CN105627074A - 一种通过监测内圈温度来调节轴承润滑状态的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种通过监测内圈温度来调节轴承润滑状态的装置及方法，通过CdTe量子点对轴承内圈温度进行非接触测量，将测量数据传递给控制器，当轴承内圈温度变化较大时，利用控制器驱动供给量改变机构调节供油螺母的位置，改变供油机构的润滑油供给量；当轴承内圈超过一定温度，润滑油粘性下降，可通过调节供油喷嘴下端面与滚动轴承内圈外径面的斜面部的距离，保证较好的润滑效果；本发明通过在线监测内圈温度，自动调节润滑油供给量及手动调节供油喷嘴位置，既考虑了轴承润滑性能与轴承内圈温升的闭环耦合影响，又提出了改变喷油嘴与轴承内圈外径面斜面部间隙的机构，在实验中取得很好的效果。

Description

一种通过监测内圈温度来调节轴承润滑状态的装置及方法
技术领域
本发明属于流体润滑技术领域，特别涉及一种通过监测内圈温度来调节轴承润滑状态的装置及方法，通过在线监测内圈温度，自动调节供油量及手动调节供油喷嘴位置。
背景技术
滚动轴承润滑的目的在于在滚动面和滑动面上形成较薄的油膜，若润滑状态不良，滚动轴承组件与润滑剂的摩擦磨耗和生热量急剧增加，轴承各组件温度明显升高，通常情况下，内圈温度因加工负载等因素而比外圈高，轴承的预压缩伴随该温度差带来的内圈和外圈的热膨胀差会变大，而存在使轴承寿命变短的问题。
尤其针对外圈引导保持架高速旋转的滚动轴承，为解决上述问题，降低轴承内外圈之间的热膨胀差，保证轴承具有良好的润滑效果，考虑是否能够根据轴承的运行状况，改变润滑油供给量。专利文献1：特开2007-101059152号公报提出了通过改变轴承的转速，来调节润滑油的供给量的装置，存在的问题是转速影响润滑油的供给量，而润滑油的供给量一般不影响转速，属开环单向调节。专利文献2：特开2007-101059152号公报提出通过设定密封部与轴承内圈的间隙来减小滚动轴承成高速运转时的搅油摩擦产生的热量，存在的问题是，此间隙不可调整。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种通过监测内圈温度来调节轴承润滑性能的装置和方法，通过在线监测内圈温度，自动调节润滑油供给量及手动调节供油喷嘴位置；本发明既考虑了轴承润滑性能与轴承内圈温升的闭环耦合影响，又提出了改变喷油嘴与轴承内圈外径面斜面部间隙的机构，在实验中取得很好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用装置的技术方案如下：
一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的装置，包括均匀附着在高速轴承内圈端面3上的CdTe量子点胶体16，还包括与CdTe量子点胶体16配套使用的400nm固体激光器17和光谱仪22，400nm固体激光器17通过第一光纤18连接第一探头19，光谱仪22通过第二光纤21连接第二探头20，第一探头19和第二探头20均非接触设置在与CdTe量子点胶体16主轴轴向夹角倾斜15°处，光谱仪22的信号输出端通过PC机14连接至控制器13，控制器13的信号输出端连接电动机12的信号输入端，电动机12的动力输出端连通供油机构10上的供油螺母11，供油机构10通过油管8连接喷嘴5，油管8部分穿过导向机构7，油管8在导向机构7内的竖直部分外壁上设置有螺纹8-1，螺纹8-1与千分尺9螺纹连接，千分尺9中的9-1为其刻度表，喷嘴5的下端面1与轴承内圈3外径面的斜面部6平行，所述的喷嘴5的出口处且轴承内圈3外径面的斜面部6上开有圆周槽2，圆周槽2与喷嘴5的出口处平行。
所述的CdTe量子点胶体(16)，其制备方法为：将4ml0.04mol/L的CdCl2用超纯水稀释至50ml，并置于一个三口烧瓶中，在不断的搅拌过程中逐次加入100mg柠檬酸钠、4ml0.01mol/L的Na2TeO3溶液、50mg巯基丁二酸(MSA)和50mgNaBH4，当溶液的颜色变成黄绿色时，通入氮气并将烧瓶在100℃下冷凝回流不同时间获得不同粒径不同荧光光谱的CdTe量子点；选用荧光强度较强的发射峰在540-560nm的绿光量子点溶液样品，加入等比例的乙醇在5000r/min转速下离心5min得到量子粉末，然后加入绿光量子点溶液样品体积1/8的去离子水再次分散得到浓缩的量子点溶液，在载玻片上旋涂一层PDMS，将量子点溶液滴加在载玻片上并自然风干得到荧光光谱温度特性研究的CdTe量子点胶体16样品。
基于上述装置的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，包括以下步骤：
