本發(fā)明屬于滾動軸承試驗技術(shù)，具體涉及一種基于電容測試法的用于脂潤滑滾動軸承脂膜厚度測試裝置及方法。

技術(shù)背景

滾動軸承是應(yīng)用極為廣泛的一種重要機械基礎(chǔ)零件。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對滾動軸承的工作性能提出了更高的要求，高轉(zhuǎn)速、長壽命的軸承越來越受到使用者青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計，當(dāng)今工業(yè)界使用的滾動軸承中，90％以上的潤滑系統(tǒng)都是采用油脂潤滑。但由于油脂的使用壽命并不長，在使用一段時間之后(特別是使用在滾動軸承中時)，需要再次注入油脂。對于密封軸承來說，油脂的有限壽命會導(dǎo)致滾動體與軸承內(nèi)外圈之間進入乏油狀態(tài)下的彈流潤滑，使摩擦副之間嚴(yán)重缺少有效潤滑介質(zhì)；同時，摩擦副之間的潤滑狀態(tài)由全膜潤滑狀態(tài)轉(zhuǎn)至非全膜潤滑狀態(tài)(混合和邊界潤滑狀態(tài))；進而摩擦副之間會出現(xiàn)粗暴的相互摩擦，引起接觸應(yīng)力的急劇上升，導(dǎo)致軸承壽命的急劇下降。因此，監(jiān)控軸承的潤滑情況特別是脂膜厚度具有重要意義，但目前針對滾動軸承這種極薄厚度的脂膜厚度的準(zhǔn)確獲取缺乏有效的技術(shù)支持。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種簡便可行的用于滾動軸承的脂膜厚度測試裝置及方法，結(jié)合電容測量技術(shù)，能夠用于檢測并獲取實際工況中滾動軸承膜厚的信息。

為了達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種脂潤滑滾動軸承膜厚測試裝置，包括一個密封的滾動軸承，一對電極與滾動軸承內(nèi)外圈相連接，與這對電極相連的是一臺電壓測試器，與電壓測試器相連的示波器會將電壓測試器測量值顯示出來；其特征在于，在滾動軸承軸向兩側(cè)附有兩塊密封板，該密封板可以保證在滾動軸承轉(zhuǎn)動過程中軸承內(nèi)外圈與滾動體之間有充足的油脂；與軸承內(nèi)外圈相連接的一對電極會將軸承內(nèi)部因潤滑情況的改變而形成的電壓變化傳導(dǎo)至電壓測試器；電壓測試器將這種電壓變化經(jīng)過分析后傳導(dǎo)至示波器；示波器在經(jīng)過分析后將電壓變化轉(zhuǎn)化為電容變化，并最終將電容變化轉(zhuǎn)化為膜厚值顯示出來。

上述方案中，滾動軸承軸向有兩塊材料為透明聚四氟乙烯的密封板對其進行密封，在軸承內(nèi)外圈接有一對電極，使?jié)L動軸承內(nèi)外圈之間形成了一個電容。

與電極相連接的電壓測試器，由與其相連的示波器加載一個恒定頻率的電壓，然后測量的值是被測電容與被測電容和參照電容和值之間的比值。

一種采用前述裝置實現(xiàn)滾動軸承脂膜厚度的測試方法，包括下述步驟：

(1)將受試軸承內(nèi)外圈體表面測點位置加工圓槽，將電極用香蕉插頭連接起來，并把香蕉插頭嵌入圓槽并用環(huán)氧樹脂封裝，然后將受試軸承用聚四氟乙烯密封板進行密封，并安裝在實驗臺架上；

(2)選擇參考電容C_r，受試軸承在不加注潤滑介質(zhì)時，當(dāng)輸出電壓為5V時，參考電容等于受試軸承本身的電容。電壓測試器上設(shè)有三種參考電容值供選擇，分別為：100pF，1nF和10nF，從100pF至10nF進行調(diào)試，輸出電壓最接近5V時為受試軸承的參考電容。

(3)對受試軸承加注潤滑油脂，并開始在設(shè)定轉(zhuǎn)速下測試輸出電壓V_m，輸出電壓值由電壓測試器傳導(dǎo)至示波器顯示并記錄下來，以便后期進行數(shù)值分析。然后可根據(jù)公式V_m＝V_max×C_r÷(C_r+C_m)可計算出被測脂膜厚度所對應(yīng)的電容C_m；

(4)根據(jù)公式可以計算出膜厚值d，式中ε_r為材料相對靜態(tài)介電常數(shù)，對于真空來說，其值為1，ε₀為真空節(jié)點常數(shù)值(8.854×10^-12Fm^-1)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點與突出效果：

本發(fā)明采用電容膜厚測量技術(shù)可以有效獲得滾動軸承接觸點處膜厚值，從而為滾動軸承動特性研究創(chuàng)造條件。該方法能夠檢測實際工況下脂潤滑滾動軸承潤滑狀況，有利于及時發(fā)現(xiàn)局部潤滑失效甚或碰磨情況。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明裝置的整體示意圖。

