CN110274547B - 一种双向速度点接触光弹流试验台 - Google Patents

Abstract

本发明属于光干涉试验设备技术领域，具体涉及一种双向速度点接触光弹流试验台，主体结构包括导轨、球盒、伺服电机、联轴器、小球连杆、球托、钢球、拉伸弹簧、玻璃盘、螺纹压板、轴承、主轴、激振器连杆、激振器轴套和激振器螺纹托，使用时，分别与相机、显微镜、信号发生器、计算机和2个激振器连接，激振器分别带动钢球往复运动和玻璃盘旋转，支架上安装的显微镜和相机用于记录试验过程中钢球与玻璃盘接触区的油膜图像并存入计算机，一号伺服电机控制钢球的转速，二号伺服电机控制玻璃盘的转速，激振器控制钢球轴向往复运动的距离，信号发生器控制钢球轴向往复运动的频率，计算机控制试验过程中激振器的初始载荷大小。

Description

一种双向速度点接触光弹流试验台

技术领域：

本发明属于光干涉试验设备技术领域，具体涉及一种双向速度点接触光弹流试验台，与激振器、信号发生器和计算机配合进行光干涉试验。

背景技术：

光干涉方法是利用光干涉原理而设计的一种物理方法，主要技术手段是各种干涉仪。光的干涉是若干个光波(成员波)相遇时产生的光强分布不等于由各个成员波单独造成的光强分布之和，而出现明暗相间的现象。干涉现象通常表现为光强在空间作相当稳定的明暗相间条纹分布；有时则表现为当干涉装置的某一参量随时间改变时，在某一固定点处接收到的光强按一定规律作强弱交替的变化。干涉可分为双光波干涉和多光波干涉。当成员波在考察点处偏振方向不一致时，产生偏振光的干涉。可广泛用于精密计量、天文观测、光弹性应力分析及光学精密加工中的自动控制等领域。光干涉法是测量润滑油膜厚度最有效的方法之一，干涉图像光强和色彩反映出接触区内部油膜厚度的形状和分布，控制摩擦、减小磨损、改善润滑性能已成为节约能源和原材料、缩短维修时间的重要措施。控制摩擦磨损的方法往往来自于试验的表征，随着摩擦学发展，试验研究的工况越来越复杂，现有的单向速度点接触试验台已经无法满足试验的需要了，例如：中国专利201010198089.9公开的重载光弹流油膜测量装置由三个部分组成：一、运动机构，包括伺服电机、带轮、丝杠、滑块和透明材料，其中伺服电机为动力源，通过带轮带动丝杠，丝杠被固定在滑块上，滑块由丝杠带动在导轨上作直线滑动，滑块中装有透明材料，其下表面压在被测试件上，与被测试件构成一对接触体，透明材料暴露在外的宽度略大于滚子长度；二、支承机构，包括一对固定滚轮、和一对浮动滚子、被测试件由一对浮动滚子、支承，同时这对浮动滚子、又由上述一对固定滚轮、和加载滚轮支承，固定滚轮、和加载滚轮上都各自装有滚动轴承，可实现纯滚动；三、加载机构，包括载荷砝码和另一端的加载滚轮，载荷砝码通过杠杆机构放大后由加载滚轮作用在被测试件上，加载滚轮上装有滚动轴承；入射冷光源通过窄带滤光片，经显微镜照射到试件上，干涉图像也通过显微镜放大后，由CCD传输到计算机处理；中国专利201610850701.3公开的一种高速重载滚子光弹流油膜测量装置包括运动机构、加载机构、支撑装置和图像采集处理***，所述运动机构包括调速电机、第一联轴器、减速器、第二联轴器、转动盘、轴套和透明材料，所述调速电机通过所述第一联轴器与所述减速器相连，所述减速器通过所述第二联轴器与所述转动盘相连，所述转动盘连接所述轴套，所述透明材料具有伸出端和与所述伸出端相对应的***端，所述***端插设于所述轴套中，所述伸出端外露于所述轴套，所述转动盘带动所述轴套，所述轴套带动所述透明材料作旋转运动，所述加载机构包括可移动支撑、杠杆、气缸、压力传感器、浮动滚轮、被测滚子和气缸控制***，所述气缸控制***与所述气缸电性连接，所述杠杆的一端连接所述浮动滚轮，另一端连接所述气缸，所述杠杆的中部套设有所述可移动支撑，所述浮动滚轮接触所述被测滚子，所述被测滚子设置在所述浮动滚轮的下方，所述支撑装置包括偶数个支撑轮，所述偶数个支撑轮对称分布在所述透明材料的伸出端的两侧，所述图像采集处理***包括图像采集装置和图像处理***，所述图像采集装置设置于所述透明材料的外侧，所述图像采集装置与被测滚子对齐，所述图像采集装置与所述图像处理***电性连接；中国专利201811155691.7公开的一种圆环式光弹流油膜测量试验机，包括底座和安装在底座上的轴承座，所述的底座上设有驱动机构、加载机构以及图像采集处理***，驱动机构：包括由轴承座支撑的传动主轴，传动主轴前端连接有套筒，套筒内圈固连有玻璃环，玻璃环内圈底部放置有被测滚子；加载机构：包括平行传动主轴轴线设置的前杠杆、垂直于前杠杆且与前杠杆不在同一平面的后杠杆，前杠杆前端安装有带浮动滚轮的加载头，所述浮动滚轮垂直施压于被测滚子上构成油膜接触区域，后杠杆前端施压于前杠杆后端上，后杠杆后端悬挂有加压砝码；图像采集处理***：包括显微镜、光源以及数据采集处理的电脑，所述显微镜具有拍摄所述油膜接触区域所形成的油膜干涉图并传输至电脑的高速摄像机。因此，寻求设计一种双向速度点接触光弹流试验台，具有良好的经济效益和社会效益。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，研发一种双向速度点接触光弹流试验台，与激振器、信号发生器和计算机配合进行双向速度点接触光弹流试验。