(1)滚动轴承喷油机构的喷油嘴5的下端面1与滚动轴承内圈外径面的斜面部6的距离为0.5mm，设定滚动轴承的初始供油量，设定内圈温升与供油量的关系，将其关系式设定在控制器中，关系式为：y＝a+b/x+c/x2+d/x3+e/x4其中：x为供油量，y为内圈的温升,a、b、c、d、e均为系数随转速变化而变化；
(2)滚动轴承在旋转的过程中，将标定好的CdTe量子点胶体16均匀附着在高速轴承内圈的端面3，用400nm固体激光器17作为激发光源，通过第一光纤18、第一探头19将激发光打在CdTe量子点胶体16上，CdTe量子点胶体14的光致发光发射谱通过第二探头20、第二光纤21输送到光谱仪22中，光谱仪22的信号输出端通过PC机14处理采集的信号，得到滚动轴承内圈的温度数据；
(3)当实时测得的滚动轴承内圈温度短时间内变化较大时，通过控制器13控制电动机12，改变进油装置10中的供油螺母11，来调节润滑油的供给量。当轴承内圈端面16的温度超过设定的临界温度时，由于润滑剂的粘性下降，附着于内圈斜面部上的润滑油的表面张力和离心力的斜面部较大直径侧的分力减小，调节千分尺机构9，通过其带动油管7中的油管8上下移动，在保证喷油嘴5的下端面1与轴承内圈外径面斜面部6平行的前提下改变其距离，通过千分尺9中的刻度表9-1显示所改变距离的大小，使润滑油能更好地均匀导入轴承内部的接触区4，起到更好的润滑效果。
所述的步骤(1)中，当初始转速为8000r/min时，a＝116.0517716，b＝-139.814699,c＝70.86343598,d＝-15.9401334,e＝1.354121035。
所述的步骤(1)中，当初始转速为10000r/min时，a＝54.26232266，b＝--39.0482369，c＝12.55760666,d＝-1.45146791,e＝0.042073370。
所述的步骤(1)中，当初始转速为12000r/min时，a＝91.32758658，b＝-95.1567717，c＝45.49757071,d＝-9.99770222,e＝0.855250153。
所述的步骤(1)中，当初始转速为14000r/min时，a＝-131.556109，b＝240.9753430,c＝-136.516070,d＝32.82547793,e＝-2.84527530。
本发明的优点：
(1)实现了滚动轴承内圈温度的较准确测量。
(2)实现了内圈温度与润滑油供给量的闭环控制，进行双向耦合分析。
(3)设定千分尺机构，通过内圈的温度数据，可以手动改变喷油嘴5的下端面1与轴承外圈内径面的间隙，具有更好的润滑效果。
(4)喷油嘴5的下端面1与轴承内圈外径面斜面部保持平行，使润滑油在喷嘴出口具有一次集聚具有导向作用。
(5)轴承内圈外径面斜面部开圆周槽，使润滑油在喷嘴出口和保持平行，使润滑油具有第二次集聚导向作用。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为图1中组件15的详细放大图及标注。
图3为喷油嘴结构及轴承内圈外径面斜面部开槽机构放大图。
图4为本发明润滑机构的喷油嘴位置调节机构的局剖视图。
图5为量子点的峰值波长与温度的线性稳定性关系图。
图6为滚动轴承不同转速下润滑油的供给量与内圈温度的关系。
图7为8000r/min时内圈温升与供油量的拟合关系式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施过程作进一步的解释说明。
参照图1，一种通过监测内圈温度来调节轴承润滑性能的装置，包括均匀附着在高速轴承内圈端面3上的CdTe量子点胶体16，该量子点的峰值波长与温度具有很好的线性稳定性(如图5所示)，利用该线性关系通过监测峰值波长的变化，预测轴承内圈温度的变化；参照图2，还包括与CdTe量子点胶体16配套使用的400nm固体激光器17和光谱仪，400nm固体激光器17通过第一光纤18连接第一探头19，光谱仪22通过第二光纤21连接第二探头20，第一探头19和第二探头20均非接触设置在与CdTe量子点胶体16主轴轴向夹角倾斜15°处；光谱仪22的信号输出端通过PC机14处理光谱信号，即得到轴承内圈温度数据；将得到的温度数据连接至控制器13，控制器13的信号输出端连接电动机12的信号输入端，电动机12的动力输出端连通供油机构10上的供油螺母11，通过旋转供油螺母11，来调整润滑油的供给量；参照图3，供油机构10通过油管8连接喷嘴5，油管8部分穿过导向机构7，参照图4，油管8在导向机构7内的竖直部分外壁上设置有螺纹8-1，螺纹8-1与千分尺9螺纹连接，千分尺9用以改变喷嘴5的下端面1与轴承内圈外径面斜面部6的距离。当滚动轴承内圈温度较高时，通过微调千分尺9，可以实现改变喷嘴5的下端面1与轴承内圈外径面斜面部6的距离而不改变其平行关系。所述的喷嘴5的出口处且轴承内圈3外径面的斜面部6上开有圆周槽2，圆周槽2与喷嘴5的出口处平行。
