[發明專利]基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201210561352.5
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103063355A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 何軍;黃平;楊倩倩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01L11/02
• 分類號: G01L11/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

????本發明涉及彈流潤滑接觸區油膜壓力測量技術領域，具體涉及基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量方法及裝置。

背景技術????

彈流潤滑通常出現在齒輪接觸副、滾動軸承和凸輪副等接觸中。在此類接觸中，相互摩擦的兩表面的相對運動將潤滑劑帶入接觸區，由于是點或者線接觸，并且兩表面的剛度均較高，接觸區的實際接觸面積通常較小，因此接觸應力較大。彈流潤滑線接觸區摩擦副內部及摩擦副間油膜壓力的準確測量是彈流潤滑及摩擦領域的基礎問題。

彈流潤滑摩擦副間油膜壓力的準確測量對研究油膜承載原理有著重要的意義。摩擦副表面下的內部應力狀態直接決定了零部件的工作狀態及壽命，而彈流潤滑壓力油膜的特征是接觸區內部壓力分布梯度極大、彈流潤滑膜厚度為微納米級別、接觸區典型寬度為300???????????????????????????????????????????????，因此彈流油膜壓力測量是彈流潤滑實驗中難度最大的。

彈流潤滑理論分析及數學模型的建立已經達到比較完善的水平，彈流接觸區的油膜壓力也能通過數值方法進行求解。彈流潤滑接觸區油膜壓力的測量方法主要有薄膜微壓力傳感器、拉曼顯微鏡和超聲波法、薄膜法、油膜膜厚反算法等，這些方法均存在一定的局限性：薄膜微壓力傳感器法由于制作工藝的原因，傳感器的尺寸始終無法做得比較小，因此空間分辨率有限，此外微傳感器的另一個缺點是由于溫度和壓力傳感器互相影響，這種方式的標定比較困難；拉曼顯微鏡法要通過掃描的方式來獲取測量點的散射光譜受壓力的影響，從而計算出壓力的變化，所以拉曼顯微鏡法獲得整個測量區間的壓力圖需要很長時間，并無法獲得瞬時的壓力曲線；超聲波法測量壓力分布的分辨率受制于超聲傳感器的尺寸和所用聲波的頻率，并不太適合彈流接觸區的壓力測量；薄膜法目前尚處在靜止接觸的測量階段；油膜膜厚反算法實際是一種間接的壓力測量方法而不是直接的壓力測量法。綜合來說，目前尚沒有很好的測量手段。

發明內容

彈流潤滑膜壓力及摩擦配副的壓力測量是一大難題，目前的彈流接觸區油膜壓力測量方法均存在著一定的局限性，無法滿足高分辨率、實時測量、能測量微納米區間壓力的要求。本發明提出了有著高分辨率、能實時測量彈流接觸區油膜瞬態壓力分布和摩擦配副內部壓力分布的基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量方法及裝置，具體技術方案如下。

基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量方法，采用透明的光彈性材料來制作形成彈流潤滑的摩擦試樣，在摩擦試樣的一側用偏振光照射摩擦接觸區域，在摩擦試樣的另一側檢偏鏡后朝向光源用顯微鏡放大觀察摩擦接觸區域，光彈性材料的特性使在偏振光照射的接觸區摩擦副內部出現光彈性條紋，經過對條紋進行計算及標定，測量出接觸區油膜壓力的大小。

上述基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量方法中，還通過光彈條紋實時顯示摩擦接觸區油膜壓力的大小變化。

基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量裝置，沿光路方向依次包括準直光源、起偏鏡、摩擦接觸區域、檢偏鏡、體視顯微鏡和成像記錄裝置，成像記錄裝置還與用于根據光彈性條紋計算摩擦接觸區壓力的計算機連接，所述摩擦接觸區域包括上試樣和下試樣，上試樣為由透明光彈性材料制成，下試樣為光彈性材料或金屬材料制成，上試樣的轉動由第一電機驅動，下試樣的轉動由第二電機驅動，上試樣1及第一電機通過支架安裝在縱向滑臺上，滑臺安裝在機架上且能沿機架上下微調移動；下試樣的下部分位于裝有潤滑油或潤滑脂的滾子盒中，下試樣轉動時將所述潤滑油或潤滑脂帶入摩擦接觸區，因此通過分別控制上試樣和下試樣的轉速形成各種彈流潤滑線接觸狀態。

進一步優化的，所述起偏鏡與摩擦接觸區域之間還設有1/4波片，摩擦接觸區域與檢偏鏡4之間還設有另一1/4波片，準直光源產生的單色光穿過起偏鏡、1/4波片、上試樣1、所述另一1/4波片、檢偏鏡、體視顯微鏡到達成像記錄裝置，摩擦接觸區域處于體視顯微鏡的視場中間，通過調節體視顯微鏡的目鏡與摩擦接觸區域的距離使成像清晰，成像記錄裝置拍攝到放大后的彈流接觸區及其上的光彈性圖像，光彈性圖像的條紋級次反映了接觸區油膜壓力和摩擦表面下內部應力的變化，通過計算機進行彈流接觸區的壓力計算和顯示。

進一步優化的，所述的基于光彈性的彈流潤滑線接觸壓力測量裝置還包括加載機構，加載機構包括加載杠桿，滾子盒安裝在加載杠桿一端且隨加載杠桿上下轉動，加載杠桿另一端設有用于調節上試樣和下試樣接觸壓力的載荷。