为了实现上述目的，本发明涉及的双向速度点接触光弹流试验台的主体结构包括基座、导轨、电机安装座、球盒、一号伺服电机、一号联轴器、小球连杆、球托、钢球、拉伸弹簧、主轴安装板、连接组件、电机支撑座、二号联轴器、二号伺服电机、主轴承载座、轴承安装件、玻璃盘、螺纹压板、轴承、主轴、一号激振器连杆、二号激振器连杆、激振器轴套和激振器螺纹托；桌式结构的基座的台面上设置有导轨，导轨中设置有由横板和纵板组成的L形板状结构的电机安装座以及球盒，一号伺服电机穿过电机安装座的纵板后通过一号联轴器与小球连杆转动式连接，小球连杆与被球托固定在球盒中的钢球连接，球盒与固定设置在基座台面上的拉伸弹簧连接；主轴安装板通过连接组件设置于基座的两条桌腿之间，主轴安装板的下表面与U形结构的电机支撑座连接，电机支撑座的U形槽中设置有二号联轴器，电机支撑座的下方设置有二号伺服电机，二号联轴器与二号伺服电机连接，主轴安装板的上表面设置有内空式结构的主轴承载座，主轴承载座的顶部设置有轴承安装件，轴承安装件的顶部设置有玻璃盘，玻璃盘与钢球接触，玻璃盘的顶部设置有螺纹压板，螺纹压板上设置有轴承，轴承穿过螺纹压板与轴承安装件连接，主轴设置在主轴承载座中，主轴的底端与二号联轴器连接，主轴的顶端伸出螺纹压板；基座的台面下设置有一号激振器连杆和二号激振器连杆，一号激振器连杆的一端穿过基座的台面与球盒接触，二号激振器连杆的一端与主轴安装板接触，一号激振器连杆和二号激振器连杆的另一端均设置有激振器轴套和激振器螺纹托。

本发明涉及的基座的台面上还设置有支架；电机安装座的纵板与一号伺服电机螺纹式连接；轴承安装件与玻璃盘之间由上至下设置有下部橡胶垫圈和下部垫圈，玻璃盘与螺纹压板之间由上至下设置有上部垫圈和上部橡胶垫圈。

