润滑油膜双色光干涉测量技术的研究

论文摘要

弹性流体动压润滑（简称弹流润滑）是滚动轴承和齿轮等高副接触机械零件的主要润滑机制，油膜厚度的测量是其研究的基本内容。长期以来，弹流油膜厚度的彩色光干涉测量主要围绕具体的技术应用和仪器设计进行，测量原理的深入研究并不多见。本文针对弹流油膜双色光干涉测量建立了理论模型，对测量原理和条件进行了分析，并以此建立了新的测量技术。基于薄膜光学的多光束干涉理论和摄像系统的光谱响应特性，建立了润滑油膜彩色光干涉测量的色度学模型；以红绿双色光作为输入光源，设计了完整的计算程序以计算光弹流系统的干涉色彩。为验证理论分析的正确，建立了球-盘油润滑静态接触间隙的双色光干涉测量系统，干涉色彩的理论计算和实验测量取得了很好的一致性。对弹流润滑油膜的双色光干涉测量系统的光学特性进行了系统的理论分析。揭示光源功率谱、析光膜厚度、垫层厚度及润滑介质特性对双色光干涉色彩的影响。计算表明，在所用的计算参数条件下，窄的色光带宽、4-10nm的Cr膜厚度会形成较好的干涉图像。使用钢球-盘接触在冲击-卷吸复合运动条件下的油膜厚度的模拟结果，对这一过程进行了双色光干涉的颜色复现模拟，对其测量的图像特征进行了观察。对等温牛顿流体的稳态弹流润滑油膜厚度进行了数值计算，利用该结果对不同卷吸速度和不同载荷下的双色光干涉图像进行了颜色复现模拟，讨论了在不同速度和载荷下的干涉图像的颜色特征。基于以上理论分析，提出了一种新的弹流润滑油膜双色光干涉测量的RG方法，该方法通过对比获得测量点的伪周期数，自动判定待测区域的油膜厚度，理论分析和离线测量表明该方法是可行和实用的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 润滑油膜的光干涉测量方法
• 1.2.1 单色光干涉法和彩色光干涉法
• 1.2.2 双光束干涉法和多光束干涉法
• 1.3 颜色技术在润滑油膜测量中的应用
• 1.3.1 色度学中的几个基本概念
• 1.3.2 润滑油膜测量中的颜色应用
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 第2章 实验设备和图像处理
• 2.1 总述
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 玻璃盘及加载装置
• 2.2.2 光源系统
• 2.2.3 图像采集系统
• 2.3 图像处理软件
• 2.4 系统标定
• 2.5 本章小结
• 第3章 润滑油膜彩色光干涉测量的色度学模型
• 3.1 总述
• 3.2 干涉强度的计算
• 3.3 润滑油膜彩色光干涉的颜色计算
• 3.4 干涉图像的颜色复现
• 3.5 理论计算与实验测量
• 3.6 本章小结
• 第4章 光弹流球盘接触的双色光干涉的成像特性
• 4.1 总述
• 4.2 不同铬膜厚度的影响
• 4.3 垫层厚度的影响
• 4.4 光源的影响
• 4.5 析光膜材料的影响
• 4.6 润滑介质的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 弹流油膜双色光干涉图像的颜色复现
• 5.1 总述
• 5.2 多重网格法计算油膜厚度
• 5.3 冲击过程的颜色复现
• 5.4 卷吸过程的颜色复现
• 5.5 不同卷吸速度下的干涉条纹与色彩
• 5.6 不同载荷下的干涉条纹与色彩
• 5.7 本章小结
• 第6章 双色光润滑油膜厚度测量方法的研究
• 6.1 总述
• 6.2 数据库的建立
• 6.3 RG 结合法和衰减法的提出
• 6.4 计算实例与分析
• 6.4.1 球盘静态干接触
• 6.4.2 纯滚球盘动态接触
• 6.5 结论
• 6.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文及成果
• 致谢