一种轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，属于润滑油膜厚度测量领域。针对现有润滑油膜厚度测量方法无法实现两层介质油膜厚度测量的问题提出本发明专利技术。包括：使超声波经钢介质层入射到油膜吸附层；分别建立钢介质层和油膜吸附层入射波和反射波的叠加位移场，并求导获得应力场；再根据超声传播在界面处的位移与应力连续性理论建立钢介质层和油膜吸附层叠加位移场和应力场的对应关系；以及根据自由界面理论得到油膜吸附层应力场针对油膜吸附层厚度的表达式；由以上建立的关系式求解得到包含吸附油膜层厚度信息的钢介质层反射系数的表达式，进一步分析得到油膜吸附层厚度。本发明专利技术用于薄吸附油膜厚度的测量。发明专利技术用于薄吸附油膜厚度的测量。发明专利技术用于薄吸附油膜厚度的测量。
【技术实现步骤摘要】
轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法
[0001]本专利技术涉及轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，属于润滑油膜厚度测量领域。
技术介绍
[0002]轴承是发动机和主轴等设备的核心支撑部件，良好的润滑状态是轴承寿命与可靠性的核心保障。
[0003]在苛刻工况下，润滑失效会导致滚动轴承发生早期失效问题。润滑油膜厚度作为轴承润滑状态的直接判据，对其实时监测是轴承性能预测的可靠有效手段，对设备故障的早期诊断具有重要意义和工程适用价值。对于断油等极端工况，整个轴承滚道的润滑膜厚监测有助于了解断油瞬间到轴承抱死过程中润滑油的状态分布，为故障分析及系统的改进设计提供数据分析。通常断油时，滚道吸附膜厚由两部分组成，一种来源于断油时轴承腔体内气压的降低，使一部分油气液化吸附在滚道上；另一种来源于滚动体带动轴承下方存余微小油量进入轴承上方滚道。吸附膜厚虽然量小，但对轴承的抗断油性能具有重要影响，因此测量吸附膜厚具有重要意义。
[0004]作为一种无损检测方法，超声膜厚测量方法具有很好的工程应用性，已被用于轴承膜厚的测量。目前超声膜厚测量方法主要有飞行时间法、谐振模型法和准静态弹簧模型法。其中飞行时间法多用于测量1mm以上膜厚；谐振模型方法多用于测量100μm以上膜厚；弹簧模型方法多用于测量10μm以下膜厚，测量范围较小。对于轴承滚道界面吸附膜厚，当其吸附膜厚较大时，可以采用飞行时间法测量润滑油膜厚度；但轴承滚道界面吸附膜厚通常在1mm以下，而谐振模型法以及弹簧模型法多针对三层介质(钢
‑
油
‑
钢三层介质)，不适用针对两层介质的油膜厚度测量。光学类测量方法也能实现吸附油膜层的高精度测量，尤其是白光干涉方法，但光学类方法由于需要光学镜头正对油膜层，在工程上不适用。
技术实现思路
[0005]针对现有润滑油膜厚度超声测量方法无法实现两层介质油膜厚度测量的问题，本专利技术提供一种轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法。
[0006]本专利技术的一种轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，包括，
[0007]使超声波经钢介质层入射到油膜吸附层；
[0008]建立钢介质层入射波和反射波的叠加位移场；
[0009]再建立油膜吸附层入射波和反射波的叠加位移场；
[0010]对钢介质层叠加位移场和油膜吸附层叠加位移场求导，获得钢介质层应力场和油膜吸附层应力场；
[0011]再根据超声传播在界面处的位移与应力连续性理论建立钢介质层和油膜吸附层叠加位移场和应力场的对应关系；以及根据自由界面理论得到油膜吸附层应力场针对油膜吸附层厚度的表达式；
[0012]由以上建立的关系式求解得到包含吸附油膜层厚度信息的钢介质层反射系数的表达式，进一步分析得到油膜吸附层厚度。
[0013]根据本专利技术的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，设定钢介质层入射波的位移场u
si
为：
[0014][0015]式中I
a
表示钢介质层入射波幅值，f表示超声波频率，t表示时间，c
s
表示钢介质层超声波声速；x表示以钢介质层和油膜吸附层的界面处为原点，向钢介质层为负方向，向油膜吸附层为正方向的坐标轴的坐标位置；
[0016]在稳态下省略时间项，得到钢介质层叠加位移场如下：
[0017][0018]式中u
s
(x)表示钢介质层叠加位移场；R
s
表示钢介质层反射系数，为钢介质层反射波与入射波的幅值比；
[0019]同理得到油膜吸附层叠加位移场如下：
[0020][0021]式中u
o
(x)表示油膜吸附层叠加位移场，T
o
表示油膜吸附层透射系数，c0表示油膜吸附层超声波声速；R
o
表示油膜吸附层反射系数。
[0022]根据本专利技术的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，对钢介质层叠加位移场和油膜吸附层叠加位移场求导，获得钢介质层应力场σ
s