本发明涉及的导轨设置在基座的中心线上；拉伸弹簧的弹力使得球盒回复到初始位置；主轴安装板分别与电机支撑座和主轴承载座螺栓式连接；主轴承载座与轴承安装件螺栓式连接，主轴承载座用于固定主轴，轴承安装件用于固定轴承；轴承的数量为8，等间距式设置在螺纹压板的圆周上。

本发明涉及的支架用于安装显微镜和相机；电机安装座和球盒的底部均为燕尾槽结构，能够在导轨中沿燕尾槽方向水平移动；螺纹压板、下部橡胶垫圈、下部垫圈、上部垫圈和上部橡胶垫圈将玻璃盘固定在主轴上并对玻璃盘进行保护。

本发明涉及的双向速度点接触光弹流试验台使用时，分别与相机、显微镜、信号发生器、计算机和2个激振器连接，信号发生器产生设定频率的连续的信号，信号通过功率放大器放大后输入激振器，激振器的动圈在可变频率电流的作用下产生激振力，一个激振器发出的激振力通过激振器螺纹托、激振器轴套和一号激振器连杆传递加载至球盒，球盒按照设定的频率和距离做横向振动，球盒带动有切向速度的钢球进行轴向往复振动，同时，电机安装座固定一号伺服电机并带动一号伺服电机在导轨中水平移动，一号伺服电机通过一号联轴器和小球连杆带动钢球转动；另一个激振器发出的激振力通过激振器螺纹托、激振器轴套和二号激振器连杆、主轴安装板和主轴传递加载至钢球与玻璃盘接触区，同时，二号伺服电机通过二号联轴器将转矩传递至主轴，进而带动玻璃盘旋转；钢球与玻璃盘接触区正上方的显微镜和相机观察并记录试验过程中油膜的变化，采集油膜的光干涉图，激振器的激振力由计算机控制。

本发明涉及的一号伺服电机能够控制钢球的转速；二号伺服电机能够控制玻璃盘的转速；激振器能够控制钢球轴向往复运动的距离；信号发生器模块为4通道的波形发生器，分辨率为12位，频率为0.1-100kHz，波形占空比在0-100％，通过控制频率调节钢球往复运动的频率。

本发明与现有技术相比，使用时，分别与相机、显微镜、信号发生器、计算机和2个激振器连接，激振器分别带动钢球往复运动和玻璃盘旋转，支架上安装的显微镜和相机用于记录试验过程中钢球与玻璃盘接触区的油膜图像并存入计算机，一号伺服电机控制钢球的转速，二号伺服电机控制玻璃盘的转速，激振器控制钢球轴向往复运动的距离，信号发生器控制钢球轴向往复运动的频率，计算机控制试验过程中激振器的初始载荷大小；其结构合理，试验精度高，测量准确，使用寿命长，应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明的主体结构俯视图。

图3为本发明的主体结构侧视图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的双向速度点接触光弹流试验台的主体结构包括

