CN110514443B - 一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法 - Google Patents

Abstract

一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，属于航空轴承在线状态监测领域。解决了现有航空轴承保持架转速测量方法测量精度低，从而导致保持架打滑率准确度低的问题。弱磁探测传感器探头位于航空轴承的外圈上方，且吊装在轴承座的通孔内，用于采集滚动体和内圈产生的混合磁场信息；由于保持架的实际转速v_c″和滚动体的实际转速v_c′相等，因此，首先通过弱磁探测传感器探头采集的混合磁场信息获得滚动体的实际转速v_c′，即：获得了保持架的实际转速v_c″，根据保持架的实际转速v_c″和理论转速v_c获得保持架的打滑率。本发明主要利用非接触的方式对轴承保持架打滑率进行测量。

Description

一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法

技术领域

本发明属于航空轴承在线状态监测领域。

背景技术

滚动轴承是旋转机械的重要部件，关系到旋转机械能否安全平稳地运行。尤其对于航空发动机轴承来说，其在高温、高转速、重载荷及油雾等恶劣环境下工作，当轴承工作时，由于滚动体随着轴承内圈做圆周运动，在离心力的作用下，滚动体常常与轴承外圈的内滚道保持一定的接触，导致了滚动体不能保持在原有位置运转，使得滚动体在内、外圈之间产生频繁的滑动，致使在接触区域产生较大的剪切力。最终，产生严重摩擦并伴随高热量产生，可导致轴承寿命降低。为此，非常有必要采取一种方法来测量航空轴承的打滑程度，以保证航空轴承正常运行。

在航空轴承保持架打滑测量中，其关键参数是航空轴承保持架转速的测量。

传统的光学的测试装置无法在油雾干扰的情况下，测量航空轴承的保持架转速；而电涡流传感器测量航空轴承的保持架速度时，需要对保持架做一定的处理，影响了航空轴承保持架的动平衡，测量结果的可信度不高；上述测量方法均不能准确测量航空轴承的保持架转速。而航空轴承的保持架转速的测量准确性直接影响航空轴承打滑率。因此，亟需提供一种能够精确测量轴承打滑率的测量方法。

发明内容

本发明是为了解决现有航空轴承保持架转速测量方法测量精度低，从而导致保持架打滑率准确度低的问题，本发明提供了一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法。

一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，该测量方法是基于弱磁探测传感器探头、航空轴承和轴承座实现的，航空轴承包括外圈、滚动体、保持架和内圈；

保持架由导磁率为0的材料制成，外圈、滚动体和内圈由金属材质制成；

航空轴承的外圈固定在轴承座上，且航空轴承的中轴线平行于水平面；

轴承座的上方开设有通孔；

弱磁探测传感器探头位于航空轴承的外圈上方，且吊装在轴承座的通孔内，用于采集滚动体和内圈产生的混合磁场信息；

航空轴承转动的过程中，外圈处于静止，滚动体、保持架和内圈均绕航空轴承的中轴线周向运动，且滚动体和保持架运动同步；

该测量方法包括如下步骤：

步骤一、通过弱磁探测传感器探头采集滚动体和内圈产生的混合磁场信息；

步骤二、根据步骤一获得的混合磁场信息获取内圈旋转的特征频率f_i和滚动体旋转的特征频率f_c′；

步骤三、根据滚动体旋转的特征频率f_c′，获得滚动体的实际转速v_c′＝f_c′×60，其中，v_c′＝v_c″，v_c″为保持架的实际转速；

根据内圈旋转的特征频率f_i，获得内圈的实际转速v_i＝f_i×60；

步骤四、保持架的理论转速为v_c，其中，

将步骤三获得的v_i带入公式一中，获得，v_c＝30f_i(1-γ)；

γ为无量纲的参数，

D为航空轴承的节圆直径，α为航空轴承的接触角，d_m为滚动体的直径；

步骤五、当v_c″<v_c时，航空轴承的保持架发生打滑，根据步骤四获得的v_c和步骤三获得的v_c″，获得保持架的打滑率

从而完成了对保持架的打滑率S的非接触式测量。

优选的是，步骤二中，根据步骤一获得的混合磁场信息获取内圈旋转的特征频率f_i和滚动体旋转的特征频率f_c′的具体过程为：

对步骤一获得的混合磁场信息的时域信息经过傅里叶变换后，转化为频域信息，从而识别出内圈旋转的特征频率f_i和滚动体旋转的特征频率f_c′。

优选的是，t₁＜t₂；

t₁为弱磁探测传感器探头的响应时间；

t₂为相邻的两个滚动体经过弱磁探测传感器探头的时间间隔。

优选的是，3f₁＜f₂；

f₁为弱磁探测传感器探头的响应频率；

f₂为相邻两个滚动体经过弱磁探测传感器探头的频率。

优选的是，所述的一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，还包括支架；支架用于吊装弱磁探测传感器探头。

