本发明专利技术公开了一种在线监测滚动轴承保持架瞬时速度的测量方法，实现了在高速运行过程中滚动轴承保持架瞬时速度的实时监测，进而能够判断轴承是否打滑和打滑程度。该方法无需对轴承做任何处理，对油雾等环境因素不敏感，使得该方法能应用于实际高速轻载工况下的滚动轴承保持架瞬时速度的在线监测。本发明专利技术针对滚动轴承保持架瞬时速度的测量，在轴承外圈沿圆周方向并排安置两个超声波传感器探头，通过同步采集两个超声波传感器探头在滚子与轴承外圈内侧接触界面之间的反射回波信号，得到同一滚子滚过两个超声波传感器探头聚焦区域的时间差,根据该时间差与两个超声波传感器探头的中心距可以得到保持架的瞬时速度。
【技术实现步骤摘要】
一种基于超声的滚动轴承保持架瞬时速度的测量方法
本专利技术属于轴承测速及运行状态检测领域，利用滚动轴承外圈圆周方向并排安置两个超声波传感器探头，依据两个超声波传感器探头发射信号的反射率，计算得到滚动轴承保持架的瞬时速度，具体涉及到一种检测滚动轴承保持架瞬时速度的测量方法。
技术介绍
滚动轴承由于其径向承载能力大及摩擦系数小的特性而被广泛运用于电力、能源、化工、航空和船舶等现代工业中，负责实现力与力矩的传递，是旋转机械的核心部件。作为该类轴承一个非常关键的零部件，保持架的动态性能及可靠性会影响到整个轴承的工作性能，其运动不稳定性易造成轴承早期失效。在高速轻载工况下航空发动机的主轴轴承经常会出现打滑现象，而这种打滑现象在高速滚动轴承一般表现形式就是保持架转速的降低，因此，准确实时测量保持架的速度尤为重要。航空发动机主轴轴承转速比较高，一般工作在油雾比较大的封闭环境中，这使得以往的测量保持架转速的光电式数字测试装置无法准确测量，易造成误码。而用电涡流传感器测量时，则需要修改轴承保持架的结构，影响了被测轴承的性能和使用寿命。最新提出的光学测量法是目前常用的测量保持架转速的方法，虽能较准确地测量保持架转速，但需要在保持架承上贴反光材料，影响滚子的动态性能，且要保证光路不被遮挡，有时在实际工业应用中难以实现。超声法在实际工况中测量保持架的瞬时速度具有可行性。
技术实现思路
本专利技术提出了用并列超声波传感器探头测量保持架瞬时速度的方法，该方法对环境因素不敏感，且不需要对轴承做任何处理，可以运用于实际工况下保持架瞬时速度的测量以及对高速轻载工况下保持架打滑的实时监测。一种基于超声的滚动轴承保持瞬时速度的测量方法，包括以下步骤：(1)超声波传感器探头的选择超声波传感器探头的选择主要考虑元件直径和焦距，其中元件直径小于等于两个滚子之间的距离，焦距大于轴承外圈厚度；(2)超声波传感器探头工作参数的确定超声波传感器探头的工作参数为超声波传感器的脉冲发射频率f1，记滚子通过超声传感器探头聚焦区域的频率为f2，为了保证至少获得N个有效超声反射回波信号，超声脉冲发射频率f1大于N*f2，N一般大于3个；(3)超声波传感器的安装与调节在圆柱滚子轴承外圈正上方位置，沿圆周方向左右并排安装超声波传感器探头，同时保证超声传感器探头与轴承外圈之间良好的耦合条件，调节超声传感器探头的空间角度，使其尽量垂直于轴承外圈，通过超声信号脉冲发射-接收装置，同步激励两个超声波传感器发射超声信号，并同步接收超声回波反射信号，在轴承静止状态下，通过示波器观察，当超声波在轴承外圈内侧界面的反射回波信号幅值调至最大时，即为最佳角度位置；(4)超声反射回波信号的采集圆柱滚子轴承加载后，稳定运行工况下，同步采集两个超声波传感器探头在轴承外圈内侧的超声回波反射信号，记滚子经过的第一个超声波传感器探头为P1，第二个为P2，记录轴承在运行工况下两个超声波传感器探头P1、P2在轴承外圈内侧界面反射回波信号对应的幅值信息A1、A2；(5)圆柱滚子轴承保持架瞬时速度的计算根据超声波在不同接触界面间的反射原理，得到滚子经过超声传感器探头聚焦区域时，超声反射回波的幅值A1、A2先减小后增大，当滚子与外圈完全接触时，超声反射回波幅值最小，利用公式(1)可以得到同一滚子先后经过超声传感器探头P1、P2时，反射回波幅值最小的两帧信号之间的时间间隔Δt，利用公式(2)可以计算得到保持架的瞬时速度则保持架的瞬时速度w'cΔt＝N/fr(1)w'c＝d/Δt＝d·fr/N(2)式中，fr是超声发射脉冲的重复频率，N为同一滚子滚过两个超声探头的距离间隔内，接收到的第二次超声回波的次数；d为并列安装的两个高频超声探头的中心距。