[发明专利]一种圆柱滚子轴承润滑油膜厚分布的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及系统的动力特性和弹流润滑特性等领域，特别涉及一种圆柱滚子轴承润滑油膜厚分布的检测方法，利用圆柱滚子轴承外圈安置并排高频超声传感器探头，依据其发射信号的反射率，得到此类轴承润滑油膜厚分布。

背景技术

圆柱滚子轴承在现代工业中有着广泛的应用。该类轴承滚柱体和内外套圈间的弹流润滑状况的好坏是决定圆柱滚子轴承使用寿命和可靠性的关键，是此类轴承技术研究的核心问题，但对于此类轴承润滑状况实际工况检测的讨论，一直没有定论。

滑动轴承中油膜厚度通常比较大，检测的常用方法有电测法、光测法以及声测法，但是对于油膜厚度通常在微米甚至亚微米量级的滚动轴承油膜厚度来说，传统方法都存在很大的局限性：电测法和光测法均对轴承材料提出了特殊要求，且只适用于滑动轴承；声测法包括冲击脉冲法及超声波(通过发射信号与反射信号时间差)方法，但此类方法均只适用于油膜厚度大于7um的情况，同样无法应用于圆柱滚子轴承。

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圆柱滚子轴承润滑油膜厚分布的检测方法，利用在圆柱滚子轴承外圈密排高频超声传感器探头，通过检测各个超声发射信号的反射率，计算不同位置的油膜刚度，并换算为相应位置的膜厚及压力分布，本发明能应用于实际工况的在线监测，简单准确。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种圆柱滚子轴承润滑油膜厚分布的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、选定水浸式聚焦超声传感器探头，并确定其几何参数和工作参数，几何参数包括超声传感器发射端柱面半径与焦距，其中发射端柱面半径与圆柱滚子轴承外圈半径一致，焦距大于轴承外圈厚度；工作参数为超声传感器的发射频率f₁，记超声信号的脉冲发射周期T₁，T₁＝1/f₁，滚子外圈接触点通过超声传感器探头聚焦面积的时间周期T₂，为了保证获得至少N个有效超声信号，工作参数要求T时间周期₂大于N*T₁，N通常大于5个，即是发射频率f₁大于N/T₂；

步骤二、圆柱滚子轴承超声传感器探头安装及润滑油膜对超声信号反射率的初值记录，在圆柱滚子轴承滚子两端部和中间位置分别安装超声传感器探头，其几何参数与工作参数在步骤一中被确定，保证超声传感器探头良好的水浴耦合条件，同时轴承润油充分，圆柱滚子轴承静止状态下，通过超声信号脉冲发射-接收装置，同步激励超声传感器探头发射超声信号，并同步接收润滑油膜反射信号，记录此时各个超声传感器探头的反射信号幅值A_0i，i＝1，2，3...M，M为超声传感器个数，作为超声信号未运行工况下的初值；

步骤三、圆柱滚子轴承运行工况下润滑油膜对超声信号反射率的工作值纪录，圆柱滚子轴承加载后稳定运行，此时同步记录各个超声传感器反射信号幅值A_1i，计算对应位置的超声信号反射率R_i＝A_1i/A_0i；

步骤四、圆柱滚子轴承线接触全域范围油膜分布绘制，通过步骤一确定的超声发射频率f与步骤三得到的各个超声传感器反射率R_i，利用公式(3)可以计算得到各个超声传感器对应位置的膜厚信息h_i；建立笛卡尔坐标系oxy，以各个超声传感器探头与轴承一侧的距离为横坐标x，以润滑油油膜厚度h为纵坐标，各个超声传感器对应的安装位置x_i，其膜厚为h_i，则坐标系oxy中各点坐标为(x_i，h_i)，将各点连成光滑二次曲线，即得到被测圆柱滚子轴承外圈润滑油膜厚分布图，

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