滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法技术

本发明专利技术公开了一种滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，利用衬层磨损量只改变参考信号相位不改变幅值的特点，建立了同时获得滑动轴承油膜厚度和衬层磨损程度的方法：首先基于磨损后油膜反射信号与未磨损时参考信号的幅值比，用超声反射系数的幅值模型计算油膜厚度；然后基于磨损后油膜反射信号与未磨损时参考信号的相位差建立不同膜厚下的磨损模型来量化滑动轴承衬层的磨损程度。弥补了目前滑动轴承油膜厚度与磨损量之间关系和二者同步测量的研究空白，实现有油膜存在时的磨损测量，有助于轴承状态监测和剩余寿命预测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法


[0001]本专利技术属于机器系统摩擦副润滑状态检测
，具体涉及一种滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法。

技术介绍

[0002]流体滑动轴承是大型火电、水电发电机组等重要设备的关键核心部件，其工作原理是依靠流体形成的润滑膜将相对运动的摩擦副表面隔开，避免摩擦副间的直接接触。因此，润滑膜状态决定了轴承的润滑性能、承载能力、运行平稳性和寿命等行为能力，是轴承的关键所在。润滑膜变薄将会导致固体接触，从而发生磨损失效，甚至发生烧瓦、油膜振荡等重大事故。为此，研究油膜厚度和轴瓦磨损的在线监测方法对机组的故障预警和视情维护具有重要的工程意义。
[0003]在润滑膜厚测量方面，超声技术凭借其非介入式的特点，能够在不干扰润滑状态和不破坏轴承结构的前提下实现润滑膜厚的在线测量。当润滑膜厚不同时，超声反射系数(反射波与入射波的比值)将具有不同的特征，基于此，不同的数学模型被提出来用于计算润滑膜厚，如共振法、弹簧模型法、相位法等。
[0004]在磨损测量方面，主要为在线和离线两类方法。离线测量主要是通过测量磨损前后质量的损失或者测量磨损后表面的轮廓来反映磨损程度，在线测量可以利用电涡流传感器、线性电位器、激光位移传感器等通过测量磨损前后与部件位置和位移的改变来反映磨损程度，但这些传感器会在安装时会破坏轴瓦的结构。超声检测技术不仅可以用于润滑膜厚的测量，也可以用于磨损的测量，目前利用超声传感器在销盘实验机上成功实现了销柱磨损程度的实时测量：利用共振模型和飞行时间法实时测量销柱磨损后的长度，再用销柱的原始长度减去磨损后的长度获得销柱的磨损程度。
[0005]然而，现有的超声技术都是针对磨损或者膜厚单一变量进行监测，对于滑动轴承来说，在滑动轴承运行的启停阶段及轴承碰摩阶段常常伴随着轴瓦衬层的磨损，当轴瓦发生磨损时，会导致超声入射信号和从润滑膜层的反射信号发生改变，此时轴瓦的磨损程度和润滑膜厚都是未知量。到目前为止，关于轴瓦磨损和油膜厚度之间影响关系并没有进行相关的研究和分析，因此如何通过超声反射信号同时获得润滑膜厚与轴承磨损是目前的研究难点。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，解决目前滑动轴承油膜厚度与磨损量之间关系和二者同步测量的研究空白现状，提高实际工况下的轴承状态监测和剩余寿命预测精度。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，包括以下步骤：
[0009]S1、采集基体
‑
未磨损衬层结构的空气界面超声回波信号作为参考信号B
a
(f)，采集基体
‑
磨损衬层
‑
润滑油
‑
钢结构的油膜反射信号作为待测信号B
ow
(f)，通过FFT变换得到参考信号的幅值谱|B
a
(f)|和相位谱待测信号的幅值谱|B
ow
(f)|和相位谱根据衬层磨损前后参考回波的幅值和相位关系，计算磨损后油膜反射系数的幅值谱|R
w
(f)|和相位谱
[0010]S2、根据步骤S1得到的磨损后油膜反射系数的幅值谱|R
w
(f)|，利用共振模型或弹簧模型计算油膜厚度d；根据步骤S1得到的磨损后反射系数的相位谱利用不同油膜厚度下的磨损模型计算衬层磨损量，量化滑动轴承衬层的磨损程度。
[0011]具体的，步骤S1中，磨损后油膜反射系数的幅值谱|R
w
(f)|和相位谱具体为：
[0012][0013][0014]其中，B
ow
(f)为磨损后油膜反射信号；B
aw
(f)为磨损后参考信号；B
a
(f)为磨损前参考信号；Δd为衬层的磨损厚度；c
c
为超声波在衬层中的声速；f为超声波的频率，为磨损后油膜反射信号的相位谱，为磨损后参考信号的相位谱，为磨损前参考信号的相位谱。
[0015]进一步的，磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)的比值为：