所述的CdTe量子点胶体(16)，其制备方法为：将4ml0.04mol/L的CdCl2用超纯水稀释至50ml，并置于一个三口烧瓶中，在不断的搅拌过程中逐次加入100mg柠檬酸钠、4ml0.01mol/L的Na2TeO3溶液、50mg巯基丁二酸(MSA)和50mgNaBH4，当溶液的颜色变成黄绿色时，通入氮气并将烧瓶在100℃下冷凝回流不同时间获得不同粒径不同荧光光谱的CdTe量子点；选用荧光强度较强的发射峰在540-560nm的绿光量子点溶液样品，加入等比例的乙醇在5000r/min转速下离心5min得到量子粉末，然后加入绿光量子点溶液样品体积1/8的去离子水再次分散得到浓缩的量子点溶液，在载玻片上旋涂一层PDMS，将量子点溶液滴加在载玻片上并自然风干得到荧光光谱温度特性研究的CdTe量子点胶体16样品。
基于上述装置的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，包括以下步骤：
(1)滚动轴承喷油机构的喷油嘴5下端面1与滚动轴承内圈外径面的斜面部6的距离为0.5mm，设定滚动轴承的转速为8000r/min，设定初始润滑油的供给量，设定滚动轴承的初始供油量，根据实验测得的实验数据如图6，设定内圈温升与供油量的格式为：y＝a+b/x+c/x2+d/x3+e/x4其中：x为供油量，y为内圈的温升,
拟合得到内圈温度与供油量的变化关系如图7所示：
当初始转速为8000r/min时，如图7所示，a＝116.0517716，b＝-139.814699,c＝70.86343598,d＝-15.9401334,e＝1.354121035；
当初始转速为10000r/min时，a＝54.26232266，b＝--39.0482369，c＝12.55760666,d＝-1.45146791,e＝0.042073370，
当初始转速为12000r/min时，a＝91.32758658，b＝-95.1567717，c＝45.49757071,d＝-9.99770222,e＝0.855250153，
当初始转速为14000r/min时，a＝-131.556109，b＝240.9753430,c＝-136.516070,d＝32.82547793,e＝-2.84527530；
(2)滚动轴承在旋转的过程中，将标定好的CdTe量子点将点胶体16均匀附着在高速轴承内圈的端面3，用400nm固体激光器17作为激发光源，通过第一光纤18、第一探头19将激发光打在CdTe量子点胶体16上，CdTe量子点胶体14的光致发光发射谱通过第二探头20、第二光纤21输送到光栅光谱仪22中，光谱仪22的信号输出端通过PC机14处理采集的光谱信号，得到滚动轴承内圈的温度数据。
(3)当实时测得的滚动轴承内圈温度短时间内变化较大时，通过控制器13控制电动机12，改变进油装置10中的供油螺母11，来调节润滑油的供给量。当轴承内圈端面16的温度超过设定临界温度时，由于润滑剂的粘性下降，附着于内圈斜面部上的润滑油的表面张力和离心力的斜面部较大直径侧的分力减小，调节千分尺机构9，通过其带动导向机构7中的油管8上下移动，在保证喷油嘴5下端面1与轴承内圈外径面斜面部6平行的前提下改变其距离，使润滑油能更好地均匀导入轴承内部的接触区4，起到更好的润滑效果。

Claims (8)

1.一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的装置，其特征在于，包括均匀附着在高速轴承内圈端面(3)上的CdTe量子点胶体(16)，还包括与CdTe量子点胶体(16)配套使用的400nm固体激光器(17)和光谱仪(22)，400nm固体激光器(17)通过第一光纤(18)连接第一探头(19)，光谱仪(22)通过第二光纤(21)连接第二探头(20)，第一探头(19)和第二探头(20)均非接触设置在与CdTe量子点胶体(16)主轴轴向夹角倾斜15°处，光谱仪(22)的信号输出端通过PC机(14)连接至控制器(13)，控制器(13)的信号输出端连接电动机(12)的信号输入端，电动机(12)的动力输出端连通供油机构(10)上的供油螺母(11)，供油机构(10)通过油管(8)连接喷嘴(5)，油管(8)部分穿过导向机构(7)，油管(8)在导向机构(7)内的竖直部分外壁上设置有螺纹(8-1)，螺纹(8-1)与千分尺(9)螺纹连接，千分尺(9)中的(9-1)为其刻度表，喷嘴(5)的下端面(1)与轴承内圈(3)外径面的斜面部(6)平行。
