剪切与拉压双驱动且膜形可视的滑动轴承噪声测量试验机的制作方法

本发明涉及一种剪切与拉压双驱动且膜形可视的滑动轴承噪声测量试验机，用于油膜中空穴的形成以及破裂产生噪声的测量。

背景技术：

动载滑动轴承所承受的力是随时间变化的，滑动轴承中的油膜不仅受到拉压力，而且受到剪切力的作用。动载滑动轴承广泛应用于机械行业的各个领域，如燃气轮机、柴油机等。随着现代工业技术的高速发展，对动载滑动轴承油膜的要求也越来越高。由于综合考虑最小油膜厚度、所能承受的最大拉压力、空穴的动态变化等因素的油膜拉压理论已经成熟，并在向更加接近实际工况的方向发展。但是轴承在工作时由动载的作用，油膜在工作时会产生无规律的噪声，声音很大，令人困扰。为了能如实地探究油膜工作时的实际工况，提高轴承的性能、减小噪声的影响、解决工作人员的困扰，需要开展对油膜噪声测量的实验研究，以验证噪声产生的原因及油膜中空穴的动态变化，从而有助于加深对这一问题的认知和理解，正确分析其影响因素和润滑机理。

剪切与拉压双驱动且膜形可视的滑动轴承噪声测量试验的关键是保证主轴和弧形玻璃槽两个轴线的相对位置关系。噪声是因为油膜在一定负压下生成空穴，进而空穴破裂产生的，同时为了使油膜厚度关于轴线对称，所以在试验中必须保证旋转主轴的轴线和弧形玻璃槽的轴线在同一平面上且这个轴线平面垂直于底面。同时为了能够采集油膜相关区域的空穴动态变化，也要保证反光玻璃的轴线位于上述的轴线平面上。目前对动载滑动油膜的压力分布和空穴的动态变化已经做了相当多的研究，而对空穴破裂产生噪声的研究很少，且仅停留在理论阶段，为了清楚的了解噪声产生的机理和油膜实际的工作状态，对计入剪切效应的拉压油膜噪音分析进行试验研究是很有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了弥补目前对油膜空穴破裂产生噪声研究只考虑拉压效应而与实际工作情况有差别的不足，提供了一种剪切与拉压双驱动且膜形可视的滑动轴承噪声测量试验机，实现在不同工况条件下计入剪切效应的拉压油膜噪声的测量，其核心是实现在轴与轴承间产生振幅和频率可调的拉压运动和转速可调的剪切运动共同作用下的油膜复杂载荷与速度谱下的滑动轴承润滑油膜现象，并可同时采集相关圆弧形可视区域内出现的油膜空穴图像和噪声、位移、拉压力与振动信息。

为了达到上述目的，本发明的构思是：

利用激振器机构实现上下的拉压运动，激振器连接过渡杆等机构带动动支架上下运动从而带动主轴进行上下的挤压运动；电机通过同步带带动主动轴旋转，主动轴通过轮胎联轴器与实验主轴相连从而使主轴进行旋转的剪切运动；为了主轴和弧形玻璃槽的位置关系，采用八根钢丝分上下两面牵引动支架，以保证主轴的轴线和弧形玻璃槽的轴线在同一平面上且这个轴线平面垂直于底面，同时也要保证反光镜的轴线在该平面上；为了观察计入剪切效应的拉压油膜的动态变化，底部使用喇叭状的弧形透明玻璃槽，使用高速CCD系统通过安放在反光玻璃正前方进行观察，得到全景深图片。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种剪切与拉压双驱动且膜形可视的滑动轴承噪声测量试验机，包括：底板、工作台、静支柱、支撑杆、上板、同步带、实验部分、高速CCD系统、动支架、拉压传动机构、旋转传动机构、高精度可调机构、外置式测量光路机构、电机移动机构；所述工作台放置在地面上，所述底板位于工作台上，四根静支柱通过螺栓连接在底板上，所述上板位于静支柱的上方，每两个静支柱之间通过螺纹连接固定所述支撑杆；所述动支架由钢丝牵引在静支柱上；所述实验部分位于在静支柱围成的空间的内部，实验部分的底部固定在底板上，顶部与动支架相连；所述高速CCD系统通过三脚架固定在地面上；所述旋转传动机构由螺纹连接于底板上，并与实验部分相连；所述拉压传动机构位于动支架的上方，中间通过上板支撑；所述高精度可调机构位于动支架和静支柱之间，分别通过螺纹及钢丝挂钩和动支架及静支柱连接；所述电机移动机构位于工作台底部，通过螺钉连接在工作台上；所述同步带位于电机移动机构和旋转传动机构之间，用于传递电机的旋转运动；所述外置式测量光路机构通过螺钉固定在底板上。

