[发明专利]缸套与活塞润滑油膜分布状态的测试装置及其测试方法

权利要求书

1.缸套与活塞组件润滑油膜分布状态的在线测试装置，其特征在于，包括：底座、用于提供往复运动的动力单元、活塞销(1)、活塞(2)、第一道气环(3)、第二道气环(4)、刮油环(5)、石英缸套(6)、缸体(7)、法兰(8)、油底壳(9)和用于测量缸套活塞环油膜荧光强度的光学测量单元、用于提高润滑油温度的加热单元、用于为缸套活塞环提供润滑油的润滑单元和控制缸套角度的旋转单元；

所述活塞(2)前端由前至后预设的环槽内依次设置第一道气环(3)、第二道气环(4)和刮油环(5)，活塞(2)前端最终伸入于石英缸套(6)内部，活塞(2)前端与石英缸套(6)动密封连接；

所述石英缸套(6)通过法兰(8)与螺杆(15)固定在缸体(7)上，法兰(8)与缸体(7)之间进一步的通过螺栓紧固；所述的缸体(7)上设有油底壳(9)；

所述动力单元包括：伺服电动机(10)、带轮(12)、曲轴(13)和连杆(14)；所述带轮(12)与伺服电动机(10)输出端同步转动装配；所述曲轴(13)与带轮(12)连接，且曲轴(13)通过带轮(12)驱动其旋转；所述连杆(14)一端与曲轴(13)连接，另一端通过活塞销(1)与活塞(2)连接；所述旋转单元设置于底座上端；

所述旋转单元包括：翻转平台(11)和用于将翻转平台(11)相对于水平方向俯仰90°的俯仰机构；

其中，缸体(7)和伺服电动机(10)固定于翻转平台(11)上端面；

所述润滑单元设置于底座下端内部；

所述润滑单元包括：电机(21)、齿轮泵(23)、油箱(25)和回油管(28)；

所述电机(21)的输出端通过联轴器(22)与齿轮泵(23)动力输入端联结；所述齿轮泵(23)输入端通过进油管(24)与油箱(25)连通，输出端设置有出油管(26)，出油管(26)末端设置有油嘴(27)；所述油嘴(27)出口端伸入于石英缸套(6)活塞活动腔内；

所述回油管(28)一端与油箱(25)相连，另一端与油底壳(9)相连；

其中，出油管(26)路径为穿过油箱(25)以及回油管(28)，最终于回油管(28)与油底壳(9)的连接口输出；

所述加热单元包括：加热管(29)和热电偶(30)；

所述加热管(29)和热电偶(30)分别固定在油箱(25)侧面，且与油箱(25)绝缘密封连接，加热管(29)和热电偶(30)均伸入到润滑油中，但加热管(29)与热电偶(30)不相连；

所述光学测量单元包括：激光器(31)、扩束镜(32)、分光镜(33)滤波片(34)以及高速相机(35)；

所述激光器(31)与扩束镜(32)同轴放置，扩束后的激光经分光镜(33)变成片光源，此光源照射石英缸套(6)对内部的润滑油膜荧光染料进行激发，经石英缸套(6)内油膜漫反射的光线透过石英缸套(6)外壁，且石英缸套(6)内油膜漫反射光线中与激光成90°的光线路径上设置有滤波片(34)，激发的荧光经滤波片(34)由高速相机(35)进行采集。

2.根据权利要求1所述的缸套与活塞组件润滑油膜分布状态的在线测试装置，其特征在于：所述俯仰机构包括：传动齿圈(16)、主动齿轮(17)和减速电机(18)；

所述翻转平台(11)通过转动轴(19)与底座的底座侧板(20)上部连接；所述传动齿圈(16)为半圆弧齿圈，且固定于翻转平台(11)下端面；所述减速电机(18)固定在底座侧板(20)上，减速电机(18)输出端固定有主动齿轮(17)，且主动齿轮(17)与传动齿圈(16)配合传动。

3.一种使用上述权利要求1和2任意一项权利要求所述的缸套与活塞组件润滑油膜分布状态的在线测试装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、标定，确定油膜厚度与荧光强度之间的关系；确定激光器(31)、扩束镜(32)、分光镜(33)、润滑油膜、滤光片(34)以及高速相机(35)的位置，润滑油膜厚度由选择石英玻璃盒装上荧光染料的润滑油，保证润滑油膜厚度一定，采用激光对荧光染料激发，高速相机(35)采集荧光染料产生的荧光强度；记录荧光强度及对应的荧光浓度的数值；

S2、更换石英玻璃盒油膜厚度5次，重复S1中的试验步骤，荧光强度及对应的荧光浓度的数值，通过数据拟合建立荧光强度与油膜厚度的线性关系；

S3、开启旋转单元，使石英缸套(6)处于试验设定的角度，撤掉石英玻璃盒，使缸套油膜处于石英玻璃盒油膜位置，保证激光器(31)、扩束镜(32)、分光镜(33)、滤波片(34)以及高速相机(35)的位置与标定油膜厚度时一致；

S4、开启润滑单元，齿轮泵(23)将油箱(25)中的润滑油抽出对缸套内的活塞环组件进行润滑；

S5、开启动力单元，使伺服电机(10)在低速条件下运转；然后开启加热单元，利用加热管(29)对润滑油加热，采用热电偶(30)测量润滑油温度，使润滑油温达到设定温度，逐步提高伺服电机(10)转速至设定转速；启动光学测量单元对设定转速及温度条件下润滑油膜荧光强度进行测量；

S6、对测得的油膜厚度值进行处理，根据标定的荧光强度与油膜厚度的关系，确定缸套不同位置处润滑油膜分布。