CN209945249U - 推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，待测量的推力轴承包括推力盘、推力瓦、推力瓦座，推力盘通过主轴与电机连接；测量装置包括压电促动器、超声传感器、超声脉冲发生接收器、无线遥测系统、水槽；推力瓦和推力瓦座放置于水槽中，压电促动器控制推力盘上下移动，模拟推力盘与轴瓦之间的距离，得到静态膜厚值；超声传感器安装于推力盘内，实现超声穿过单层介质进入液膜层；超声脉冲发生接收器做成轴段嵌入主轴中，超声传感器通过线缆连接超声脉冲发生接收器；超声脉冲发生接收器与无线遥测系统相连。本实用新型对测量载体材质透光性无特殊要求，并且不破坏轴瓦承载面，实现了推力轴承润滑膜的全周动态测量与稳定采集。

Description

推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置

技术领域

本实用新型涉及推力轴承润滑状态监测技术领域，具体涉及一种基于超声和无线遥测技术的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置。

背景技术

推力轴承广泛应用于船舶推进轴系、汽轮发电机与大型水泵等旋转机械中。作为一种关键基础零部件，推力轴承既是这些关键设备的重要支撑零件，又是保证其完成旋转运动的关键摩擦副，对设备的正常运行起着至关重要的作用。推力轴承润滑是依靠流体润滑膜将推力瓦和推力盘隔开的，润滑膜的状态在很大程度上反映着设备的运行状态。然而在重载、低速、水润滑等恶劣工况下，推力轴承润滑状态复杂，造成轴承设计困难、服役寿命短，因此很必要研究推力轴承膜厚分布，对润滑状态进行观测。

目前国内主要通过测量摩擦系数、轴瓦温度、滑油温度、轴振和瓦振特性来间接评价推力轴承的润滑状态。而针对推力轴承润滑液膜厚度进行的直接测量，多采用光纤传感器或小型电涡流传感器。这两种方法均存在不可克服的缺陷，前者对测量对象的材质有严格要求，要求轴承必须为透光材料；后者开设的测量孔对轴承工作面破坏较大，这些都造成了测量结果与实际轴承膜厚状态不符，影响测量结果的准确性。如果将这些传感器布置在推力轴承轴瓦上，除了会破坏轴瓦承载面，还由于测量点数量，仅能得到有限测点的膜厚数据。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，它基于超声和无线遥测技术，可以实现轴承在破坏较少的情况下，利用单个传感器实时动态测量推力轴承全周膜厚的功能，为试验研究推力轴承润滑状态提供了有力的工具。

本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，待测量的推力轴承包括推力盘、推力瓦、推力瓦座，所述推力盘通过主轴与电机连接；所述测量装置包括压电促动器、超声传感器、超声脉冲发生接收器、无线遥测系统、水槽、示波器、PC机；所述推力瓦和推力瓦座放置于水槽中，所述压电促动器控制推力盘上下移动，模拟推力盘与轴瓦之间的距离，得到静态膜厚值；所述超声传感器安装于推力盘内，实现超声穿过单层介质进入液膜层；所述超声脉冲发生接收器做成轴段嵌入主轴中，所述超声传感器通过线缆连接超声脉冲发生接收器；所述超声脉冲发生接收器与所述无线遥测系统相连，无线遥测系统与所述示波器连接，示波器与所述PC机连接。

上述方案中，所述推力盘上端面开设凹槽，所述超声传感器通过粘合剂粘贴在所述凹槽内，所述线缆的正负极与超声传感器的正负极焊接后通过出线孔引出，并沿着推力盘和主轴表面引至与超声脉冲发生接收器连接；所述超声传感器与线缆通过环氧树脂进行封装。

上述方案中，所述推力盘下端面开设凹槽，凹槽上部开设引线孔，凹槽内安装端盖，所述超声传感器粘贴在端盖的上表面，所述线缆的正负极与超声传感器的正负极焊接后通过出线孔引出，并沿着推力盘和主轴表面引至与超声脉冲发生接收器连接；所述超声传感器与线缆通过环氧树脂进行封装。

