[发明专利]一种油膜厚度静态标定设备

权利要求书

1.一种油膜厚度静态标定设备，其特征在于其主体结构包括：上顶板、支撑腿、横梁、油槽、可调支撑脚、小连接杆、角度调节螺栓、左连接板、左平移台、左L形板、松紧度调节螺栓、夹紧块、超声波探头、大连接杆、右L形板、右平移台、右连接板、第一联轴器、超声波发射/接收仪、示波器和PC机，方形板状结构的上顶板的四角处分别竖直设置有用以起支撑作用的支撑腿，支撑腿的底端设置有可调支撑脚，用以通过调节可调支撑脚使上顶板保持水平，所述位于左侧和右侧的可调支撑脚之间连接有其固定作用的横梁，所述上顶板的正下方设置有用以盛放油源的油槽，所述油槽为上端无盖结构；所述小连接杆与上顶板通过螺纹连接，并且贯穿于上顶板中间的通孔并延伸至上顶板的上侧面，所述小连接杆的下端设置有第一联轴器，所述第一联轴器的下端与竖直放置的大连接杆的上端连接，大连接杆的下端设置有松紧度夹紧块，所述夹紧块上夹持有超声波探头，夹紧块上设置有用以调节夹持松紧度的松紧度调节螺栓，松紧度调节螺栓来取放和夹紧超声波探头，所述超声波探头发射超声波信号，并接收左L形板横板底面的超声波反射信号，所述超声波探头与超声波发射/接收仪连接，超声波发射/接收仪通过示波器与PC机连接，用以将超声波探头采集到的信息通过超声波发射/接收仪进行接收，并在示波器显示出来，再通过PC机实时监测与计算；在上顶板的上侧面中间处以小连接杆为圆心阵列式设置有角度调节螺栓，角度调节螺栓贯穿于上侧面并且其尾端与第一联轴器的上表面接触，用以通过角度调节螺栓来微调第一联轴器的俯仰角度；所述第一联轴器的左右两侧分别设置有左连接板和右连接板，所述竖直放置的方形左连接板和右连接板的上端分别与上顶板的下表面连接，所述左连接板和右连接板的内侧分别设置有左平移台和右平移台，左平移台和右平移台的内侧分别设置有左L形板和右L形板，所述左平移台和右平移台分别与左L形板和右L形板的竖板连接，所述左L形板和右L形板的竖板的下端分别为水平放置并且向内侧延伸的横板，所述左L形板和右L形板的横板位于超声波探头的下侧，所述左平移台和右平移台用以分别调节左L形板和右L形板的横板之间的相对位置关系，以及调节左L形板和右L形板与油源的相对位置关系。

2.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于支撑腿采用6-10mm槽宽的铝合金工业型材框架，外形轮廓有圆弧倒角，表面经过阳极氧化银白处理。

3.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于角度调节螺栓的设置数量优选为6个。

4.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于超声波探头为水浸型，探头中心频响至少为10MHz。

5.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于左平移台和右平移台均为手动精密平移台，台面尺寸应至少为65mm×65mm，承载至少为10Kg，行程至少为25mm，最小刻度为10um，采用高精密滚珠螺杆驱动，并具有侧面锁紧装置。

6.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于左L形板横板的下底面、右L形板横板的上顶面均采用磨削精加工，通过磨削精加工以提高加工精度，降低其表面粗糙度，从而降低表面粗糙度对油膜厚度测量精度的影响，以保证测试的精确性。

7.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于第一联轴器采用铝合金材料制作的柔性波纹管联轴器。

8.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于超声波发射/接收仪的脉冲响应宽度大于等于35MHz。

9.根据权利要求1所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于油槽采用透明材料制造而成，优选为有机玻璃或者亚克力板用以便于直接观察油膜厚度的形成情况。

10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的油膜厚度静态标定设备，其特征在于在利用其超声波探头实际测量油膜厚度前，首先就需要进行超声波探头设备的标定，本标定操作仅在首次测量时需要，该油膜厚度静态标定设备的标定方法具体按照如下步骤进行：

S1、组装完毕后调节可调支撑脚，并用直尺测量保证四个支撑脚高度一致；将水平尺放在左L形板的短板部分，观察水平尺气泡是否在中心位置，如不在则调节左L形板的俯仰位置，使得水平尺气泡在中心；静态标定时，按照上述方法调节右L形板的俯仰位置，使得放在右L形板短板部分的水平尺气泡也处于中心位置；

S2、先旋转右平移台的螺旋头，升高右L形板，使得右L形板短板上顶面与左L形板短板下底面接触，此时虽然接触，但由于左L形板和右L形板的平面度、平行度、粗糙度以及L板之间的形变等问题，此时油膜厚度并非为0；旋转右平移台的螺旋头N0个格，理论上降低右L形板的高度为10×N0微米，即此时左L形板的下底面和右L形板上顶面间的理论油膜厚度为10×N0微米，利用FFT(快速傅里叶变换)对超声波反射信号(左L形板下底面和润滑油界面处的反射信号)进行频谱分析，得到反射系数曲线；

S3、寻找反射系数曲线中极小值点对应的谐振频率，并带入如下的膜厚计算公式求解实际油膜厚度h0：

h 0 = c m 2 f ]]>

其中h0为实际油膜厚度，c为油膜中的声速，m为油膜谐振阶数，f为m阶谐振频率，即反射系数极小值点对应的频率，这里以h0作为静态标定时的初始或原始厚度；

S4、继续旋转右平移台螺旋头N1个格，降低右L形板高度10×N1微米，对此时超声波反射信号(左L形板下底面和润滑油分界面处的反射信号)进行FFT变换处理后计算可得实际油膜厚度h1，将h1与理论油膜厚度h0+10×N1微米进行对比和标定；

S5、重复S4，连续3次以上降低右L形板高度，记录实际得到的油膜厚度与理论油膜厚度，并进行对比，最终得到超声波测量膜厚的静态标定曲线。