圖3為圖2中滾動軸承內(nèi)外圈電極連接示意圖。

圖4為滾動軸承接觸部位電壓輸出值部分?jǐn)?shù)值結(jié)果。

圖2、圖3中的標(biāo)記說明：1-主軸；2-底座；3-聚四氟乙烯密封板；4-尾座；滾動軸承；6-軸承裝夾塊；7-軸承內(nèi)圈內(nèi)表面測點；8-軸承外圈外表面測點；9-電極；10-連接螺紋孔；11-油脂添加孔。

具體實施方式

參照圖1，一種基于電容測試法的脂潤滑滾動軸承膜厚測試裝置，包括一個密封的滾動軸承，一對電極與滾動軸承內(nèi)外圈相連接，與這對電極相連的是一臺電壓測試器，與電壓測試器相連的示波器會將電壓測試器測量值顯示出來；參照圖2，其特征在于，在滾動軸承5軸向兩側(cè)附有兩塊密封板3，該密封板可以保證在滾動軸承轉(zhuǎn)動過程中軸承內(nèi)外圈與滾動體之間有充足的油脂；與軸承內(nèi)外圈相連接的一對電極9會將軸承內(nèi)部因潤滑情況的改變而形成的電壓變化傳導(dǎo)至電壓測試器；電壓測試器將這種電壓變化經(jīng)過分析后傳導(dǎo)至示波器；示波器在經(jīng)過分析后將電壓變化轉(zhuǎn)化為電容變化，并最終將電容變化轉(zhuǎn)化為膜厚值顯示出來。

滾動軸承5的內(nèi)圈內(nèi)表面與主軸1外表面以及滾動軸承5的外圈外表面與軸承裝夾塊內(nèi)孔外表面的連接方式均為過盈配合，以保證軸承在轉(zhuǎn)動過程中在軸向不會產(chǎn)生偏差。

主軸1與電機相連，配合方式為過盈配合，以保證主軸轉(zhuǎn)動過程中不會發(fā)生軸向偏差。

滾動軸承內(nèi)外圈圈體表面分別有2個測試點7,8，該測試點位置需加工圓槽，將電極用香蕉插頭連接起來，并把香蕉插頭嵌入圓槽并用環(huán)氧樹脂封裝。

密封板3，軸承裝夾塊6和尾座4上在同一位置都開有2個貫穿的螺紋連接孔，然后用兩顆長螺釘將密封板3，軸承裝夾塊6和尾座4進行連接；底座2與尾座4和裝夾塊6也分別通過2棵螺釘進行連接；密封板3上揩油一個油脂添加孔11，該孔與一軟管相連，通過外部的油脂泵對受試軸承添加油脂。

軸承裝夾塊6與外部加載機構(gòu)連接，可改變受試軸承圈體所受載荷大小。

本發(fā)明裝置的工作原理是：在測點位置7,8嵌入式安裝與電極相連的香蕉插頭，然后將電極與電壓測試器相連并在軸承內(nèi)外圈之間注入受試油脂，根據(jù)受試軸承所要求的運轉(zhuǎn)速度設(shè)定與主軸1連接的電機速度，通過加載機構(gòu)經(jīng)由軸承裝夾塊6對受試軸承的圈體施加徑向載荷；試驗開始后，電容測試系統(tǒng)通過外部加載機構(gòu)控制載荷，通過改變試樣滾動體以及受試軸承的圈體進而改變工件外觀形貌與性能參數(shù)；電容測試系統(tǒng)通過外部油脂泵經(jīng)由孔11改變潤滑油脂型號以及流量；通過與電極相連的電壓測試器將信號傳至示波器，通過電容測試法即可獲得徑向載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑情況等因素作用下滾動軸承接觸部位測點的實時膜厚數(shù)值、該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝、調(diào)試方便，運行可靠等有點。

上述的電容膜厚測量方法具體包含以下步驟：

(1)裝置安裝

參照圖3，在受試軸承內(nèi)外圈體表面測點位置加工圓槽，將電極用香蕉插頭連接起來，并把香蕉插頭嵌入圓槽并用環(huán)氧樹脂封裝；參照圖2，將受試軸承與主軸、軸承裝夾塊、聚四氟乙烯密封板、尾座以及底座連接起來。

(2)獲取測點膜厚數(shù)值

本發(fā)明優(yōu)選實施例的膜厚數(shù)值小于100微米，選用電壓測試器獲得被測區(qū)域的電壓值，通過公式V_m＝V_max×C_r÷(C_r+C_m)可計算出被測脂膜厚度所對應(yīng)的電容C_m；然后根據(jù)公式可以計算出膜厚值d，式中ε_r為材料相對靜態(tài)介電常數(shù)，對于真空來說，其值為1，ε₀為真空節(jié)點常數(shù)值(8.854×10^-12Fm^-1)。電壓測試儀器為荷蘭SKF公司生產(chǎn)的Lubcheck測量系統(tǒng)。

圖4為通過本裝置與方法獲取的滾動軸承接觸部位電壓變化部分?jǐn)?shù)值。通過整合試樣表面形貌信息、接觸區(qū)油膜載荷信息等，可以藉此研究滾動軸承摩擦副在各種因素影響下的油膜動態(tài)變化特性。