CN104215460A - 测量滚动轴承保持架涡动的磁阻传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量滚动轴承保持架涡动的磁阻传感器。包括励磁线圈、检测线圈、第一铁芯棒、第二铁芯棒和连接板；第一铁芯棒、第二铁芯棒安装在两块平行的连接板之间，励磁线圈中通以交流电，并将检测线圈与测量电路连接。利用该传感器将保持架的涡动速度转化为检测线圈电感的大小，通过测量电路进行信号处理后以电压的形式在示波器显示出来。由于铁磁材料的磁导率远远大于其他材料，且几乎所有的非磁性材料在正常情况下的相对磁导率都接近于1，该传感器所采用的磁阻法能够有效避免润滑剂对测量结果的影响，并且可以检测混合润滑和边界润滑状态下轴承保持架的涡动。

Description

测量滚动轴承保持架涡动的磁阻传感器

技术领域

本发明涉及一种测量滚动轴承保持架涡动的传感器，尤其是涉及一种利用磁阻法测量滚动轴承保持架涡动的传感器。

背景技术

高速铁路的快速发展对滚动轴承的转速、稳定性、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。其中保持架的设计尤为重要，保持架的胶合和疲劳失效以及打滑和不稳定是造成滚动轴承失效的重要原因。在对滚动轴承进行动态性能研究的过程中，需要建立保持架的动力学模型，以及滚动体和保持架之间的相互作用模型，以实现保持架的优化设计并改善保持架的动力学稳定性。在建立模型的过程中，需要对保持架的涡动进行实验测定，以验证模型分析结果与实际数据是否相符并对模型进行修正。现有的测量保持架涡动的方法主要有电容法、X射线法和激光位移法，这些方法的测量能力常受到润滑剂的影响。应用电容法时，润滑剂中的极性添加物会对正常信号产生干扰。对于光测法(X射线或激光传感法)，润滑剂中的重金属成分或轴承材料微粒会吸收射线而影响测量结果。因而需要一种能够不受润滑剂特性影响的能够可靠测量滚动轴承保持架涡动的传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用磁阻法测量滚动轴承保持架涡动的传感器，采用该传感器测量滚动轴承保持架涡动时能够有效避免不同的润滑剂特性对测量结果的影响。

本发明采用的技术方案是：

本发明的磁阻传感器：它包括励磁线圈、检测线圈、第一铁芯棒、第二铁芯棒和连接板；励磁线圈和检测线圈分别缠绕在两根互相平行的第一铁芯棒、第二铁芯棒上，第一铁芯棒、第二铁芯棒安装在两块平行的连接板之间，励磁线圈中通以交流电，并将检测线圈与测量电路连接。

所述励磁线圈和检测线圈都由漆包铜线绕制而成，第一铁芯棒和第二铁芯棒采用高磁导率、高电阻且涡流损耗小的铁氧体磁芯，连接板采用低碳合金钢材料。

本发明具有的有益效果是：

1)由于铁磁材料的磁导率远远大于其他材料，且几乎所有的非磁性材料在正常情况下的相对磁导率都接近于1，利用磁阻法测量滚动轴承保持架涡动可以避免润滑剂对测量结果的影响，从而测量时无需考虑润滑剂特性的变化。

2)将测量结果经调频装置处理后转换成电压的大小并在示波器上显示出来，不仅能够排除干扰信号，且便于观测和记录。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是测量电路结构框图。

图3是本发明测量深沟球轴承保持架涡动的示意图。

图4是本发明测量圆锥滚子轴承保持架涡动的示意图。

图中：1、连接板，2、第一铁芯棒，3、励磁线圈，4、第二铁芯棒，5、检测线圈，6、磁阻传感器，7、深沟球轴承，8、圆锥滚子轴承。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的磁阻传感器6：它包括励磁线圈3、检测线圈5、第一铁芯棒2、第二铁芯棒4和连接板1；励磁线圈3和检测线圈5分别缠绕在两根互相平行的第一铁芯棒2、第二铁芯棒4上，第一铁芯棒2、第二铁芯棒4安装在两块平行的连接板1之间，励磁线圈3中通以交流电，并将检测线圈5与测量电路连接。