上述方案中，所述超声传感器在推力盘上的排列方式为：超声传感器分布在推力盘不同的基圆上，在推力盘上沿一条线等距排开。

上述方案中，所述超声传感器在推力盘上的排列方式为：超声传感器分布在推力盘不同的基圆上，间隔排列，相邻传感器的间隔角度根据传感器数量进行等间隔划分。

上述方案中，所述超声脉冲发生接收器的两端通过联轴器与主轴连接，超声脉冲发生接收器随主轴同步旋转。

上述方案中，所述无线遥测系统包括转动部分和固定部分；转动部分安装于主轴上，包括信号编码器、轴上供电模块、供电感应线圈、无线发射线圈，所述超声脉冲发生接收器的信号输出线缆连接信号编码器，信号编码器连接无线发射线圈，轴上供电模块连接供电感应线圈与信号编码器；固定部分安装于压电促动器上的支撑架上，包括信号拾取模块、解码器、感应供电模块；信号拾取模块与无线发射线圈相对安装，解码器与信号拾取模块连接，信号拾取模块接收无线发射线圈发出的信号，再通过解码器进行解码；感应供电模块与主轴上的供电感应线圈相对安装，感应供电模块产生交变电压信号，被主轴上的供电感应线圈通过电磁感应的方式接收，再由轴上供电模块进行控制并向信号编码器供电。

上述方案中，所述主轴的转动频率小于所述超声传感器的振动频率，以实现单个传感器能完成全周的测量。

上述方案中，所述压电促动器的精度达到0.1μm，调节范围符合推力轴承的润滑膜厚范围。

上述方案中，所述测量装置还包括L型的基座，基座一边水平、另一边竖直，所述水槽设置于所述基座的水平面上，所述压电促动器安装于所述基座的竖直面上。

本实用新型的有益效果在于：

1、相比于现有技术，本实用新型提出的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置对测量载体材质透光性无特殊要求，并且不破坏轴瓦承载面，实现了推力轴承润滑膜的全周动态测量与稳定采集。

2、本实用新型将超声传感器嵌入到推力盘内，不破坏轴承工作面(承载面)，测量精度高，并且随着主轴旋转，实现了单个传感器即可实时测量全周的润滑膜厚度，测量信息更全面。

3、本实用新型超声传感器拾取的动态膜厚信号，通过无线遥测系统进行传输，稳定性高，测量实时性好，且可长时不间断采集。

4、本实用新型可测量静态与动态润滑液膜厚度，两者可对比，有利于分析膜厚变化。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置的整体示意图；

图2是超声传感器安装方式局部剖视图；

图3是超声传感器另一种安装方式局部剖视图；

图4是端盖的放大图；

图5是超声传感器安装位置俯视图；

图6是超声传感器间隔安装示意图；

图7是超声脉冲发射接收仪轴段图；

图8是无线遥测系统的原理图。

图中：10、压电促动器；11、支撑架；20、超声传感器；21、线缆；22、端盖；23、出线孔；30、超声脉冲发生接收器；40、无线遥测系统；41、信号编码器；42、轴上供电模块；43、供电感应线圈；44、无线发射线圈；45、信号拾取模块；46、解码器；47、感应供电模块；48、电源适配器；50、示波器；60、PC机；70、水槽；80、基座；201、电机；202、主轴；203、推力盘；204、推力瓦；205、推力瓦座；206、联轴器。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，为本实用新型一较佳实施例的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，待测量的推力轴承包括推力盘203、推力瓦204、推力瓦座205，推力盘203通过主轴202与电机201连接。测量装置包括压电促动器10、超声传感器20、超声脉冲发生接收器30、无线遥测系统40、示波器50和PC机60。推力瓦204和推力瓦座205放置于水槽70中，压电促动器10控制推力盘203上下移动，模拟推力盘203与轴瓦之间的距离，得到静态膜厚值。超声传感器20安装于推力盘203内，实现超声穿过单层介质进入液膜层。超声脉冲发生接收器30做成轴段嵌入主轴202中，超声传感器20通过同轴线缆连接超声脉冲发生接收器30，超声脉冲发生接收器30与无线遥测系统40相连。无线遥测系统40通过BNC转接线与示波器50连接，示波器50通过USB接口与PC机60连接。当电机201工作时，推力盘203随主轴202旋转，膜厚信号在示波器50中采集，并传到PC机60中分析处理。

