CN109752185A - 一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，该方法采用双超声传感器沿滚子长度方向并列安装的方式，同步采集两个超声传感器在滚动轴承外圈内表面与滚子的接触界面的反射信号，分别计算各个超声传感器超声信号的反射率，根据并列超声传感器所测反射率的最小值对应的时间差信息提取出来，再利用滚子的公转速度将其转换为左右歪斜摆动位移值，从而判断真实工况下滚子的左右歪斜摆动状态，从而判断滚子的运行状态以及实际运行过程中滚道与滚子的接触状态，进而判断轴承此时的工作运转状态，能够有效减少由于轴承滚子左右歪斜摆动而导致的重大事故发生，从而可以减少人员和财产损失。

Description

一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法

技术领域

本发明属于滚动轴承真实工况下运行状态检测技术领域，具体涉及一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法。

背景技术

滚动轴承由于具有径向承载能力大以及回转精度高等特点被广泛应用于航空航天、能源电力、化工、海洋船舶等现代化工业中。起着传递力与力矩的重要作用，是旋转机械中的关键零部件，其运行安全性与工作寿命与滚子在实际工况下左右歪斜摆动状态密切相关。轴承在实际工作过程中，由于轴的弯曲，引起轴承内圈相对于轴、外圈相对于轴承座的不同心，轴承会承受力矩，当套圈不同心时，轴向载荷引起滚子左右发生一定程度的歪斜。另外，由于轴承在加工、制造、装配中存在一定的误差以及热变形、几何变形等缺陷，也会造成滚动轴承在实际工况下滚子左右发生歪斜。除此之外，滚子左右歪斜还与滚子在套圈中的碰撞密切相关。滚动轴承在实际工作过程中，由于滚子的左右歪斜摆动，使得轴承寿命明显下降，安全性降低，严重时造成滚子打横，进而发生重大安全事故，因此对于真实工况下滚动轴承滚子左右歪斜摆动数据的获取是非常必要的。由于实际工况下滚子歪斜量很小并且难以测量，现有的测试方法不足以有效获得真实工况下的滚子歪斜数据，这已是制约我国轴承行业发展的重要因素之一。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，该方法采用双超声传感器沿滚子长度方向并列安装的方式，同步采集两个超声传感器在滚动轴承外圈内表面与滚子的接触界面的反射信号，分别计算各个超声传感器超声信号的反射率，根据并列超声传感器所测反射率的最小值对应的时间差信息提取出来，再利用滚子的公转速度将其转换为左右歪斜摆动位移值，从而判断真实工况下滚子的左右歪斜摆动状态。

本发明进一步的改进在于，该方法具体包括以下步骤：

1)选择超声传感器

选定超声传感器，根据所测滚动轴承的转速范围、滚动轴承的型号和试验工况，选择合适的超声传感器，若选用聚焦超声探头，聚焦直径越小，所测信号精度越高；若选用直探头，探头晶片直径越小，所测信号精度越高；

2)安装及调节超声波传感器探头

两个超声传感器在滚动轴承外圈沿着滚子长度方向并列安装，超声传感器固定在轴承座上，通过调节装置调节超声传感器的位置，同时保证超声传感器发射端面与滚动轴承外圈表面良好接触；

3)采集超声反射回波信号

通过超声脉冲发射-接收板卡，同步激励两个超声传感器发射超声波并且接收超声反射回波信号，在滚动轴承静止状态和正常工作状态，分别同步采集两个超声传感器反射回波信号，根据反射回波信号得到超声反射率信息；

4)获取滚动轴承正常运行工况下滚子左右歪斜摆动状态

两个超声传感器对应位置处的超声反射率信息由步骤3)计算得到，该超声反射率信息反映了滚子线接触方向上超声反射率的分布情况，根据两个超声传感器分别得到的最小反射率的时间差来确定滚子的左右歪斜摆动状态。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，为了保证滚子经过超声传感器时，获得至少N个有效超声反射回波信号，超声传感器的脉冲发射频率f₁大于N*f₂，N大于10个，f₂为滚子通过超声传感器的频率。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，调节装置采用电动或手动多自由度调节平台。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，超声波传感器探头与滚动轴承外圈之间通过耦合剂作为媒介，使得超声波从探头发射出来后能够减少衰减，能够最大限度的摄入轴承外圈。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，滚动轴承静止状态下，记录两个超声传感器反射信号的幅值A_r1、A_r2，圆柱滚子轴承正常运行工况下，同步记录两个超声传感器反射信号的幅值A₀₁、A₀₂，通过公式R＝A_0i/A_ri，计算对应位置处的超声反射率，其中i＝1,2。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，滚子的左右歪斜摆动状态通过两个超声传感器分别得到的最小反射率的时间差来确定，记录两个超声传感器分别得到的最小反射率位置相差的测量点数假设为n，滚子公转速度为ν，超声波发射脉冲重复频率为f，两个超声传感器的中心距为l，则滚子左右歪斜摆动角度为

