用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的方法和系统技术方案

公开了一种用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的监测方法，所述轴承包括内圈、外圈和配置在内圈与外圈之间的滚动元件，其中所述监测方法包括：电容测量步骤，用于测量轴承的总电容；第一计算步骤，用于基于测量的轴承的电容确定润滑剂的膜厚度，并且用于确定润滑状态是完全灌满还是乏油；以及第二计算步骤，当润滑状态是完全灌满时，用于校正在第一计算步骤中确定的膜厚度。步骤中确定的膜厚度。步骤中确定的膜厚度。

【技术实现步骤摘要】
用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种根据方案1的前序部分的用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的方法。本专利技术还涉及一种根据方案13的前序部分的用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的系统。

技术介绍

[0002]在轴承中，特别是滚动轴承中，轴承的滚动元件与圈之间的润滑膜的厚度决定了润滑的质量，并因此决定了轴承寿命。对于油润滑的轴承，可以计算膜厚度。对此存在若干理论和等式。对于脂润滑的轴承，直到现在，还没有这样的计算方法。
[0003]然而，监测膜厚度对于脂润滑的轴承也是重要的。当脂在轴承中老化时特别如此(脂本身具有有限的寿命，通常比轴承的疲劳寿命短得多)，并且监测脂及其膜厚度可以使得及时更换或重新填充轴承内的脂。
[0004]用于油润滑的轴承的方法论不能应用于脂润滑的轴承。与在完全灌满(/溢流)(fully flooded)的润滑状态(condition)下运行的油润滑的轴承相比，脂润滑的轴承在乏油(starved)润滑状态下运行。
[0005]可以基于测量的轴承的电容来测量油膜厚度。然而，在该方法中，假设轴承在完全灌满的状态下运行，对于脂润滑的轴承也是如此，这基本上是错误的并且导致最终结果的错误。(在完全灌满的轴承的错误假设下用常规方法测量的)脂膜厚度太高，并且膜在实际上较薄。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种用于以较高精度监测轴承内的润滑剂膜的厚度、特别地脂膜的厚度的方法和系统。
[0007]该目的通过根据方案1所述的用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的监测方法以及根据方案13所述的用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的监测系统来实现。
[0008]所公开的监测方法可用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度、特别是脂的膜厚度。这种轴承可以包括内圈、外圈和配置在内圈与外圈之间的滚动元件，这将在下面示例性地描述。然而，该方法可以用于包括任何种类的润滑剂的任何种类的轴承，例如滑动轴承或线性轴承。可以使用脂或油来润滑轴承，但也可以使用制冷剂或任何其他种类的润滑剂来润滑轴承。
[0009]与现有方法相比，所公开的监测方法可以特别是用于在乏油状态(starved conditions)下运行的(例如，脂)润滑的轴承，但也可以用于还在乏油状态下以高速运行的油润滑的轴承或具有非常薄的润滑剂层的轴承。如上所述，现有方法假设完全灌满的轴承，当轴承未被完全灌满时，这可能导致错误的结果。在所公开的监测方法中，可以通过在开始时确定轴承是完全灌满地运行还是乏油地运行来避免此情况。
[0010]因此，监测方法包括用于测量轴承的总电容的电容测量步骤。
[0011]下面参考球轴承描述如何测量轴承的总电容的可能性。然而，类似的计算可以用于任何类型的轴承。当球轴承在轴向上被负载(/加载)(loaded)，并且内圈和外圈电连接时，出现以下情况：由于所有球被相等地负载，因此所有球圈接触界面处的膜厚度是均匀的。这些球圈界面(内圈与球之间以及外圈与球之间)可以被认为是串联连接的平行板电容器。
[0012]对于平行板电容器，电容由下式给出：
[0013][0014]其中ε0是电容率常数(permittivity constant)，ε
oil
是介电材料(这里润滑油类似地适用于脂)的介电常数(dielectric constant)，A是电容器板的面积，h是平行板之间的距离(这表示球与圈之间的距离，其对应于膜厚度)。
[0015]轴承的总电容不仅取决于赫兹(Hertzian)接触区域(即圈与球之间的润滑剂膜(几乎)均匀的区域)，而且还包括取决于外部区域的电容(即没有直接接触的区域)，以及一些背景电容。数学上，对于一个球，球与内圈之间的容量(capacity)为：
[0016]C
i
＝C
i，Hertz
+C
i，outside
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]以及球与外圈之间的容量为
[0018]C
o
＝C
o，Hertz
+C
o，outside
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]其中，下标Hertz和outside分别表示赫兹电容和外部电容。对于n个球，内圈容量定义为