(x)和油膜吸附层应力场σ
o
(x)如下：
[0023][0024][0025]式中E
s
为钢介质层杨氏模量，E
o
为油膜吸附层杨氏模量：
[0026][0027][0028]式中ρ
o
为油膜吸附层密度，ρ
s
为钢介质层密度。
[0029]根据本专利技术的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，根据超声传播在界面处的位移与应力连续性理论得到：
[0030][0031]根据自由界面理论得到：
[0032]σ
o
(h)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0033]式中h表示油膜吸附层厚度。
[0034]根据本专利技术的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，联立(2)～(8)式得到：
[0035][0036]联立式(9)和式(5)得到：
[0037][0038]将式(11)代入式(10)得到：
[0039][0040]求解式(12)，得到钢介质层反射系数R
s
的表达式：
[0041][0042]由此得到油膜吸附层厚度h为：
[0043][0044]式中r表示超声波从钢介质层入射到钢
‑
油界面再反射到钢介质层的钢介质
‑
油界面反射系数：
[0045][0046]根据本专利技术的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，带有油膜吸附层时钢介质层反射系数R
s
的获得方法包括：
[0047][0048]式中A
m
为超声波从钢介质层入射到油膜吸附层的反射波信号的傅里叶变换值，A
ref
为参考信号的傅里叶变换值，所述参考信号为没有油膜吸附层时钢介质层参考界面反射波信号；
[0049]R
ref
为钢介质层的参考界面的反射系数。
[0050]根据本专利技术的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，钢介质层反射波和油膜吸附层反射波的测量方法包括：
[0051]使脉冲发生接收器发出电压激励信号作用于接触式超声直探头，接触式超声直探头发出超声波经钢介质层入射到钢界面或者油膜吸附层；
[0052]钢介质层参考界面反射波和从钢层入射到油膜层的反射波被接触式超声直探头接收到，再通过脉冲发生接收器线性放大后被信号采集卡采集并存储到电脑中。
[0053]本专利技术的有益效果：本专利技术方法通过分析接收到的超声波信号与油膜厚度的关系，建立了两层介质下油膜厚度的计算模型，推导了油膜厚度与测量信号的结果的量化关系，能够实现两层介质中薄吸附油膜厚度的精确测量，并进行工程应用。
附图说明
[0054]图1是超声波在两层介质中的传播示意图；图中s表示钢介质层，o表示油膜吸附层；T
s
表示钢介质层透射波幅值；
[0055本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，其特征在于包括，使超声波经钢介质层入射到油膜吸附层；建立钢介质层入射波和反射波的叠加位移场；再建立油膜吸附层入射波和反射波的叠加位移场；对钢介质层叠加位移场和油膜吸附层叠加位移场求导，获得钢介质层应力场和油膜吸附层应力场；再根据超声传播在界面处的位移与应力连续性理论建立钢介质层和油膜吸附层叠加位移场和应力场的对应关系；以及根据自由界面理论得到油膜吸附层应力场针对油膜吸附层厚度的表达式；由以上建立的关系式求解得到包含吸附油膜层厚度信息的钢介质层反射系数的表达式，进一步分析得到油膜吸附层厚度。2.根据权利要求1所述的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，其特征在于，设定钢介质层入射波的位移场u
si
为：式中I
a
表示钢介质层入射波幅值，f表示超声波频率，t表示时间，c
s
表示钢介质层超声波声速；x表示以钢介质层和油膜吸附层的界面处为原点，向钢介质层为负方向，向油膜吸附层为正方向的坐标轴的坐标位置；在稳态下省略时间项，得到钢介质层叠加位移场如下：式中u
s
(x)表示钢介质层叠加位移场；R
s
表示钢介质层反射系数，为钢介质层反射波与入射波的幅值比；同理得到油膜吸附层叠加位移场如下：式中u
o
(x)表示油膜吸附层叠加位移场，T
o
表示油膜吸附层透射系数，c0表示油膜吸附层超声波声速；R
o
表示油膜吸附层反射系数。3.根据权利要求2所述的轴承滚道界面薄吸附油膜厚度的测量方法，其特征在于，对钢介质层叠加位移场和油膜吸附层叠加位移场求导，获得钢介质层应力场σ
s
(x)和油膜吸附层应力场σ
o
(x)如下：(x)如下：式中E
s
为钢介质层杨氏模量，E
...
【专利技术属性】
技术研发人员：古乐，汪剑云，贺彦博，张传伟，李臻，郑德志，王黎钦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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