基座1、导轨2、支架3、电机安装座4、球盒5、一号伺服电机6、一号联轴器7、小球连杆8、球托9、钢球10、拉伸弹簧11、主轴安装板12、连接组件13、电机支撑座14、二号联轴器15、二号伺服电机16、主轴承载座17、轴承安装件18、玻璃盘19、螺纹压板20、轴承21、下部橡胶垫圈22、下部垫圈23、上部垫圈24、上部橡胶垫圈25、主轴26、一号激振器连杆27、二号激振器连杆28、激振器轴套29和激振器螺纹托30；桌式结构的基座1的台面上设置有导轨2和支架3，导轨2中设置有由横板和纵板组成的L形板状结构的电机安装座4以及球盒5，电机安装座4的纵板与一号伺服电机6螺纹式连接，一号伺服电机6穿过电机安装座4的纵板后通过一号联轴器7与小球连杆8转动式连接，小球连杆8与被球托9固定在球盒5中的钢球10连接，球盒5与固定设置在基座1台面上的拉伸弹簧11连接；主轴安装板12通过连接组件13设置于基座1的两条桌腿之间，主轴安装板12的下表面与U形结构的电机支撑座14连接，电机支撑座14的U形槽中设置有二号联轴器15，电机支撑座14的下方设置有二号伺服电机16，二号联轴器15与二号伺服电机16连接，主轴安装板12的上表面设置有内空式结构的主轴承载座17，主轴承载座17的顶部设置有轴承安装件18，轴承安装件18的顶部设置有玻璃盘19，玻璃盘19与钢球10接触，玻璃盘19的顶部设置有螺纹压板20，螺纹压板20上设置有轴承21，轴承21穿过螺纹压板20与轴承安装件18连接，轴承安装件18与玻璃盘19之间由上至下设置有下部橡胶垫圈22和下部垫圈23，玻璃盘19与螺纹压板20之间由上至下设置有上部垫圈24和上部橡胶垫圈25，主轴26设置在主轴承载座17中，主轴26的底端与二号联轴器15连接，主轴26的顶端伸出螺纹压板20；基座1的台面下设置有一号激振器连杆27和二号激振器连杆28，一号激振器连杆27的一端穿过基座1的台面与球盒5接触，二号激振器连杆28的一端与主轴安装板12接触，一号激振器连杆27和二号激振器连杆28的另一端均设置有激振器轴套29和激振器螺纹托30。

本实施例涉及的导轨2设置在基座1的中心线上；支架3用于安装显微镜和相机；电机安装座4和球盒5的底部均为燕尾槽结构，能够在导轨2中沿燕尾槽方向水平移动；拉伸弹簧11的弹力使得球盒5回复到初始位置；主轴安装板12分别与电机支撑座14和主轴承载座17螺栓式连接；主轴承载座17与轴承安装件18螺栓式连接，主轴承载座17用于固定主轴26，轴承安装件18用于固定轴承21；螺纹压板20、下部橡胶垫圈22、下部垫圈23、上部垫圈24和上部橡胶垫圈25将玻璃盘19固定在主轴26上并对玻璃盘19进行保护；轴承21的数量为8，等间距式设置在螺纹压板20的圆周上。

本实施例涉及的双向速度点接触光弹流试验台使用时，分别与相机、显微镜、信号发生器、计算机和2个激振器连接，信号发生器产生设定频率的连续的信号，信号通过功率放大器放大后输入激振器，激振器的动圈在可变频率电流的作用下产生激振力，一个激振器发出的激振力通过激振器螺纹托30、激振器轴套30和一号激振器连杆27传递加载至球盒5，球盒5按照设定的频率和距离做横向振动，球盒5带动有切向速度的钢球10进行轴向往复振动，同时，电机安装座4固定一号伺服电机6并带动一号伺服电机6在导轨2中水平移动，一号伺服电机6通过一号联轴器7和小球连杆8带动钢球10转动；另一个激振器发出的激振力通过激振器螺纹托30、激振器轴套30和二号激振器连杆28、主轴安装板12和主轴26传递加载至钢球10与玻璃盘19接触区，同时，二号伺服电机16通过二号联轴器15将转矩传递至主轴26，进而带动玻璃盘19旋转；钢球10与玻璃盘19接触区正上方的显微镜和相机观察并记录试验过程中油膜的变化，采集油膜的光干涉图，激振器的激振力由计算机控制。

本实施例涉及的一号伺服电机6能够控制钢球10的转速；二号伺服电机16能够控制玻璃盘19的转速；激振器能够控制钢球10轴向往复运动的距离；信号发生器模块为4通道的波形发生器，分辨率为12位，频率为0.1-100kHz，波形占空比在0-100％，通过控制频率调节钢球10往复运动的频率。

Claims (7)