[0020]C
inner
＝nC
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0021]以及外圈容量为
[0022]C
outer
＝nC
o
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0023]由于内圈电容和外圈电容是串联的，因此轴承的等效/总电容由下式给出：
[0024][0025]其中，C
background
是所使用的测试装置(rig)本身的电容，其可以被假设为恒定的。因此，通过测量内圈容量C
inner
和外圈容量C
inner
以及背景容量C
background
，可以计算轴承的总容量C
total
。
[0026]在测量(和计算)轴承的电容之后，可以在第一计算步骤中基于测量的轴承的电容来确定润滑剂的膜厚度。此外，可以确定润滑状态是完全灌满还是乏油的。由于该步骤可以确保不会对轴承状态做出将导致如上所述的膜厚度的错误评估的错误假设，因此该步骤特别重要。
[0027]由润滑剂的几何形状(接触半径)、速度和粘度给出例如在球/滚子
‑
圈接触中的膜厚度。只要存在足够的可用体积，可用体积就不起作用。在完全灌满的接触的情况下，更多的油不会产生较厚的膜。这适用于低至某个临界值，低于该临界值，膜厚度将是接触入口弯月面(meniscus)的位置的函数。后一种润滑模式称为“乏油润滑”。
[0028]由于乏油(starvation)，入口区域中的油较少(与完全灌满的状态相比)，导致较低的外部电容(这对于油润滑的轴承以及脂润滑的轴承是有效的，其中脂在操作期间分成油和增稠剂，即，油渗出，这也导致入口区域中的较少的油)。因此，对于完全灌满和对于乏
油的润滑状态，膜厚度与电容之间的关系将是不同的。
[0029]在本文中，入口区域是指球在滚动方向上的区域，出口区域是指在滚动方向上、在球后面的区域。如上所述，脂释放用于润滑的油。因此，在入口区域以及接触区域中，将存在使球和圈分开的油层。随着时间的推移，轴承将表现出乏油润滑的状态，这意味着在紧接球之后的出口区域中将存在油和空气的混合物，也称为气蚀(/气穴)(cavitation)。入口区域将分成两个不同的区域，由球和圈之间的接触与间隙被润滑剂完全填充的润滑剂的弯月面位置之间的距离限定紧接球之前的区域。更进一步，在弯月面之前，入口间隙填充有空气。
[0030]因此，当确定轴承乏油时，在第一计算步骤中确定膜厚度，而当确定轴承完全灌满时，可以跟随第二计算步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于监测润滑的轴承内的润滑剂的膜厚度的监测方法，所述轴承包括内圈、外圈和配置在所述内圈与所述外圈之间的滚动元件，其特征在于，所述监测方法包括：电容测量步骤(S1)，用于测量所述轴承的总电容，第一计算步骤(B1)，用于基于测量的所述轴承的电容来确定润滑剂的膜厚度，并且用于确定所述润滑状态是完全灌满还是乏油，以及第二计算步骤(B2)，当所述润滑状态是完全灌满时，用于校正在所述第一计算步骤中确定的膜厚度。2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述第一计算步骤(B1)包括：假设(S2、S3)弯月面位置，基于假设的弯月面位置和测量的电容来计算(S4、S5)所述润滑剂的乏油膜厚度，并且使用所述润滑剂的乏油膜厚度和假设的弯月面位置来计算(S6)所述轴承的总电容。3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述第一计算步骤(B1)包括用于进行以下步骤的确定步骤：比较(S7)测量的电容和计算的电容，以及如果测量的电容与计算的电容之间的差低于设定阈值，则将所述润滑剂的假设的弯月面位置和计算的乏油膜厚度确定(S8)为所述润滑剂的实际的弯月面位置和实际的乏油膜厚度。4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，如果测量的电容与计算的电容之间的差高于所述设定阈值，则所述方法返回到用于进行以下步骤的所述第一计算步骤(B1)：采用(S3)假设的弯月面位置，并且基于采用的弯月面位置和测量的电容来重新计算(S4、S5)所述润滑剂的乏油膜厚度，并且使用所述润滑剂的采用的弯月面位置和重新计算的乏油膜厚度来重新计算(S6)所述轴承的总电容。5.根据权利要求2至4中任一项所述的监测方法，其特征在于，所述第一计算步骤的基于假设的弯月面位置和测量的电容来计算(S4、S5)所述润滑剂的乏油膜厚度的步骤包括：基于假设的弯月面位置和测量的电容来计算(S4)所述内圈的乏油膜厚度，基于所述内圈的膜厚度与所述外圈的膜厚度之间的关系来计算所述外圈的乏油膜厚度(S5)，并且使用假设的弯月面位置以及所述内圈的乏油膜厚度和所述外圈的乏油膜厚度来计算(S6)所述轴承的总电容。6.根据权利要求2至5中任一项所述的监测方法，其特征在于，重复包括所述确定步骤的所述第一计算步骤(B1)，直到测量的电容与计算的电容之间的差低于所述设定阈值。7.根据前述权利要求中任一项所述的监测方法，其特征在于，所述第一计算步骤(B1)包括将实际假设的弯月面位置与完全灌满的弯月面位置进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：普拉莫德，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：