一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，包括采集组件、放大与转换电路以及控制组件，所述采集组件与所述放大与转换电路连接，所述放大与转换电路与所述控制组件连接，所述采集组件安装在与所述轴承外圈和滚子保持垂直的轴承座的通孔内，且采集组件的顶端与轴承外圈紧密贴合。本发明专利技术通过将采集组件安装在与所述轴承外圈和滚子保持垂直的轴承座的通孔内，且采集组件的顶端与轴承外圈紧密贴合，能在保证轴承完整性和不影响轴承的运行状态下，准确的接收到轴承滚子的回波信号，进而根据所述轴承滚子的回波信号解析出所述轴承滚子的转速，并且也不会对其他部件的工作状态造成影响，且无需对轴承进行任何的副加工。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统
本专利技术涉及轴承测速和运行状态监测
，尤其涉及用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统。
技术介绍
轴承作为一种应用于机械设备中的重要的支承部件，是影响机械设备安全，稳定运行的主要因素之一。滚动轴承具有摩擦力小，润滑简单，易于更换等特点，因而被广泛应用于航空航天，精密仪器，交通设备等领域。应用于航空航天中的滚动轴承，一般处于高速高温轻载的运行状态。运行于高速高温轻载状态下的滚动轴承的滚子极易发生打滑现象，特别是就航空发动机主轴轴承而言，滚子打滑轻则造成发动机寿命减短，重则引发严重的空难事故。在滚动轴承运行过程中，当滚子产生滑动时，滚子对保持架的推动作用将会减弱，此时保持架的滑差率将会增大。由此可见，通过测量保持架的转速，并计算对应转速下的滑差率可以对滚动轴承打滑状况进行监测。对于像航空发动机主轴轴承这种工作与高温高速且封闭环境下的轴承，传统的测量轴承保持架转速的方法(光学法、电磁法、电涡流法和应力法等等)不可避免的存在不便之处。光学法原理简单，然而对于高温高速且密封的工况下，轴承运行产生的油雾会阻挡光的传播，且不便于进行设备的安装；电磁法则会导致滚子及其磨屑磁化，从而进一步加剧滚子磨损；电涡流法响应速度慢，不适用于高速工况；应力法对轴承振动较为敏感，难以保证测量精度。近些年来，随着超声测量技术的日渐兴起，运用超声测量滚动的轴承滚子的转速的方法得到关注，并得到了一定的发展，但现有的超声测量滚动的轴承滚子的探头为了保证轴承的完整性，一般不安装在所述轴承上，而选择安装在发动机的其他部位，从其他部位朝轴承位置发送超声波，但是由于从其他部位朝轴承位置发送超声波探头距轴承位置较远，探头接收到的回波信号往往会受到其他部件产生的噪音干扰，导致测量不准确，且安装在发动机的其他部位也容易妨碍其他部件工作。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，用于解决现有的超声波测量转速的系统测量不准确的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，包括采集组件、放大与转换电路以及控制组件，采集组件与放大与转换电路连接，放大与转换电路与控制组件连接，采集组件用于向轴承滚子发射超声波信号，接收轴承滚子的反射的回波信号并发送给放大与转换电路，放大与转换电路用于接收并将回波信号进行放大及模数转换后，发送给控制组件，控制组件用于接收并根据回波信号解析轴承滚子转动时的转速，采集组件安装在轴承座的通孔内，通孔沿垂直于轴承外圈的切线和滚子的切线方向设置，且采集组件的采集端朝向轴承滚子，并与轴承外圈齐平。优选的，采集组件为高温超声波探头，高温超声波探头的采集端还涂设有高温耦合剂，高温超声波探头的采集端朝向轴承滚子，并通过高温耦合剂与轴承外圈紧密贴合。优选的，放大与转换电路包括高速数据采集电路和脉冲发射接收电路，高速数据采集电路与控制组件连接，高速数据采集电路、脉冲发射接收电路以及采集组件依次连接；高速数据采集电路：用于发送高频脉冲信号给脉冲发射接收电路，接收来自脉冲发射接收电路的模拟的回波信号，并将回波信号转化为数字的回波信号后，发送给控制组件；脉冲发射接收电路：用于接收高频脉冲信号，并将高频脉冲信号转化为激励电压信号后，发送给高温超声波探头；接收来自采集组件的模拟的回波信号，并将模拟的回波信号放大后，发送给高速数据采集电路；采集组件：用于接收激励电压信号，并将激励电压信号转化为超声波后，发射到轴承滚子上，接收轴承滚子的反射的模拟的回波信号并发送给脉冲发射接收电路。优选的，控制组件包括依次连接的包络处理模块、傅里叶变换模块以及转速计算模块，包络处理模块还与高速数据采集电路连接；包络处理模块用于接收并对采集组件采集的回波信号进行包络处理，提取回波信号的包络信号，并将包络信号传输给傅里叶变换模块；傅里叶变换模块用于接收并对包络信号进行快速傅里叶变换，得到轴承滚子的转动频率，并将轴承滚子的转动频率传输给转速计算模块；转速计算模块用于接收转动频率，并根据转动频率和转速之间的计算公式计算轴承滚子的转速。优选的，包络处理模块通过以下公式对采集组件采集的回波信号进行包络处理：Xt表示包络信号；ft表示回波信号。优选的，傅里叶变换模块通过以下公式对包络信号进行快速傅里叶变换：[fz，az]＝max(fft(Xt))；fz表示信号包络线X经过快速傅里叶变换后所得幅频谱第一个峰值所对应的频率，即为本次采样过程轴承滚子的转动频率，单位为Hz，az为该频率下的幅值。优选的，转动频率和转速之间的计算公式为：n为本次采样过程轴承滚子的转速，Z表示轴承滚子的数目。优选的，控制组件还包括监测模块，监测模块用于根据转速计算轴承滚子的滑差率，并将滑差率与预设的滑差率阈值进行比较，当滑差率大于预设的滑差率阈值时，判断轴承滚子存在打滑风险。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术中的用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，通过将采集组件安装在与所述轴承外圈和滚子保持垂直的轴承座的通孔内，且采集组件的顶端与轴承外圈紧密贴合，能在保证轴承完整性和不影响轴承的运行状态下，准确的接收到轴承滚子的回波信号，进而根据所述轴承滚子的回波信号解析出所述轴承滚子的转速，并且也不会对其他部件的工作状态造成影响，且无需对轴承进行任何的副加工。2、在优选方案中，采用高温超声波探头和高温耦合剂使得测试结构的精度不会对轴承转动和温度升高等影响因素过度敏感；3、在优选方案中，由于使用包络分析和快速傅里叶变换，不需要过高的脉冲发射频率也能得到较为精确的结果，在相同的脉冲发射频率之下可以实现更高转速的精确测量。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是是本专利技术中的采集组件的安装示意图；图2是本专利技术中的优选实施例中的用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统的数据传输图；图3是本专利技术优选实施例中的优选实施例中的用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统的数据传输图。图中标注：1、轴承；2、高温耦合剂；3、高温超声波探头；4、轴承座。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例一：如图1所示,本专利技术公开了一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，包括采集组件、放大与转换电路以及控制组件，所述采集组件与所述放大与转换电路连接，所述放大与转换电路与所述控制组件连接，所述采集组件用于向所述轴承滚子发射超声波信号，接收并将所述轴承滚子的反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，包括采集组件、放大与转换电路以及控制组件，所述采集组件与所述放大与转换电路连接，所述放大与转换电路与所述控制组件连接，所述采集组件用于向所述轴承滚子发射超声波信号，接收所述轴承滚子的反射的回波信号并发送给所述放大与转换电路，所述放大与转换电路用于接收并将所述回波信号进行放大及模数转换后，发送给所述控制组件，所述控制组件用于接收并根据所述回波信号解析所述轴承滚子转动时的转速，其特征在于，所述采集组件安装在轴承座的通孔内，所述通孔沿垂直于轴承外圈的切线和滚子的切线方向设置，且采集组件的采集端朝向所述轴承滚子，并与所述轴承外圈齐平。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，包括采集组件、放大与转换电路以及控制组件，所述采集组件与所述放大与转换电路连接，所述放大与转换电路与所述控制组件连接，所述采集组件用于向所述轴承滚子发射超声波信号，接收所述轴承滚子的反射的回波信号并发送给所述放大与转换电路，所述放大与转换电路用于接收并将所述回波信号进行放大及模数转换后，发送给所述控制组件，所述控制组件用于接收并根据所述回波信号解析所述轴承滚子转动时的转速，其特征在于，所述采集组件安装在轴承座的通孔内，所述通孔沿垂直于轴承外圈的切线和滚子的切线方向设置，且采集组件的采集端朝向所述轴承滚子，并与所述轴承外圈齐平。