本发明进一步的改进在于，由于实际运转过程中，滚子左右歪斜摆动角度相对较小，实际测量过程中滚子的左右歪斜摆动状态能够采用歪斜位移来表示。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明为滚动轴承真实工况下滚子左右歪斜摆动状态检测提供了有效的检测方法，可以实时监测滚动轴承在实际工况下滚子的左右歪斜摆动状态。本发明具备了以下特点：第一：本发明测量中，不会对滚动轴承进行任何破坏，属于一种无损检测方法，不会影响滚动轴承的动态性能；第二：对所测量的滚动轴承所处的工作环境无特殊要求、对超声传感器的选择也没有严格的特别要求，只是对于不同的超声传感器，所测结果精度不同，但均能够实现滚子左右歪斜摆动状态的测量；第三：本发明能在线实时监测滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态，从而判断滚子的运行状态以及实际运行过程中滚道与滚子的接触状态，进而判断轴承此时的工作运转状态，可以有效地实时判断滚动轴承是否工作在许用的工作状态内，从而避免由于滚子左右歪斜摆动造成的灾害事故发生，本发明在实际工况中也具有效性。

附图说明

图1为本发明本例中双聚焦超声传感器并列安装示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为本发明本例中滚子左右歪斜摆动状态测量原理示意图。

图4为本发明本例中定转速不同载荷下滚子左右歪斜摆动状态测量结果。

图5为本发明本例中定载荷不同转速下滚子左右歪斜摆动状态测量结果。

附图标记说明：

1为反光片，2为超声传感器，3为耦合剂，4为滚子。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

本发明提供的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，包括以下步骤：

(1)选择超声传感器

选定超声传感器，根据所测滚动轴承的转速范围、滚动轴承的型号和试验工况，选择合适的超声传感器，若选用聚焦超声探头，聚焦直径越小，所测信号精度越高；若选用直探头，探头晶片直径越小，所测信号精度越高。

(2)安装及调节超声波传感器

两个超声传感器在滚动轴承外圈沿着滚子长度方向并列安装，超声传感器固定在轴承座上，通过调节装置(电动或手动多自由度调节平台等)调节超声传感器的位置，同时保证超声传感器发射端面与轴承外圈表面良好接触。

(3)采集超声反射回波信号

通过自制的超声脉冲发射-接收板卡，同步激励两个超声传感器发射超声波并且接收超声反射回波信号，在滚动轴承静止状态和正常工作状态，分别同步采集两个超声传感器反射回波信号，根据反射回波信号得到超声反射率信息。

(4)获取轴承正常运行工况下滚子左右歪斜摆动状态

通过步骤(3)得到两个超声传感器对应位置处的超声反射率，即滚子线接触方向上反射率的分布情况，根据两个超声传感器分别得到的最小反射率的时间差来确定滚子的左右歪斜摆动状态。假设滚子公转速度为ν，两个超声传感器分别得到的最小反射率位置相差的测量点数为n，超声波发射脉冲重复频率为f，两个探头的中心距为l，则滚子左右歪斜摆动角度为：

由于滚动轴承滚子左右歪斜摆动角度很小，因此在实际测量过程中将歪斜角度转化为歪斜位移来反映滚子的左右歪斜摆动状态。

实施例：

参见图1和图2，为本发明本例中双聚焦超声传感器并列安装示意图，其中1为反光片，2为超声传感器，3为耦合剂，4为滚子。两个超声波传感器探头在滚动轴承外圈正上方沿滚子长度方向并列安装。保证超声传感器发射端面与滚动轴承外圈表面具有良好的耦合条件，利用双超声传感器并列安装测量，通过高频聚焦超声传感器，得到超声信号的反射率R。根据两个超声传感器分别得到的最小反射率的时间差来确定滚子的左右歪斜摆动状态。假设滚子公转速度为ν，两个超声传感器分别得到的最小反射率相差的测量点数为n，超声波发射脉冲重复频率为f，两个超声传感器的中心距为l，则滚子左右歪斜摆动角度为：