原理分析：

本发明提供了一种测量保持架打滑率S的方法，由于保持架的实际转速v_c″和滚动体的实际转速v_c′相等，因此，首先通过采集的混合磁场信息获得滚动体的实际转速v_c′，即：获得了保持架的实际转速v_c″，根据保持架的实际转速v_c″和理论转速v_c获得保持架的打滑率S，整个测量过程为非接触式测量，无需对航空轴承的结构做任何破坏，测量过程简单，便于实施。

本发明带来的有益效果是，在航空轴承的外圈的径向方向，吊装一个弱磁探测传感器的探头，依据此探头可探测滚动体及内圈的微弱磁场，通过对传感器输出信号进行频域变换，可提取滚动体及内圈实际速度，由于滚动体的实际速度与保持架实际速度相同，即可获得保持架的实际速度，最终实现航空轴承保持架打滑率的测量，整个测量过程中，弱磁探测传感器探头均未与航空轴承接触，整个测量过程为非接触式测量，不会对航空轴承的保持架的动平衡产生影响，从而提高数据的获取保真度，最终提高保持架滑率的测量精度。

本发明测量方法是一种主动式的测量，无需对航空轴承的结构做任何破坏，并在高温及油雾等恶劣环境下，可稳定工作，其对保持架转速测量具有一定的可行性。

附图说明

图1为磁通门传感器探头、航空轴承和轴承座之间连接关系图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，该测量方法是基于弱磁探测传感器探头1、航空轴承2和轴承座3实现的，航空轴承2包括外圈2-1、滚动体2-2、保持架2-3和内圈2-4；

保持架2-3由导磁率为0的材料制成，外圈2-1、滚动体2-2和内圈2-4由金属材质制成；

航空轴承2的外圈2-1固定在轴承座3上，且航空轴承2的中轴线平行于水平面；

轴承座3的上方开设有通孔；

弱磁探测传感器探头1位于航空轴承2的外圈2-1上方，且吊装在轴承座3的通孔内，用于采集滚动体2-2和内圈2-4产生的混合磁场信息；

航空轴承2转动的过程中，外圈2-1处于静止，滚动体2-2、保持架2-3和内圈2-4均绕航空轴承2的中轴线周向运动，且滚动体2-2和保持架2-3运动同步；

该测量方法包括如下步骤：

步骤一、通过弱磁探测传感器探头1采集滚动体2-2和内圈2-4产生的混合磁场信息；

步骤二、根据步骤一获得的混合磁场信息获取内圈2-4旋转的特征频率f_i和滚动体2-2旋转的特征频率f_c′；

步骤三、根据滚动体2-2旋转的特征频率f_c′，获得滚动体2-2的实际转速v_c′＝f_c′×60，其中，v_c′＝v_c″，v_c″为保持架2-3的实际转速；

根据内圈2-4旋转的特征频率f_i，获得内圈2-4的实际转速v_i＝f_i×60；

步骤四、保持架2-3的理论转速为vc，其中，

将步骤三获得的v_i带入公式一中，获得，v_c＝30f_i(1-γ)；

γ为无量纲的参数，

D为航空轴承的节圆直径，α为航空轴承的接触角，d_m为滚动体的直径；

步骤五、当v_c″<v_c时，航空轴承2的保持架2-3发生打滑，根据步骤四获得的v_c和步骤三获得的v_c″，获得保持架2-3的打滑率

从而完成了对保持架2-3的打滑率S的非接触式测量。

本实施方式中，航空轴承2包括外圈2-1、滚动体2-2、保持架2-3和内圈2-4；滚动体2-2为多个，并周向布设在保持架2-3上，保持架2-3位于外圈2-1和内圈2-4之间，滚动体2-2和保持架2-3同步绕绕航空轴承2的中轴线周向运动，同时，滚动体2-2还可进行自转，由于保持架2-3由导磁率为0的材料制成，不会产生弱磁。

本实施方式采用弱磁探测技术对航空轴承滚动体和内圈自身产生的微弱磁场进行探测，采用弱磁探测传感器探头1可识别出航空轴承滚动体的转速信息，由于滚动体与保持架2-3同步运动，即可获得保持架2-3的实际运动速度。此种方法是一种主动式的测量，无需对轴承做结构做任何破坏，并在高温及油雾等恶劣环境下，可稳定工作，其对保持架转速测量具有一定的可行性。

弱磁指的是磁场强度在毫特(mT)以下的磁场。

参见图1说明本优选实施方式，本优选实施方式中，步骤二中，根据步骤一获得的混合磁场信息获取内圈2-4旋转的特征频率f_i和滚动体2-2旋转的特征频率f_c′的具体过程为：

对步骤一获得的混合磁场信息的时域信息经过傅里叶变换后，转化为频域信息，从而识别出内圈2-4旋转的特征频率f_i和滚动体2-2旋转的特征频率f_c′。

本实施方式中，内圈2-4产生的磁场和滚动体2-2产生的磁场进行交叠形成混合磁场，弱磁探测传感器探头1采集的混合磁场信息经过傅里叶变化，将时域信息转化为频域信息，可识别内圈2-4及滚动体2-2旋转的特征频率，由于，内圈2-4的磁场强于滚动体2-2的磁场，因此，在特征频谱中，特征频率强度最大所对应的频率为内圈2-4旋转的特征频率f_i，次强度所对应的频率为滚动体2-2旋转的特征频率f_c′，该种特频率的识别过程可通过现有技术实现。