本专利技术为实际工况的滚动轴承保持架瞬时速度检测提供了切实可行的实验手段，同时可以用作滚动轴承高速轻载打滑的实时监测。在实现功能的同时，本专利技术更是具备了以下特点：第一，对测量的目标轴承工作环境无任何特殊要求，如光电法在油雾环境下无法准确测量等；第二，本专利技术测量中，不会对轴承进行破坏加工，属于无损测量，如光学法需要在轴承上贴反光材料，影响滚子的动态性能；第三，本专利技术能在线监测滚动轴承保持架的瞬时速度，可以有效地实时判断保持架的打滑以及打滑程度，本专利技术在实际工况中也具有效性。附图说明图1为超声波传感器探头安装示意图其中：1为超声探头；2为超声耦合剂；3为轴承座；4为保持架；5为滚子；6为轴承内圈；7为轴承外圈图2为超声波射入轴承内部时的反射波示意图其中：1为轴承外圈外侧；2为轴承外圈内侧；3为滚子图3(a)两个并列超传感器反射信号示意图；(b)为同一滚子经过两个超声传感器反射信号变化示意图。具体实施方式参照附图对本专利技术作进一步的详细说明。一种基于超声的滚动轴承保持瞬时速度的测量方法，包括以下步骤：(1)超声波传感器探头的选择超声波传感器探头的选择主要考虑元件直径和焦距，其中元件直径小于等于两个滚子之间的距离，焦距大于轴承外圈厚度；(2)超声波传感器探头工作参数的确定超声波传感器探头的工作参数为超声波传感器的脉冲发射频率f1，记滚子通过超声传感器探头聚焦区域的频率为f2，为了保证至少获得N个有效超声反射回波信号，超声脉冲发射频率f1大于N*f2，N一般大于3个；(3)超声波传感器的安装与调节在圆柱滚子轴承外圈正上方位置，沿圆周方向左右并排安装超声波传感器探头，同时保证超声传感器探头与轴承外圈之间良好的耦合条件，调节超声传感器探头的空间角度，使其尽量垂直于轴承外圈，通过超声信号脉冲发射-接收装置，同步激励两个超声波传感器发射超声信号，并同步接收超声回波反射信号，在轴承静止状态下，通过示波器观察，当超声波在轴承外圈内侧界面的反射回波信号幅值调至最大时，即为最佳角度位置；(4)超声反射回波信号的采集圆柱滚子轴承加载后，稳定运行工况下，同步采集两个超声波传感器探头在轴承外圈内侧的超声回波反射信号，记滚子经过的第一个超声波传感器探头为P1，第二个为P2，记录轴承在运行工况下两个超声波传感器探头P1、P2在轴承外圈内侧界面反射回波信号对应的幅值信息A1、A2；(5)圆柱滚子轴承保持架瞬时速度的计算根据超声波在不同接触界面间的反射原理，得到滚子经过超声传感器探头聚焦区域时，超声反射回波的幅值A1、A2先减小后增大，当滚子与外圈完全接触时，超声反射回波幅值最小，利用公式(1)可以得到同一滚子先后经过超声传感器探头P1、P2时，反射回波幅值最小的两帧信号之间的时间间隔Δt，利用公式(2)可以计算得到保持架的瞬时速度则保持架的瞬时速度w'cΔt＝N/fr(1)w'c＝d/Δt＝d·fr/N(2)式中，fr是超声发射脉冲的重复频率，N为同一滚子滚过两个超声探头的距离间隔内，接收到的第二次超声回波的次数；d为并列安装的两个高频超声探头的中心距。具体方式为：参见图1所示，为超声波传感器探头安装示意图。在良好的耦合条件下，两个超声波传感器探头沿圆周方向并列安装在轴承外圈正上方的位置。参见图2所示，为超声波射入轴承内部时的反射波示意图。