1.一种双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于主体结构包括基座、导轨、电机安装座、球盒、一号伺服电机、一号联轴器、小球连杆、球托、钢球、拉伸弹簧、主轴安装板、连接组件、电机支撑座、二号联轴器、二号伺服电机、主轴承载座、轴承安装件、玻璃盘、螺纹压板、轴承、主轴、一号激振器连杆、二号激振器连杆、激振器轴套和激振器螺纹托；桌式结构的基座的台面上设置有导轨，导轨中设置有由横板和纵板组成的L形板状结构的电机安装座以及球盒，一号伺服电机穿过电机安装座的纵板后通过一号联轴器与小球连杆转动式连接，小球连杆与被球托固定在球盒中的钢球连接，球盒与固定设置在基座台面上的拉伸弹簧连接；主轴安装板通过连接组件设置于基座的两条桌腿之间，主轴安装板的下表面与U形结构的电机支撑座连接，电机支撑座的U形槽中设置有二号联轴器，电机支撑座的下方设置有二号伺服电机，二号联轴器与二号伺服电机连接，主轴安装板的上表面设置有内空式结构的主轴承载座，主轴承载座的顶部设置有轴承安装件，轴承安装件的顶部设置有玻璃盘，玻璃盘与钢球接触，玻璃盘的顶部设置有螺纹压板，螺纹压板上设置有轴承，轴承穿过螺纹压板与轴承安装件连接，主轴设置在主轴承载座中，主轴的底端与二号联轴器连接，主轴的顶端伸出螺纹压板；基座的台面下设置有一号激振器连杆和二号激振器连杆，一号激振器连杆的一端穿过基座的台面与球盒接触，二号激振器连杆的一端与主轴安装板接触，一号激振器连杆和二号激振器连杆的另一端均设置有激振器轴套和激振器螺纹托。

2.根据权利要求1所述的双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于基座的台面上还设置有支架；电机安装座的纵板与一号伺服电机螺纹式连接；轴承安装件与玻璃盘之间由上至下设置有下部橡胶垫圈和下部垫圈，玻璃盘与螺纹压板之间由上至下设置有上部垫圈和上部橡胶垫圈。

3.根据权利要求1所述的双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于导轨设置在基座的中心线上；拉伸弹簧的弹力使得球盒回复到初始位置；主轴安装板分别与电机支撑座和主轴承载座螺栓式连接；主轴承载座与轴承安装件螺栓式连接，主轴承载座用于固定主轴，轴承安装件用于固定轴承；轴承的数量为8，等间距式设置在螺纹压板的圆周上。

4.根据权利要求2所述的双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于支架用于安装显微镜和相机。

5.根据权利要求2所述的双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于电机安装座和球盒的底部均为燕尾槽结构，能够在导轨中沿燕尾槽方向水平移动；螺纹压板、下部橡胶垫圈、下部垫圈、上部垫圈和上部橡胶垫圈将玻璃盘固定在主轴上并对玻璃盘进行保护。

6.根据权利要求2所述的双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于使用时，分别与相机、显微镜、信号发生器、计算机和2个激振器连接，信号发生器产生设定频率的连续的信号，信号通过功率放大器放大后输入激振器，激振器的动圈在可变频率电流的作用下产生激振力，一个激振器发出的激振力通过激振器螺纹托、激振器轴套和一号激振器连杆传递加载至球盒，球盒按照设定的频率和距离做横向振动，球盒带动有切向速度的钢球进行轴向往复振动，同时，电机安装座固定一号伺服电机并带动一号伺服电机在导轨中水平移动，一号伺服电机通过一号联轴器和小球连杆带动钢球转动；另一个激振器发出的激振力通过激振器螺纹托、激振器轴套和二号激振器连杆、主轴安装板和主轴传递加载至钢球与玻璃盘接触区，同时，二号伺服电机通过二号联轴器将转矩传递至主轴，进而带动玻璃盘旋转；钢球与玻璃盘接触区正上方的显微镜和相机观察并记录试验过程中油膜的变化，采集油膜的光干涉图，激振器的激振力由计算机控制。

7.根据权利要求6所述的双向速度点接触光弹流试验台，其特征在于一号伺服电机能够控制钢球的转速；二号伺服电机能够控制玻璃盘的转速；激振器能够控制钢球轴向往复运动的距离；信号发生器模块为4通道的波形发生器，分辨率为12位，频率为0.1-100kHz，波形占空比在0-100％，通过控制频率调节钢球往复运动的频率。

Images