参见图1说明本优选实施方式，本优选实施方式中，t₁＜t₂；

t₁为弱磁探测传感器探头1的响应时间；

t₂为相邻的两个滚动体2-2经过弱磁探测传感器探头1的时间间隔。

本优选实施方式中，对弱磁探测传感器探头1的响应时间t₁和相邻的两个滚动体2-2经过弱磁探测传感器探头1的时间间隔t₂之间的关系进行限定，能够保证对滚动体2-2和内圈2-4产生的混合磁场信息的采集。

参见图1说明本优选实施方式，本优选实施方式中，3f₁＜f₂；

f₁为弱磁探测传感器探头1的响应频率；

f₂为相邻两个滚动体2-2经过弱磁探测传感器探头1的频率。

本优选实施方式中，对弱磁探测传感器探头1的响应频率f₁和相邻两个滚动体2-2经过弱磁探测传感器探头1的频率f₂之间的关系进行限定，从而提高弱磁探测传感器探头1采集混合磁场信息的采集敏感性。

参见图1说明本优选实施方式，本优选实施方式中，还包括支架4；

支架4用于吊装弱磁探测传感器探头1。

本优选实施方式中，采用支架4对弱磁探测传感器探头1进行吊装，简单易行。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (5)

1.一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，该测量方法是基于弱磁探测传感器探头(1)、航空轴承(2)和轴承座(3)实现的，航空轴承(2)包括外圈(2-1)、滚动体(2-2)、保持架(2-3)和内圈(2-4)；

保持架(2-3)由导磁率为0的材料制成，外圈(2-1)、滚动体(2-2)和内圈(2-4)由金属材质制成；

其特征在于，航空轴承(2)的外圈(2-1)固定在轴承座(3)上，且航空轴承(2)的中轴线平行于水平面；

轴承座(3)的上方开设有通孔；

弱磁探测传感器探头(1)位于航空轴承(2)的外圈(2-1)上方，且吊装在轴承座(3)的通孔内，用于采集滚动体(2-2)和内圈(2-4)产生的混合磁场信息；

航空轴承(2)转动的过程中，外圈(2-1)处于静止，滚动体(2-2)、保持架(2-3)和内圈(2-4)均绕航空轴承(2)的中轴线周向运动，且滚动体(2-2)和保持架(2-3)运动同步；

该测量方法包括如下步骤：

步骤一、通过弱磁探测传感器探头(1)采集滚动体(2-2)和内圈(2-4)产生的混合磁场信息；

步骤二、根据步骤一获得的混合磁场信息获取内圈(2-4)旋转的特征频率f_i和滚动体(2-2)旋转的特征频率f_c′；

步骤三、根据滚动体(2-2)旋转的特征频率f_c′，获得滚动体(2-2)的实际转速v_c′＝f_c′×60，其中，v_c′＝v_c″，v_c″为保持架(2-3)的实际转速；

根据内圈(2-4)旋转的特征频率f_i，获得内圈(2-4)的实际转速v_i＝f_i×60；

步骤四、保持架(2-3)的理论转速为v_c，其中，

将步骤三获得的v_i带入公式一中，获得，v_c＝30f_i(1-γ)；

γ为无量纲的参数，

D为航空轴承的节圆直径，α为航空轴承的接触角，d_m为滚动体的直径；

步骤五、当v_c″<v_c时，航空轴承(2)的保持架(2-3)发生打滑，根据步骤四获得的v_c和步骤三获得的v_c″，获得保持架(2-3)的打滑率

从而完成了对保持架(2-3)的打滑率S的非接触式测量。

2.根据权利要求1所述的一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，其特征在于，步骤二中，根据步骤一获得的混合磁场信息获取内圈(2-4)旋转的特征频率f_i和滚动体(2-2)旋转的特征频率f_c′的具体过程为：

对步骤一获得的混合磁场信息的时域信息经过傅里叶变换后，转化为频域信息，从而识别出内圈(2-4)旋转的特征频率f_i和滚动体(2-2)旋转的特征频率f_c′。

3.根据权利要求1所述的一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，其特征在于，t₁＜t₂；

t₁为弱磁探测传感器探头(1)的响应时间；

t₂为相邻的两个滚动体(2-2)经过弱磁探测传感器探头(1)的时间间隔。

4.根据权利要求1所述的一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，其特征在于，3f₁＜f₂；

f₁为弱磁探测传感器探头(1)的响应频率；

f₂为相邻两个滚动体(2-2)经过弱磁探测传感器探头(1)的频率。

5.根据权利要求1所述的一种航空轴承保持架打滑率的非接触式测量方法，其特征在于，还包括支架(4)；

支架(4)用于吊装弱磁探测传感器探头(1)。

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