚动轴承油膜厚度超声测量装置，所述方法包含以下步骤：
9.根据权利要求8所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量方法，其特征在于：选择最小超声信号频域幅值计算得到最小反射系数幅值|R(fc)|：
10.根据权利要求9所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量方法，其特征在于：选择最小反射系数幅值并基于温度修正得到接触区中心油膜厚度方法是：
...【技术特征摘要】
1.一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：包含电驱主轴旋转系统(11)、测量系统(12)、径向加载系统(13)、冷却系统(14)、润滑系统(15)和定位系统(16)；
2.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述转速测量组件包含内圈转速传感器支架(22)和光电传感器(213)；光电传感器(213)设置于电主轴(214)的输出端下方，并被内圈转速传感器支架(22)固定。
3.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：所述定位系统(16)包含箱盖(225)、箱体(23)、箱体定位槽(24)、拆卸固定杆(25)和定位锁止块(256)，箱盖(225)盖合在箱体(23)上，箱体定位槽(24)与箱体(23)连接，定位锁止块(256)与拆卸固定杆(25)设置于箱体(23)，并对径向加载系统(13)进行定位。
4.根据权利要求1所述一种滚动轴承油膜厚度超声测量装置，其特征在于：电驱主轴旋转系统(11)还包含电主轴座上盖(218)、电主轴联轴器(215)、驱动端主轴螺母(216)、轴承左端盖(217)、支承球轴承(221)、轴承外圈轴套(222)、径向加载轴承预紧弹簧(223)、驱动端轴承预紧垫圈b(224)、测试轴承套(235)、轴向加载端盖(237)、外圈滚子轴承套(243)、滚子轴承锁紧螺母(245)、内圈滚子轴承套(246)、测试端主轴螺母(247)、径向加载轴承预紧弹簧(223)、径向加载轴承内隔套(252)、径向加载轴承弹簧垫圈(254)、轴向挡板(255)、加载球轴承(253)、驱动端轴承预紧垫圈...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉新，张传伟，汪剑云，古乐，贺彦博，于海德，闫铭泽，宋冠明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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