[發明專利]解決圓柱滾子軸承超聲膜厚測量空間分辨率不足的方法

有效

• 申請號: 201910185036.4
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN109737901B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 武通海;羅朝鵬;竇潘;鄒來勝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02;G06F30/23
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

解決圓柱滾子軸承超聲膜厚測量空間內分辨率不足的方法，向內圈?空氣界面和內圈?潤滑油膜?滾子結構分別發射超聲波，采集并存儲反射信號分別作為參考信號和待測信號；二者分別進行快速傅里葉變換FFT得到各自的幅值譜；將待測信號和參考信號的幅值譜相除得到反射系數幅值譜，即可獲得實測平均反射系數R_s；根據相應工況分別獲得非接觸區膜厚對接觸區反射系數R_c的影響系數R_j和滾子彈性變形對接觸區反射系數R_c的影響系數R_g；即可獲得實測平均反射系數R_s和真實接觸區反射系數R_c的定量關系，最后就可以從實測平均反射系數R_s中提取接觸區反射系數R_c，從而實現接觸區油膜厚度的準確測量，提高了超聲傳感器的空間分辨率。

技術領域

本發明屬于機器系統摩擦副潤滑狀態檢測技術領域，特別涉及解決圓柱滾子軸承超聲膜厚測量空間分辨率不足的方法。

背景技術

滾動軸承是機械設備中最重要的零部件之一，從彈流潤滑理論可知，不同的載荷和轉速下滾子和內圈可形成一定厚度的潤滑油膜，它可以將軸承外圈和滾子隔離開，使其形成良好潤滑延長軸承使用壽命。若潤滑油膜破裂，軸承內圈將和滾子發生劇烈磨損從而引發嚴重事故。因此，對滾動軸承中潤滑油膜厚度進行實時的監測將具有重要的意義。

目前比較流行的檢測方法有光學干涉法，電容法和超聲測厚法。光學干涉法利用不同膜厚下的干涉條紋變化來測量膜厚。精度較高，缺陷是需要一個透光的窗口。電容法根據不同膜厚下的電容變化測量膜厚，這個方法需要在軸承表面建立電學回路，缺點是會破壞軸承表面并影響油膜的形成。2003年Drinkwater等人挖掘了超聲彈簧模型法在檢測固體表面間潤滑厚度潛在的應用前景。該方法主要是通過超聲傳感器向潤滑油膜層發射超聲波，提取反射回波信號并與參考信號作比獲得反射系數，利用反射系數和油膜厚度之間的對應關系即可計算油膜厚度。他們將超聲膜厚檢測范圍延伸到1微米以下。隨后這一技術被推廣到膜厚更薄的滾動球軸承，機械密封及內燃機活塞環膜厚檢測中。

在圓柱滾子軸承膜厚測量中，體積更小的微型壓電式傳感器比水聚焦傳感器更適用于工業實際，前者安裝不破壞軸承結構，不影響油膜的形成。但是由于滾子和內圈呈線接觸，根據赫茲理論計算可知，實際潤滑油膜接觸區面積(平方微米)遠小于超聲傳感器有效面積(平方毫米)，造成無法有效測量實際接觸區內的油膜厚度。這里便存在超聲波傳感器空間分辨率不足的問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種解決圓柱滾子軸承超聲膜厚測量空間分辨率不足的方法，結合彈流潤滑理論以及有限元方法，基于內圈-潤滑油膜-滾子的超聲波傳播模型，采用超聲反射系數幅值譜計算潤滑膜厚，提出一種從實測平均反射系數中提取真實接觸區反射系數的校正算法，提高了膜厚測量精度，改善超聲波傳感器空間分辨率；本發明能夠為傳感器實測平均反射系數和接觸區真實反射系數之間提供一種定量關系，從而可以從實測平均反射系數中提取接觸區真實反射系數，實現滾子軸承油膜厚度的準確測量。

為達到上述目的，本發明的所采用的技術方案是：

解決圓柱滾子軸承超聲膜厚測量空間內分辨率不足的方法，包括以下步驟：

(1)向內圈-空氣界面發射超聲波，采集并存儲反射信號作為參考信號；

(2)向內圈-潤滑油膜-滾子發射超聲波，采集并存儲反射信號作為待測信號；

(3)對步驟(1)和步驟(2)采集得到的參考信號和待測信號分別進行快速傅里葉變換FFT得到各自的幅值譜；將反射信號和參考信號的幅值譜相除得到反射系數幅值譜；

(4)獲得某一工況下傳感器實測得到的中心頻率對應的平均反射系數R_s；