[0016][0017]磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)的幅值比为：
[0018][0019]磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)的相位差为：
[0020][0021]其中，Δd为衬层的磨损厚度；c
c
为超声波在衬层中的声速；f为超声波的频率。
[0022]更进一步的，磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)计算如下：
[0023]B
a
(f)＝I(f)exp(2iπft
s
)T
sc
exp(2iπft
c
)exp(2iπft
c
)T
cs
exp(2iπft
s
)
[0024]B
aw
(f)＝I(f)exp(2iπft
s
)T
sc
exp(2iπft
cw
)exp(2iπft
cw
)T
cs
exp(2iπft
s
)
[0025]其中，I(f)为入射波；t
s
为超声波在基体中的传播时间；T
sc
为超声波在基体
‑
衬层界面的透射系数；t
c
和t
cw
分别为超声波在未磨损衬层和磨损衬层中的传播时间；T
cs
是超声
波在衬层
‑
基体界面的透射系数。
[0026]具体的，步骤S2中，利用共振模型计算油膜厚度d具体为：
[0027][0028]其中，λ为超声波的波长；m为共振频率的阶数；f
m
为第m阶共振频率。
[0029]具体的，步骤S2中，利用弹簧模型计算油膜厚度d具体为：
[0030][0031]其中，Z1＝ρ1c1，为衬层介质的声阻抗，ρ1为衬层的密度，c1为超声波在衬层中的声速；Z3＝ρ3c3，为钢介质的声阻抗，ρ3为钢的密度，c3为超声波在钢中的声速；ρ
o
为油密度；c0为超声波在油中的声速。
[0032]具体的，步骤S2中，当油膜厚度位于共振模型区时，衬层磨损厚度Δd计算如下：
[0033][0034]其中，f
m
为超声波与润滑油膜的共振频率，c
c
为超声波在衬层中的声速，为磨损前参考信号相位，为磨损后油膜反射信号相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集基体
‑
未磨损衬层结构的空气界面超声回波信号作为参考信号B
a
(f)，采集基体
‑
磨损衬层
‑
润滑油
‑
钢结构的油膜反射信号作为待测信号B
ow
(f)，通过FFT变换得到参考信号的幅值谱|B
a
(f)|和相位谱待测信号的幅值谱|B
ow
(f)|和相位谱根据衬层磨损前后参考回波的幅值和相位关系，计算磨损后油膜反射系数的幅值谱|R
w
(f)|和相位谱S2、根据步骤S1得到的磨损后油膜反射系数的幅值谱|R
w
(f)|，利用共振模型或弹簧模型计算油膜厚度d；根据步骤S1得到的磨损后反射系数的相位谱利用不同油膜厚度下的磨损模型计算衬层磨损量，量化滑动轴承衬层的磨损程度。2.根据权利要求1所述的滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，其特征在于，步骤S1中，磨损后油膜反射系数的幅值谱|R
w
(f)|和相位谱具体为：具体为：其中，B
ow
(f)为磨损后油膜反射信号；B
aw
(f)为磨损后参考信号；B
a
(f)为磨损前参考信号；Δd为衬层的磨损厚度；c
c
为超声波在衬层中的声速；f为超声波的频率，为磨损后油膜反射信号的相位谱，为磨损后参考信号的相位谱，为磨损前参考信号的相位谱。3.根据权利要求2所述的滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，其特征在于，磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)的比值为：磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)的幅值比为：磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)的相位差为：其中，Δd为衬层的磨损厚度；c
c
为超声波在衬层中的声速；f为超声波的频率。4.根据权利要求3所述的滑动轴承润滑膜厚与轴瓦衬层磨损的同步超声测量方法，其特征在于，磨损前参考信号B
a
(f)和磨损后参考信号B
aw
(f)计算如下：B
a
(f)＝I(f)exp(2iπft
s
)T
sc
exp(2iπft
c
)exp(2iπft
c
)T
cs
exp(2iπft
s
)B
aw
(f)＝I(f)exp(2iπft

【专利技术属性】
技术研发人员：武通海，赵文卓，窦潘，郑鹏，贾亚萍，雷亚国，曹军义，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：