2.根据权利要求1所述的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的装置，其特征在于，所述的CdTe量子点胶体(16)，其制备方法为：将4ml0.04mol/L的CdCl2用超纯水稀释至50ml，并置于一个三口烧瓶中，在不断的搅拌过程中逐次加入100mg柠檬酸钠、4ml0.01mol/L的Na2TeO3溶液、50mg巯基丁二酸(MSA)和50mgNaBH4，当溶液的颜色变成黄绿色时，通入氮气并将烧瓶在100℃下冷凝回流不同时间获得不同粒径不同荧光光谱的CdTe量子点；选用荧光强度较强的发射峰在540-560nm的绿光量子点溶液样品，加入等比例的乙醇在5000r/min转速下离心5min得到量子粉末，然后加入绿光量子点溶液样品体积1/8的去离子水再次分散得到浓缩的量子点溶液，在载玻片上旋涂一层PDMS，将量子点溶液滴加在载玻片上并自然风干得到荧光光谱温度特性研究的CdTe量子点胶体(16)样品。
3.根据权利要求1所述的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的装置，其特征在于，所述的喷嘴(5)的出口处且轴承内圈(3)外径面的斜面部(6)上开有圆周槽(2)，圆周槽(2)与喷嘴(5)的出口处平行。
4.基于权利要求1或2所述的装置的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)滚动轴承喷油机构的喷油嘴(5)的下端面(1)与滚动轴承内圈外径面的斜面部(6)的距离为0.5mm，设定滚动轴承的初始供油量，设定内圈温升与供油量的关系，将其关系式设定在控制器中，关系式为：y＝a+b/x+c/x2+d/x3+e/x4其中：x为供油量，y为内圈的温升,a、b、c、d、e均为系数随转速变化而变化；
(2)滚动轴承在旋转的过程中，将标定好的CdTe量子点胶体(16)均匀附着在高速轴承内圈的端面(3)，用400nm固体激光器(17)作为激发光源，通过第一光纤(18)、第一探头(19)将激发光打在CdTe量子点胶体(16)上，CdTe量子点胶体(16)的光致发光发射谱通过第二探头(20)、第二光纤(2)1输送到光谱仪(22)中，光谱仪(22)的信号输出端通过PC机(14)处理采集的信号，得到滚动轴承内圈的温度数据；
(3)当实时测得的滚动轴承内圈温度短时间内变化较大时，通过控制器(13)控制电动机(12)，改变进油装置(10)中的供油螺母(11)，来调节润滑油的供给量，当轴承内圈端面(16)的温度超过设定的临界温度时，由于润滑剂的粘性下降，附着于内圈斜面部上的润滑油的表面张力和离心力的斜面部较大直径侧的分力减小，调节千分尺机构(9)，通过其带动油管(7)中的油管(8)上下移动，在保证喷油嘴(5)的下端面(1)与轴承内圈外径面斜面部(6)平行的前提下改变其距离，通过千分尺(9)中的刻度表(9-1)显示所改变距离的大小，使润滑油能更好地均匀导入轴承内部的接触区(4)，起到更好的润滑效果。
5.根据权利要求4所述的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，其特征在于，
所述的步骤(1)中，当初始转速为8000r/min时，a＝116.0517716，b＝-139.814699,c＝70.86343598,d＝-15.9401334,e＝1.354121035。
6.根据权利要求4所述的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，其特征在于，
所述的步骤(1)中，当初始转速为10000r/min时，a＝54.26232266，b＝--39.0482369，c＝12.55760666,d＝-1.45146791,e＝0.042073370。
7.根据权利要求4所述的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，其特征在于，
所述的步骤(1)中，当初始转速为12000r/min时，a＝91.32758658，b＝-95.1567717，c＝45.49757071,d＝-9.99770222,e＝0.855250153。
8.根据权利要求4所述的一种通过监测内圈温度来调节滚动轴承润滑性能的方法，其特征在于，
所述的步骤(1)中，当初始转速为14000r/min时，a＝-131.556109，b＝240.9753430,c＝-136.516070,d＝32.82547793,e＝-2.84527530。
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