进一步优化，本实施例中，如图2所示，选择超声波压电元件作为超声传感器20，在推力盘203上端面开设凹槽，将超声传感器20通过粘合剂粘贴在凹槽内，线缆21的正负极与超声传感器20的正负极焊接后通过出线孔23引出，并沿着推力盘203和主轴202表面引至与超声脉冲发生接收器30连接；超声传感器20与线缆21通过环氧树脂进行封装。

如图3所示，在其他实施例中，超声传感器20还可以采用另一种安装方式，在推力盘203下端面开设凹槽，凹槽上部开设出线孔23，凹槽内安装端盖22，将超声传感器20粘贴在端盖22的上表面，将线缆21的正负极与超声传感器20的正负极焊接后通过出线孔23引出，并沿着推力盘203和主轴202表面引至与超声脉冲发生接收器30连接；超声传感器20与线缆21通过环氧树脂进行封装。图4为端盖22的放大图。

进一步优化，本实施例中，如图5所示，超声传感器20在推力盘203上的排列方式为：超声传感器20分布在推力盘203不同的基圆上，在推力盘203上沿一条线等距排开。

如图6所示，在其他实施例中，超声传感器20在推力盘203上的排列方式还可以为：超声传感器20分布在推力盘203不同的基圆上，间隔排列，相邻传感器的间隔角度根据传感器数量进行等间隔划分。只需将超声传感器20安装在推力盘203不同基圆上，即可实现当主轴202旋转时，同一基圆上单个传感器完成全周的膜厚测量。

进一步优化，本实施例中，如图7所示，将超声脉冲发生接收器30做成轴段，两端通过联轴器206与主轴202连接，轴段装配好后，进行动平衡试验，保证其动平衡精度与旋转轴的动平衡精度相同。通过电刷为超声脉冲发生接收器30供电。

进一步优化，本实施例中，如图8所示，无线遥测系统40是利用耦合的方式进行电源的传输与信号的传输，利用射频方式对测量到的信号进行编码发射。无线遥测系统40包括转动部分和固定部分，转动部分安装于主轴202上，包括信号编码器41、轴上供电模块42、供电感应线圈43、无线发射线圈44。超声脉冲发生接收器30的信号输出线缆连接信号编码器41，信号编码器41连接无线发射线圈44，轴上供电模块42连接供电感应线圈43与信号编码器41。固定部分安装于压电促动器10上的支撑架11上，包括信号拾取模块45、解码器46、感应供电模块47。信号拾取模块45与无线发射线圈44相对安装，解码器46与信号拾取模块45连接，信号拾取模块45接收无线发射线圈44发出的信号，再通过解码器46进行解码，解码器46对接收到的信号进行解调和放大调制处理，输出标准的4～20mA电流信号或者10V的电压信号，解码器46连接示波器50，示波器50与PC机60连接，将测得的膜厚信号接入到电脑端处理，实现推力轴承膜厚信号从旋转轴上引出采集分析。感应供电模块47与主轴202上的供电感应线圈43相对安装，感应供电模块47产生交变电压信号，被主轴202上的供电感应线圈43通过电磁感应的方式接收，再由轴上供电模块42进行控制并向信号编码器41供电，感应供电模块47外接电源适配器48，电源适配器48与电源连接。无线遥测系统40的转动部分和固定部分通过供电感应线圈43、无线发射线圈44、信号拾取模块45和感应供电模块47进行电源的传输和信号的交互，可以实现连续不间断供电。将支撑架11固定在压电促动器10上，保证了无线遥测系统40中的信号拾取模块45与主轴202上的无线发射线圈44始终保持在同一位置。

