[发明专利]内外圈同时转动的高速滚动轴承保持架光纤测速装置及测速方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速滚动轴承保持架光纤测速装置及测速方法。属于轴承测速及运行状态监测领域。

背景技术

航空发动机的主轴轴承经常运行于高速轻载工况下，是滚动轴承在极端苛刻及特殊工况下应用的典型代表。航空轴承由于高速、高温的工况条件，其失效形式有别于常规轴承，其中打滑是引起高速轻载航空轴承失效和故障最常见的原因之一。高速滚动轴承运行过程中发生的打滑现象会引起轴承内圈和滚动体表面的磨损和早期失效，这会对滚动轴承的正常工作产生极大的影响。

高速滚动轴承中，在轻载或者过量的润滑条件下，由于受到惯性力的影响，会造成滚动体与套圈滚道各自接触点的线速度存在差异，此时，将在两接触体之间出现滑动现象，该现象即为打滑。如果高速运行的轴承发生打滑现象，会导致滚动体与内外圈滚道之间产生很大的剪应力，破坏两接触面之间的润滑膜，从而使滚动体与滚道直接接触，进而产生蹭伤，甚至引起两者之间的高温灼伤，导致轴承的打滑失效。

在轴承运行过程中，随着径向载荷的减小，转动速度的升高，滚动体数目的增多，由于受到离心力的作用，使得作用于每个滚动体的摩擦拖曳力减小，保持架的滑差率增大。因此，保持架的转速可以表征轴承运行状态，特别是轴承存在滑动的运行状态。

目前的发展现状：现有的轴承保持架的转速测量主要有磁化滚动体、放置放射源、加装辅助部件、腐蚀镀层、脉动信号分析等方法。但是磁化滚动体仅适用于低速、低精度场合，磁场会使高速、高精度的轴承的磨损碎片聚合，导致磨损加剧。放置放射源法结构复杂、价格昂贵，而且放射性元素对人体有危害。加装辅助部件有可能使探头与保持架发生碰撞，而且加装的信号产生部件会破坏保持架运行的初始状态，导致受力不平衡和强度降低，与此同时传感器的应用环境也受到很大的限制。其它的方法也都有相同或相似的缺点和不足。因此，建立测量内外圈同时转动的滚动轴承保持架转速的新的可靠方法非常必要。

发明内容

本发明为了解决现有的测轴承保持架转速的方法，需要改变轴承保持架结构，并且不能测内外圈同时转动的滚动轴承保持架转速和不能测量打滑的问题。现提供内外圈同时转动的高速滚动保持架光纤测速装置及测速方法。

内外圈同时转动的高速滚动轴承保持架光纤测速装置，它包括显示器、计数器、光纤放大器、发射端光纤、接收端光纤、排布光纤、外圈安装工装、滚动轴承、外圈拖动装置、内圈拖动装置、1号测速装置、2号测速装置、收发端固定装置、一号轴和二号轴，

外圈安装工装上设置有多个通孔，该多个通孔以外圈安装工装的中心为圆心沿圆周方向均匀分布，每个通孔内嵌入有一根光纤，构成排布光纤，

所述排布光纤、外圈安装工装和滚动轴承均设置在收发端固定装置内，一号轴和外圈安装工装连接为一体，二号轴连接滚动轴承内圈，发射端光纤、排布光纤和接收端光纤同轴放置，一号轴和二号轴同轴放置，且一号轴和二号轴的轴向与发射端光纤、排布光纤和接收端光纤的轴向平行，

外圈拖动装置用于带动一号轴旋转，1号测速装置用于测量外圈拖动装置的转速，内圈拖动装置用于带动二号轴旋转，2号测速装置用于测量内圈拖动装置的转速，

光纤放大器产生的光信号经发射端光纤发出，透过外圈安装工装上的排布光纤散射形成稳定的光斑，稳定的光斑透过滚动轴承保持架和内外圈之间的缝隙被接收端光纤接收，通过光纤放大器接收接收端光纤的光信号，将光信号进行放大处理后产生的脉冲信号传递给计数器，计数器的显示信号输出端连接显示器的显示信号输入端。

根据内外圈同时转动的高速滚动轴承保持架光纤测速装置实现的测速方法，它包括以下步骤：

外圈拖动装置用于带动一号轴旋转，内圈拖动装置用于带动二号轴旋转，

光纤放大器发出的光信号经发射端光纤发出，透过外圈安装工装上的排布光纤散射形成稳定的光斑，稳定的光斑透过滚动轴承保持架和内外圈之间的缝隙被接收端光纤接收，通过光纤放大器接收接收端光纤的光信号，产生的脉冲信号由光纤放大器放大处理后输出给计数器，对计数器内置设定保持架实际转速f_c'的公式：

f_c'＝60N/z，

获得滚动轴承保持架实际转速f_c'，

其中，N为脉冲信号个数，z为滚动轴承外圈安装工装和内外圈之间的缝隙数。

根据内外圈同时转动的高速滚动轴承保持架光纤测速装置测量滚动轴承打滑的方法，外圈拖动装置用于带动一号轴旋转，1号测速装置用于测量外圈拖动装置的转速，1号测速装置测量的转速记为f_o；