滚动轴承在机械设备中支撑轴系部件旋转,起到减摩的作用,是机械设备的核心零部件。在轴承工作中,需要进行润滑,润滑油膜将滚动体与内外圈隔开,起到降低摩擦、减少损耗、降低温升的作用。统计分析,润滑失效导致的轴承故障的概率大约占轴承故障总概率的50%,膜厚是表征润滑状态最直接和最重要的参数,因此实时监测油膜厚度对于预防润滑失效具有重要意义。超声法作为一种非侵入性的方法相比于其他方法在测量膜厚方面有着更好的实际工程应用前景。本文在前人建立的膜厚超声测量模型的基础上,对一些会对轴承实际膜厚测量造成影响的因素进行分析,由于一些结论在轴承上不方便直接验证,因此设计用于实验验证的试验台。本文主要进行了如下工作:在滞后相位模型的基础上分析了机械振动对于膜厚测量结果影响的机理,建立了COMSOL有限元分析模型验证了机理分析的正确性,并得到振动对于膜厚测量结果的影响规律。基于插值—互相关原理建立了振动影响的补偿算法,通过仿真数据初步验证了算法的正确性。最后基于标定实验台进行了标定实验与算法验证。通过有限元仿真进行了表面粗糙度对于膜厚测量结果影响的研究。阐述了粗糙表面对于超声信号的作用理论,基于数字滤波法生成了用于COMSOL仿真模型建立的随机粗糙表面,研究了水-钢耦合界面以及油膜界面粗糙度对于膜厚测量的影响,对实际测量提出了建议。在不考虑压力变化的情况下研究了粗糙度导致的固-固接触对于膜厚测量的影响,发现了粗糙度接触导致测量信号改变的形式,为实际测量时润滑状态判别提供参考。设计了弹流润滑膜厚超声测量试验台。试验台采用常用的球—盘点接触的形式,两个旋转自由度,可以实现所需的滑滚条件。完成了试验机的全部结构设计与所需器件选型,在其上面集成了超声膜厚测量系统。对试验台最关键的零部件-高、低速主轴进行了动静特性分析,静态分析用于验证材料强度、变形满足安全与测量精度要求,模态分析用于确保结构合理,试验台不会因振动发生破坏。