2.根据权利要求1所述的用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，其特征在于，所述采集组件为高温超声波探头，所述高温超声波探头的采集端还涂设有高温耦合剂，所述高温超声波探头的采集端朝向所述轴承滚子，并通过高温耦合剂与轴承外圈紧密贴合。


3.根据权利要求2所述的用于高速高温下的轴承滚子的转速测量系统，其特征在于，所述放大与转换电路包括高速数据采集电路和脉冲发射接收电路，所述高速数据采集电路与所述控制组件连接，所述高速数据采集电路、脉冲发射接收电路以及采集组件依次连接；
所述高速数据采集电路：用于发送高频脉冲信号给所述脉冲发射接收电路，接收来自所述脉冲发射接收电路的模拟的回波信号，并将所述回波信号转化为数字的回波信号后，发送给所述控制组件；
所述脉冲发射接收电路：用于接收所述高频脉冲信号，并将所述高频脉冲信号转化为激励电压信号后，发送给所述高温超声波探头；接收来自所述采集组件的模拟的回波信号，并将所述模拟的回波信号放大后，发送给所述高速数据采集电路；
所述采集组件：用于接收所述激励电压信号，并将所述激励电压信号转化为超声波后，发射到所述轴承滚子上，接收所述轴承滚子的反射的模拟的回波信号并发送给所述脉冲发射接收电路。


4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚峰，唐进元，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43