所述高速CCD系统包括高速CCD、变焦镜头、冷光源、三脚架；所述三脚架位于地面上，用于支持高速CCD系统；所述高速CCD通过螺纹连接在三脚架顶部，并位于外置式测量光路机构的正前方；所述变焦镜头连接于高速CCD前方，冷光源通过螺钉固定在变焦镜头上。

所述实验部分包括：主轴、轴套、一对轴套挡圈、挡油盖、一对位移传感器、弧形玻璃槽、油池支架后、油池支架前、一对角接触球轴承、动支架轴承端盖前、动支架轴承端盖后、唇形密封圈、油池法兰盘前、油池法兰盘后；所述油池支架后和所述油池支架前由螺钉固定在底板上；所述弧形玻璃槽位于油池支架后和油池支架前的上方，方便观察油膜的动态变化，弧形玻璃槽是用于盛放润滑油的；所述挡油盖扣在油池支架后和油池支架前的上方，通过螺钉连接固定，实验时防止润滑油飞溅；所述一对位移传感器通过螺纹连接固定在挡油盖顶部，用于测量拉压运动的振幅；所述主轴位于动支架下部，跟随动支架进行拉压运动；所述一对角接触球轴承位于主轴两端，固定在动支架轴承座和动支架前板内；所述动支架轴承端盖前通过螺纹固定在动支架前板上，所述动支架轴承端盖后通过螺钉固定在动支架轴承座上，通过调整垫片消除角接触球轴承的游隙；所述唇形密封圈位于动支架轴承端盖前内部，用于防止漏油；所述轴套通过锥度配合在主轴上，并保证轴套和主轴的同轴度；所述一对轴套挡圈通过螺纹连接固定在主轴上，对轴套进行轴向固定；所述油池法兰盘前和油池法兰盘后分别通过螺钉连接固定在架油池支架前和油池支架后上，目的是为了箍住橡胶；靠轴套对弧形玻璃槽的上下振动拉压形成拉压油膜；靠主轴的旋转实现对油膜的剪切效应。

所述动支架包括：动支架后板、动支架前板、动支架轴承座、一对动支架法兰盘、八个钢丝挂钩、动支架盖板、一对动支架连接板；钢丝挂钩通过螺钉对称连接在动支架后板和动支架前板上，并与钢丝相连；所述动支架连接板位于动支架后板和动支架前板之间，通过销钉进行定位，通过螺钉与动支架后板和动支架前板连接；所述动支架后板和动支架前板通过钢丝挂钩与八根钢丝相连，并通过钢丝承担其重量；所述动支架轴承座通过螺钉连接在动支架后板上，并通过销钉进行定位；所述一对动支架法兰盘位于动支架下部，通过螺钉连接对称安装在动支架轴承座和动支架前板上，起到箍住橡胶的作用；所述动支架盖板位于动支架最上端，通过螺纹连接于动支架后板、动支架前板、动支架连接板，并通过中间的螺纹与拉压传动机构相连，带动动支架机构进行拉压运动。

所述拉压传动机构包括：激振器、激振器座、连接杆、拉压传感器、过渡杆、调整螺母；所述激振器座放置于上板上，并通过螺钉固定；所述激振器位于激振器座上，通过螺钉连接激振器座，并能在一定的输入信号下进行上下拉压运动，改变输入信号的频率从而改变拉压运动的频率，调节功率放大倍数改变拉压运动的振幅；所述连接杆上部通过螺纹连接激振器；所述拉压传感器上部通过螺纹与连接杆的底部连接；所述过渡杆上部通过螺纹与拉压传感器的底部连接；所述调整螺母上部通过螺纹与过渡杆的底部连接，其底部与动支架机构相连，同时调整螺母上下螺纹的旋向不同，从而做到动支架高度的连续可调；通过连接杆、拉压传感器、过渡杆、调整螺母之间的刚性连接，将激振器的上下往复运动一步步传给动支架，实现拉压运动的频率和振幅的连续可调。