参见图3，为本发明本例中滚动轴承滚子左右歪斜摆动示意图，滚动轴承在实际工作过程中由于滚子与保持架的碰撞等因素导致滚子均会发生一定程度的歪斜。

参加图4，为本发明本例中同一转速下，分别测量两种不同载荷下滚子滚动歪斜位移，从图中可以看出，在同一转速下，随着载荷的增大，限制了滚子的左右方向的歪斜，歪斜位移相对较小。

参加图5，为本发明本例中同一载荷下，分别测量两种不同转速下滚子滚动歪斜位移，从图中可以看出，在同一载荷下，随着转速的增大，滚子歪斜的幅值增加，说明滚子与保持架的碰撞更加明显。

此外，滚子左右歪斜摆动状态是通过两个超声传感器测量信息得到的，本发明所用实例是根据两个聚焦超声传感器来进行说明的，但本发明不仅仅适用于两个聚焦超声传感器测量，同样适用于其他类型探头(如直探头等)进行测量。

Claims (8)

1.一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，该方法采用双超声传感器沿滚子长度方向并列安装的方式，同步采集两个超声传感器在滚动轴承外圈内表面与滚子的接触界面的反射信号，分别计算各个超声传感器超声信号的反射率，根据并列超声传感器所测反射率的最小值对应的时间差信息提取出来，再利用滚子的公转速度将其转换为左右歪斜摆动位移值，从而判断真实工况下滚子的左右歪斜摆动状态。

2.根据权利要求1所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)选择超声传感器

选定超声传感器，根据所测滚动轴承的转速范围、滚动轴承的型号和试验工况，选择合适的超声传感器，若选用聚焦超声探头，聚焦直径越小，所测信号精度越高；若选用直探头，探头晶片直径越小，所测信号精度越高；

2)安装及调节超声波传感器探头

两个超声传感器在滚动轴承外圈沿着滚子长度方向并列安装，超声传感器固定在轴承座上，通过调节装置调节超声传感器的位置，同时保证超声传感器发射端面与滚动轴承外圈表面良好接触；

3)采集超声反射回波信号

通过超声脉冲发射-接收板卡，同步激励两个超声传感器发射超声波并且接收超声反射回波信号，在滚动轴承静止状态和正常工作状态，分别同步采集两个超声传感器反射回波信号，根据反射回波信号得到超声反射率信息；

4)获取滚动轴承正常运行工况下滚子左右歪斜摆动状态

两个超声传感器对应位置处的超声反射率信息由步骤3)计算得到，该超声反射率信息反映了滚子线接触方向上超声反射率的分布情况，根据两个超声传感器分别得到的最小反射率的时间差来确定滚子的左右歪斜摆动状态。

3.根据权利要求2所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，步骤1)中，为了保证滚子经过超声传感器时，获得至少N个有效超声反射回波信号，超声传感器的脉冲发射频率f₁大于N*f₂，N大于10个，f₂为滚子通过超声传感器的频率。

4.根据权利要求2所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，步骤2)中，调节装置采用电动或手动多自由度调节平台。

5.根据权利要求2所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，步骤2)中，超声波传感器探头与滚动轴承外圈之间通过耦合剂作为媒介，使得超声波从探头发射出来后能够减少衰减，能够最大限度的摄入轴承外圈。

6.根据权利要求2所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，步骤3)中，滚动轴承静止状态下，记录两个超声传感器反射信号的幅值A_r1、A_r2，圆柱滚子轴承正常运行工况下，同步记录两个超声传感器反射信号的幅值A₀₁、A₀₂，通过公式R＝A_0i/A_ri，计算对应位置处的超声反射率，其中i＝1,2。

7.根据权利要求6所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，步骤4)中，滚子的左右歪斜摆动状态通过两个超声传感器分别得到的最小反射率的时间差来确定，记录两个超声传感器分别得到的最小反射率位置相差的测量点数假设为n，滚子公转速度为ν，超声波发射脉冲重复频率为f，两个超声传感器的中心距为l，则滚子左右歪斜摆动角度为

8.根据权利要求7所述的一种用于滚动轴承滚子左右歪斜摆动状态的测量方法，其特征在于，由于实际运转过程中，滚子左右歪斜摆动角度相对较小，实际测量过程中滚子的左右歪斜摆动状态能够采用歪斜位移来表示。