所述励磁线圈3和检测线圈5都由漆包铜线绕制而成，第一铁芯棒2和第二铁芯棒4采用高磁导率、高电阻且涡流损耗小的铁氧体磁芯，连接板1采用低碳合金钢材料。

在励磁线圈3中通以高频交流电，在其周围激发出感应磁场，保持架涡动使励磁线圈3周围环境的磁导率发生变化，检测线圈5铁芯上的磁通量随之发生改变，进而改变了检测线圈5的电感。如图2所示，将检测线圈5接入振荡电路中，检测线圈5上电感的变化会对振荡电路的振荡频率产生影响。装置正常工作时，检测线圈5上电感的大小由保持架涡动速度决定，因此振荡器的振荡频率随保持架涡动速度的不同而改变。振荡频率经由调频装置输出至示波器(显示调频电压)，将频率的高低转化为电压的大小并在示波器上显示出来。在轴承转动过程中，通过监测显示器上所示电压的大小来测量保持架涡动，也可以与计算机接口连接，用Labview软件分析保持架的涡动。由于铁磁材料的磁导率远远大于其他材料，且几乎所有的非磁性材料在正常情况下的相对磁导率都接近于1，采用该传感器测量滚动轴承保持架涡动时能够有效避免不同的润滑剂特性对测量结果的影响。

本发明的工作原理是：

在励磁线圈中通以交流电，在励磁线圈周围激发出感应磁场。由于铁磁材料的磁导率远远大于其它材料，而滚动体和大部分的保持架由铁磁材料加工而成，保持架涡动会改变励磁线圈周围环境的磁导率，从而使励磁线圈在其周围激发出的感应磁场发生变化。检测线圈中的磁通量随之改变，变化的磁通量将引起检测线圈上电感的变化。检测线圈的电感L的表达式为

$L=N\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{di}}---\left(1\right)$

式中，N为检测线圈的匝数；φ是检测线圈的磁通；i是检测线圈上承受的电流。

如图2所示将检测线圈接入振荡电路中，检测线圈电感的变化将对振荡电路的振荡频率产生影响。

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(2\right)$

式中，L是检测线圈的电感；C是振荡电路中的电容。由公式(2)可知包含感应线圈的调谐电路的频率与电感L的平方根成反比。

由公式(1)和(2)可知频率f是检测线圈上磁通φ的函数。

由于装置正常工作时，检测线圈上磁通φ的大小由保持架涡动速度决定，于是振荡器的振荡频率反映保持架涡动速度的变化。振荡频率经由调频装置输出至示波器，将频率的高低转化为电压的大小并在示波器上显示出来。在轴承转动过程中，通过监测显示器上所示电压的大小来测量保持架涡动。

实施例1

如图3所示。采用该装置测量深沟球轴承保持架涡动。测量时，将磁阻传感器6置于深沟滚动轴承7外侧，在此采用铁芯棒轴线平行于轴承轴线的方式放置，且第一铁芯棒、第二铁芯棒的轴线与轴承轴线位于同一平面内。在磁阻传感器6不与轴承发生接触的情况下应尽可能地将其靠近轴承外圈放置以提高装置的灵敏度。

实施例2

如图4所示。采用该装置测量圆锥滚子轴承保持架涡动。由于同时承受径向载荷和轴向载荷，圆锥滚子轴承的保持架除发生周向涡动外，还会沿轴向发生波动，这时一套磁阻传感器6不能满足测量要求，需要布置两套磁阻传感器6进行测量。将两套磁阻传感器6沿轴向依次布置来测量圆锥滚子轴承8的保持架涡动，两套磁阻传感器6均采用铁芯棒轴线平行于轴承轴线的方式安装，两套磁阻传感器6的铁芯棒轴线与轴承轴线的距离相等且铁芯棒轴线与轴承轴线位于同一平面内。两套磁阻传感器6的检测线圈分别接入两组测量电路中，同时监测两组测量电路的示波器来测量圆锥滚子轴承8保持架的涡动。

需要特别指出的是，利用磁阻传感器进行测量时无需考虑润滑剂的种类，而这正体现出了本发明的优越性。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种测量滚动轴承保持架涡动的磁阻传感器，其特征在于：它包括励磁线圈(3)、检测线圈(5)、第一铁芯棒(2)、第二铁芯棒(4)和连接板(1)；励磁线圈(3)和检测线圈(5)分别缠绕在两根互相平行的第一铁芯棒(2)、第二铁芯棒(4)上，第一铁芯棒(2)、第二铁芯棒(4)安装在两块平行的连接板(1)之间，励磁线圈(3)中通以交流电，并将检测线圈(5)与测量电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种测量滚动轴承保持架涡动的磁阻传感器，其特征在于：所述励磁线圈(3)和检测线圈(5)都由漆包铜线绕制而成，第一铁芯棒(2)和第二铁芯棒(4)采用高磁导率、高电阻且涡流损耗小的铁氧体磁芯，连接板(1)采用低碳合金钢材料。