所述旋转传动机构包括：主动轴、轮胎联轴器、一对角接触球轴承、主动轴轴承座、一对主动轴轴承端盖、大带轮；所述轮胎联轴器一端与实验主轴通过键连接，另一端与主动轴相连；所述角接触球轴承位于主轴两端，并固定在主动轴轴承座内；所述主动轴轴承座通过螺栓连接底板上；所述一对主动轴轴承端盖通过螺钉对称连接位于主动轴轴承座两侧，通过在端盖和轴承外圈添加调整垫片消除角接触球轴承的游隙；所述大带轮通过键与主动轴的另一端相连，带动旋转传动机构的旋转运动。

所述高精度可调机构包括：钢丝、钢丝旋钮、钢丝拉杆；所述钢丝拉杆插在静支柱对应的腰型孔内，能够前后移动一定的距离；所述钢丝一端与钢丝挂钩相连，另一端与钢丝拉杆相连；所述钢丝旋钮通过螺纹连接到钢丝拉杆上，旋转钢丝旋钮通过松紧钢丝牵引动支架从而微调动支架的位置。

所述外置式测量光路实现油膜各点到高速CCD的距离相等，实现了全景深，包括：反光玻璃、反光玻璃支架；所述反光玻璃支架通过螺纹连接与底板上；所述反光玻璃由反光玻璃支架支撑，呈45^o角的开角；所述高速CCD位于反光玻璃开口面的正前方，冷光源照射出来的光平行照射到反光玻璃上，反光玻璃将光沿垂直向上反射，反射到弧形玻璃槽上，于此相反，弧形玻璃槽上的成像沿反方向反射到高速CCD系统；通过张角为45°的反光玻璃，使油膜相关区域各点到反光玻璃的距离与反射后到高速CCD的距离之和相等，实现了油膜相关区域各点到高速CCD的距离相等，呈现出清晰的全景深图像。

所述电机移动机构能够实现对同步带的定期张紧，机构包括：电机移动平台，小带轮，电机；所述电机移到平台通过螺纹连接在工作台底部；所述电机通过螺纹连接电机移动平台上，同时通过调整电机左侧的螺钉使电机横向移动，起到张紧同步带的作用；所述小带轮通过键与电机输出轴相连，通过同步带带动大带轮的旋转运动，实现旋转运动的单独可控。

本发明与现有技术比较，具有显而易见的实质性特点和优点：

本发明可模拟动载滑动轴承油膜实验，实验的轴承直径间隙为0.15mm，主轴在进行拉压运动时，能同时进行转速可调的剪切运动，且两种运动相互独立。通过激振器信号的输入功率，可实现0-1mm振幅的连续调节，通过改变激振器的输入信号频率，实现拉压运动在任何频率下进行，通过改变电机的转速，可实现剪切运动在0-700转/分钟下进行，利用高速CCD系统对剪切与拉压双驱动的油膜进行实时拍摄，可以看到计入剪切的拉压油膜内空穴的产生、聚集、破裂的动态过程，同时利用计算机同步触发，使图像能与同一时刻传感器信号对应；可实现主轴和玻璃槽之间计入剪切的拉压运动，可测得不同拉压振幅、不同拉压频率、不同剪切速度、不同润滑油类型（分别模拟了滑动轴承的最小油膜厚度、主轴动载频率、主轴旋转速度、润滑油类型）的计入剪切效应的拉压油膜噪声，容易对其实时控制，增加了测量的可靠性。

形成拉压油膜的关键是保证主轴和弧形玻璃槽的位置关系，即主轴的轴线和弧形玻璃槽的轴线在同一平面上且这个轴线平面垂直于底面，同时也要保证反光玻璃的轴线位于上述的轴线平面上，为了达到此目的，动支架通过钢丝牵引确保位置关系，钢丝分为上下两层，每层有等间距的四根牵引，通过调节钢丝的长度来调节动支架的位置，确保动支架在正确的位置和保证主轴和弧形玻璃槽的位置关系。