本实用新型的测量装置适用于水润滑或油润滑推力轴承，利用超声波在润滑层上传播的理论模型，对于不同的润滑膜厚度分别采用不同的理论模型，将测得的膜厚相关信号换算成膜厚值，实现推力轴承润滑膜厚度的实时测量。主轴202旋转时，当主轴202的转动频率小于超声传感器20的振动频率，能实现单个传感器能完成全周的测量。将测量的动态膜厚值与模拟的静态膜厚值进行对比，分析膜厚变化。

进一步优化，本实施例中，超声传感器20采用小型压电元件，如直径为7mm、厚度为2mm的压电元件。

进一步优化，本实施例中，压电促动器10的精度达到0.1μm，调节范围符合推力轴承的润滑膜厚范围。

进一步优化，本实施例中，测量装置还包括L型的基座80，基座80一边水平、另一边竖直，水槽70设置于基座80的水平面上，压电促动器10安装于基座80的竖直面上。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，待测量的推力轴承包括推力盘、推力瓦、推力瓦座，所述推力盘通过主轴与电机连接；其特征在于，所述测量装置包括压电促动器、超声传感器、超声脉冲发生接收器、无线遥测系统和水槽；所述推力瓦和推力瓦座放置于水槽中，所述压电促动器控制推力盘上下移动，模拟推力盘与轴瓦之间的距离，得到静态膜厚值；所述超声传感器安装于推力盘内，实现超声穿过单层介质进入液膜层；所述超声脉冲发生接收器做成轴段嵌入主轴中，所述超声传感器通过线缆连接超声脉冲发生接收器；所述超声脉冲发生接收器与所述无线遥测系统相连。

2.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述推力盘上端面开设凹槽，所述超声传感器通过粘合剂粘贴在所述凹槽内，所述线缆的正负极与超声传感器的正负极焊接后通过出线孔引出，并沿着推力盘和主轴表面引至与超声脉冲发生接收器连接；所述超声传感器与线缆通过环氧树脂进行封装。

3.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述推力盘下端面开设凹槽，凹槽上部开设引线孔，凹槽内安装端盖，所述超声传感器粘贴在端盖的上表面，所述线缆的正负极与超声传感器的正负极焊接后通过出线孔引出，并沿着推力盘和主轴表面引至与超声脉冲发生接收器连接；所述超声传感器与线缆通过环氧树脂进行封装。

4.根据权利要求2或3所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述超声传感器在推力盘上的排列方式为：超声传感器分布在推力盘不同的基圆上，在推力盘上沿一条线等距排开。

5.根据权利要求2或3所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述超声传感器在推力盘上的排列方式为：超声传感器分布在推力盘不同的基圆上，间隔排列，相邻传感器的间隔角度根据传感器数量进行等间隔划分。

6.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述超声脉冲发生接收器的两端通过联轴器与主轴连接，超声脉冲发生接收器随主轴同步旋转。

7.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述无线遥测系统包括转动部分和固定部分；转动部分安装于主轴上，包括信号编码器、轴上供电模块、供电感应线圈、无线发射线圈，所述超声脉冲发生接收器的信号输出线缆连接信号编码器，信号编码器连接无线发射线圈，轴上供电模块连接供电感应线圈与信号编码器；固定部分安装于压电促动器上的支撑架上，包括信号拾取模块、解码器、感应供电模块；信号拾取模块与无线发射线圈相对安装，解码器与信号拾取模块连接，信号拾取模块接收无线发射线圈发出的信号，再通过解码器进行解码；感应供电模块与主轴上的供电感应线圈相对安装，感应供电模块产生交变电压信号，被主轴上的供电感应线圈通过电磁感应的方式接收，再由轴上供电模块进行控制并向信号编码器供电。

8.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述主轴的转动频率小于所述超声传感器的振动频率，以实现单个传感器能完成全周的测量。

9.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述压电促动器的精度达到0.1μm，调节范围符合推力轴承的润滑膜厚范围。

10.根据权利要求1所述的推力轴承全周润滑膜厚度动态测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括L型的基座，基座一边水平、另一边竖直，所述水槽设置于所述基座的水平面上，所述压电促动器安装于所述基座的竖直面上。

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