超声波由外圈透过耦合剂入射到滚动轴承时会在耦合剂、轴承外圈外侧与外圈内侧之间分别产生多次反射和透射。超声波传感器探头接收到的第一个反射信号是在耦合剂-轴承外圈界面的反射信号，第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超声的滚动轴承保持瞬时速度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)超声波传感器探头的选择超声波传感器探头的选择主要考虑元件直径和焦距，其中元件直径小于等于两个滚子之间的距离，焦距大于轴承外圈厚度；(2)超声波传感器探头工作参数的确定超声波传感器探头的工作参数为超声波传感器的脉冲发射频率f1，记滚子通过超声传感器探头聚焦区域的频率为f2，为了保证至少获得N个有效超声反射回波信号，超声脉冲发射频率f1大于N*f2，N一般大于3个；(3)超声波传感器的安装与调节在滚动轴承外圈正上方位置，沿圆周方向左右并排安装超声波传感器探头，同时保证超声传感器探头与轴承外圈之间良好的耦合条件，调节超声传感器探头的空间角度，使其尽量垂直于轴承外圈，通过超声信号脉冲发射‑接收装置，同步激励两个超声波传感器发射超声信号，并同步接收超声回波反射信号，在轴承静止状态下，通过示波器观察，当超声波在轴承外圈内侧界面的反射回波信号幅值调至最大时，即为最佳角度位置；(4)超声反射回波信号的采集滚动轴承加载后，稳定运行工况下，同步采集两个超声波传感器探头在轴承外圈内侧的超声回波反射信号，记滚子经过的第一个超声波传感器探头为P1，第二个为P2，记录轴承在运行工况下两个超声波传感器探头P1、P2在轴承外圈内侧界面反射回波信号对应的幅值信息A1、A2；(5)圆柱滚子轴承保持架瞬时速度的计算根据超声波在不同接触界面间的反射原理，得到滚子经过超声波传感器探头聚焦区域时，超声反射回波的幅值A1、A2先减小后增大，当滚子与外圈完全接触时，超声反射回波幅值最小，利用公式(1)可以得到同一滚子先后经过超声波传感器探头P1、P2时，反射回波幅值最小的两帧信号之间的时间间隔Δt，利用公式(2)可以计算得到保持架的瞬时速度则保持架的瞬时速度w'cΔt＝N/fr (1)w'c＝d/Δt＝d·fr/N (2)式中，fr是超声发射脉冲的重复频率，N为同一滚子滚过两个超声探头的距离间隔内接收到的第二次超声回波的次数；d为并列安装的两个超声波传感器探头的中心距。...
【技术特征摘要】
1.一种基于超声的滚动轴承保持瞬时速度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)超声波传感器探头的选择超声波传感器探头的选择主要考虑元件直径和焦距，其中元件直径小于等于两个滚子之间的距离，焦距大于轴承外圈厚度；(2)超声波传感器探头工作参数的确定超声波传感器探头的工作参数为超声波传感器的脉冲发射频率f1，记滚子通过超声传感器探头聚焦区域的频率为f2，为了保证至少获得N个有效超声反射回波信号，超声脉冲发射频率f1大于N*f2，N一般大于3个；(3)超声波传感器的安装与调节在滚动轴承外圈正上方位置，沿圆周方向左右并排安装超声波传感器探头，同时保证超声传感器探头与轴承外圈之间良好的耦合条件，调节超声传感器探头的空间角度，使其尽量垂直于轴承外圈，通过超声信号脉冲发射-接收装置，同步激励两个超声波传感器发射超声信号，并同步接收超声回波反射信号，在轴承静止状态下，通过示波器观察，当超声波在轴承外圈内侧界面的反射回波信号幅值调至最大时，即为最佳角度位置；(4)超声...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘恒，王琦，李猛，李丁成，刘意，唐皓辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。