为了实现图像采集图像的全景深，保证主轴实验部分各处图像清晰可见，不会出现虚化现象，设计了专门的反光玻璃，采用45°开口的喇叭状反光镜，使油膜的关键实验部分各点经过反光玻璃反射后的距离一致，解决了全景深的问题，同时实现了100°的大视角。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中实验部分的结构剖视图。

图3为本发明中动支架的结构示意图。

图4为本发明中电机移动机构的结构剖面图。

具体实施方式

本发明的实施例结合附图详述如下：

如图1所示，一种剪切与拉压双驱动且膜形可视的滑动轴承噪声测量试验机，包括：底板6、工作台4、静支柱9、支撑杆8、上板10、同步带5、实验部分、高速CCD系统、动支架、拉压传动机构、旋转传动机构、高精度可调机构、外置式测量光路机构、电机移动机构；所述工作台4放置在地面上，所述底板6位于工作台4上，四根静支柱9通过螺栓连接在底板6上，所述上板10位于静支柱9的上方，每两个静支柱9之间通过螺纹连接固定所述支撑杆8；所述动支架由钢丝43牵引在静支柱9上；所述实验部分位于在静支柱9围成的空间的内部，实验部分的底部固定在底板6上，顶部与动支架相连；所述高速CCD系统通过三脚架20固定在地面上；所述旋转传动机构由螺纹连接于底板6上，并与实验部分相连；所述拉压传动机构位于动支架的上方，中间通过上板10支撑；所述高精度可调机构位于动支架和静支柱9之间，分别通过螺纹及钢丝挂钩和动支架及静支柱9连接；所述电机移动机构位于工作台4底部，通过螺钉连接在工作台4上；所述同步带5位于电机移动机构和旋转传动机构之间，用于传递电机3的旋转运动；所述外置式测量光路机构通过螺钉固定在底板6上。

如图1所示，所述高速CCD系统包括高速CCD19、变焦镜头18、冷光源17、三脚架20；所述三脚架20位于地面上，用于支持高速CCD系统；所述高速CCD19通过螺纹连接在三脚架20顶部，并位于外置式测量光路机构的正前方；所述变焦镜头18连接于高速CCD19前方，冷光源17通过螺钉固定在变焦镜头18上。

如图2所示，所述实验部分包括：主轴24、轴套29、一对轴套挡圈25、挡油盖37、一对位移传感器36、弧形玻璃槽23、油池支架后21、油池支架前22、一对角接触球轴承40、动支架轴承端盖前41、动支架轴承端盖后47、唇形密封圈42、油池法兰盘前39、油池法兰盘后28；所述油池支架后21和所述油池支架前22由螺钉固定在底板6上；所述弧形玻璃槽23位于油池支架后21和油池支架前22的上方，方便观察油膜的动态变化，弧形玻璃槽23是用于盛放润滑油的；所述挡油盖37扣在油池支架后21和油池支架前22的上方，通过螺钉连接固定，实验时防止润滑油飞溅；所述一对位移传感器36通过螺纹连接固定在挡油盖37顶部，用于测量拉压运动的振幅；所述主轴24位于动支架下部，跟随动支架进行拉压运动；所述一对角接触球轴承40位于主轴24两端，固定在动支架轴承座48和动支架前板38内；所述动支架轴承端盖前41通过螺纹固定在动支架前板38上，所述动支架轴承端盖后47通过螺钉固定在动支架轴承座48上，通过调整垫片消除角接触球轴承40的游隙；所述唇形密封圈42位于动支架轴承端盖前41内部，用于防止漏油；所述轴套29通过锥度配合在主轴24上，并保证轴套29和主轴24的同轴度；所述一对轴套挡圈25通过螺纹连接固定在主轴24上，对轴套29进行轴向固定；所述油池法兰盘前39和油池法兰盘后28分别通过螺钉连接固定在架油池支架前22和油池支架后21上，目的是为了箍住橡胶27；靠轴套29对弧形玻璃槽23的上下振动拉压形成拉压油膜；靠主轴24的旋转实现对油膜的剪切效应。

如图1和图2所示，所述动支架包括：动支架后板30、动支架前板38、动支架轴承座48、一对动支架法兰盘26、八个钢丝挂钩50、动支架盖板31、一对动支架连接板49；钢丝挂钩50通过螺钉对称连接在动支架后板30和动支架前板38上，并与钢丝43相连；所述动支架连接板49位于动支架后板30和动支架前板38之间，通过销钉进行定位，通过螺钉与动支架后板30和动支架前板38连接；所述动支架后板30和动支架前板38通过钢丝挂钩50与八根钢丝43相连，并通过钢丝43承担其重量；所述动支架轴承座48通过螺钉连接在动支架后板30上，并通过销钉进行定位；所述一对动支架法兰盘26位于动支架下部，通过螺钉连接对称安装在动支架轴承座48和动支架前板38上，起到箍住橡胶27的作用；所述动支架盖板31位于动支架最上端，通过螺纹连接于动支架后板30、动支架前板38、动支架连接板49，并通过中间的螺纹与拉压传动机构相连，带动动支架机构进行拉压运动。

如图1和图2所示，所述拉压传动机构包括：激振器12、激振器座11、连接杆33、拉压传感器34、过渡杆35、调整螺母32；所述激振器座11放置于上板10上，并通过螺钉固定；所述激振器12位于激振器座11上，通过螺钉连接激振器座11，并能在一定的输入信号下进行上下拉压运动，改变输入信号的频率从而改变拉压运动的频率，调节功率放大倍数改变拉压运动的振幅；所述连接杆33上部通过螺纹连接激振器12；所述拉压传感器34上部通过螺纹与连接杆33的底部连接；所述过渡杆35上部通过螺纹与拉压传感器34的底部连接；所述调整螺母32上部通过螺纹与过渡杆35的底部连接，其底部与动支架机构相连，同时调整螺母32上下螺纹的旋向不同，从而做到动支架高度的连续可调；通过连接杆33、拉压传感器34、过渡杆35、调整螺母32之间的刚性连接，将激振器12的上下往复运动一步步传给动支架，实现拉压运动的频率和振幅的连续可调。

如图1和图2所示，所述旋转传动机构包括：主动轴51、轮胎联轴器44、一对角接触球轴承40、主动轴轴承座45、一对主动轴轴承端盖46、大带轮7；所述轮胎联轴器44一端与实验主轴24通过键连接，另一端与主动轴51相连；所述角接触球轴承40位于主轴24两端，并固定在主动轴轴承座45内；所述主动轴轴承座45通过螺栓连接底板6上；所述一对主动轴轴承端盖46通过螺钉对称连接位于主动轴轴承座45两侧，通过在端盖和轴承外圈添加调整垫片消除角接触球轴承40的游隙；所述大带轮7通过键与主动轴51的另一端相连，带动旋转传动机构的旋转运动。

如图1、图2和图3所示，所述高精度可调机构包括：钢丝43、钢丝旋钮13、钢丝拉杆14；所述钢丝拉杆14插在静支柱9对应的腰型孔内，能够前后移动一定的距离；所述钢丝43一端与钢丝挂钩50相连，另一端与钢丝拉杆14相连；所述钢丝旋钮13通过螺纹连接到钢丝拉杆上，旋转钢丝旋钮13通过松紧钢丝43牵引动支架从而微调动支架的位置。

如图1和图2所示，所述外置式测量光路实现油膜各点到高速CCD的距离相等，实现了全景深，包括：反光玻璃15、反光玻璃支架16；所述反光玻璃支架16通过螺纹连接与底板6上；所述反光玻璃15由反光玻璃支架16支撑，呈45^o角的开角；所述高速CCD位于反光玻璃15开口面的正前方，冷光源17照射出来的光平行照射到反光玻璃15上，反光玻璃15将光沿垂直向上反射，反射到弧形玻璃槽23上，于此相反，弧形玻璃槽23上的成像沿反方向反射到高速CCD系统；通过张角为45°的反光玻璃15，使油膜相关区域各点到反光玻璃15的距离与反射后到高速CCD19的距离之和相等，实现了油膜相关区域各点到高速CCD19的距离相等，呈现出清晰的全景深图像。

如图1和图4所示，所述电机移动机构能够实现对同步带的定期张紧，机构包括：电机移动平台1，小带轮2，电机3；所述电机移到平台2通过螺纹连接在工作台4底部；所述电机3通过螺纹连接电机移动平台1上，同时通过调整电机3左侧的螺钉使电机横向移动，起到张紧同步带5的作用；所述小带轮2通过键与电机3输出轴相连，通过同步带5带动大带轮7的旋转运动，实现旋转运动的单独可控。