【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，属于润滑油膜厚度测量领域。
技术介绍
1、滚动轴承在高端装备中，火箭、航天飞机的发动机、风力发电机、高铁、高精密医疗设备以及卫星陀螺仪等，扮演着至关重要的旋转支撑角色。油膜厚度是滚动轴承早期失效预警和润滑失效监测的重要指标。因此，测量油膜厚度对于高端装备中滚动轴承的维修保养和提高其服役寿命至关重要。
2、目前，实现滚动轴承润滑油膜厚度测量的方法主要包括光学类、电学类以及超声波方法。光学类方法具有高测量精度的特点，但由于对材料有较强透明性的要求，因此在实际工程中的应用受到限制。电学类方法受导体效应和各种干扰因素的影响，无法直接获取每个接触区的电阻电容信号，导致得到的仅是轴承的润滑油膜厚度均值，存在较大误差。超声波方法能够穿透固体材料，实现对滚动轴承内部润滑油膜的非破坏性监测，在低速滚动轴承中已经得到广泛应用。然而，由于准确的接触区膜厚测量，需要捕获接触区中心的超声脉冲信号。而高速滚动轴承中，硬件脉冲发射频率和超声探头与被测油膜的距离等因素的限制导致超声脉冲难以作用于接触区中心。或者，由于需要采集大量连续脉冲导致采集、传输、存储的设备成本大幅度提升。
技术实现思路
1、针对高速滚动轴承中超声脉冲难以作用于油膜接触区中心，使接触区膜厚测量结果准确性差的问题，本专利技术提供一种高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法。
2、本专利技术的一种高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，包括，>
3、在滚动轴承保持架上设置吸光区；
4、计算测试滚子的接触半宽，根据接触半宽设定基准延时时长，所述基准延时时长产生的延时位移最大为接触半宽的十分之一；
5、设置采样周期的时长以及采样周期的个数；在滚动轴承转动过程中，通过吸光区形成的光信号获得每个采样周期的触发信号，基于触发信号进行延时使超声探头发出超声脉冲并在对应测试滚子的目标油膜接触区形成聚焦焦斑；在顺序变换的采样周期内，基于触发信号产生的延时时长依次为基准延时时长的1倍、2倍、3倍……；在每个采样周期内采集设定个数的携带油膜厚度信息的超声反射波信号；由所有超声反射波信号中选择最靠近目标油膜接触区中心的超声反射波信号作为目标超声反射波信号；
6、由目标超声反射波信号计算得到目标油膜接触区中心油膜厚度。
7、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，所述吸光区通过喷涂油漆形成。
8、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，吸光区形成的光信号经光电传感器产生的电信号使触发器动作产生高电平信号，高电平信号经过延时设计器延时触发信号发生器，信号发生器发出方波脉冲控制超声脉冲发生接收器发出指定频率的负的尖脉冲信号激励超声探头发出超声脉冲；携带油膜厚度信息的超声反射波信号被超声脉冲发生接收器接收后，传递至采集存储分析系统进行处理，得到油膜接触区中心油膜厚度。
9、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，基准延时时长表示为δt：
10、
11、式中dp为基准延时时长产生的延时位移，v为油膜接触区通过超声探头下方的速度：
12、
13、式中b为接触半宽；
14、
15、式中nc为滚动轴承保持架转速，d为滚动轴承内径，d为滚动轴承外径，rr为滚子半径；
16、
17、式中ni为滚动轴承内圈转速。
18、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，所述目标油膜接触区为选定测试滚子的油膜接触区；
19、在每个采样周期内记录的超声探头发出的超声脉冲数量为np的2至4倍：
20、
21、式中lo为相邻油膜接触区中心的距离，lp为相邻超声脉冲的距离：
22、
23、lp＝v/fmax，
24、式中nr为滚动轴承的滚子数量，fmax为超声脉冲发生接收器的最大脉冲发射频率；
25、则超声脉冲数量np为：
26、
27、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，采样周期的个数为测试基数的倍数；
28、测试基数表示为ntest：
29、
30、对式(7)变形，得到：
31、
32、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，选择目标超声反射波信号的方法为：
33、对所有超声反射波信号进行快速傅里叶变换，得到对应超声探头中心频率的频域幅值，依据中心轴线幅值最小原则选择对应于目标油膜接触区中心的超声反射波信号作为目标超声反射波信号。
34、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，计算目标油膜接触区中心油膜厚度的方法包括计算反射系数，反射系数根据目标超声反射波信号对应的超声探头中心频率的频域幅值进行计算：
35、
36、式中|r(fc)|为目标超声反射波信号对应的超声探头中心频率fc处的反射系数幅值，aoil为测量得到的滚动轴承非滚动体区的幅值均值，amin为目标超声反射波信号对应的频域幅值，roil为钢油界面的参考系数。
37、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，基于反射系数计算目标油膜接触区中心油膜厚度：
38、
39、式中hcenter为目标油膜接触区中心油膜厚度，ρop为润滑油在赫兹接触均值压力p下的修正密度，cop为润滑油在赫兹接触均值压力p下的修正声速，ρs为滚动轴承外圈密度，cs为滚动轴承外圈声速。
40、根据本专利技术的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，超声探头的轴线垂直于所在位置的滚动轴承外圈圆弧，聚焦焦斑位于滚动轴承外圈与油膜的交界面。
41、本专利技术的有益效果：本专利技术方法基于延时设计实现接触区中心油膜厚度测量，通过设计与工况匹配的系列延时脉冲，使超声脉冲与轴承接触区中心能够准确作用，并获得其反射信号，再经过算法处理得到接触区中心油膜厚度。
42、本专利技术方法在一个采样周期内仅需采集少量的连续脉冲，待数据传输完成后，进行下一次记录。这极大的降低了数据的传输和存储成本。
43、本专利技术方法在不同采样周期通过等间隔的延时信号控制超声脉冲的发出时刻实现对接触区的扫描，使得至少存在一个超声脉冲信号作用于接触区中心，从而实现接触区中心油膜厚度的准确测量。
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1.一种高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于包括，
2.根据权利要求1所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，所述吸光区通过喷涂油漆形成。
3.根据权利要求1所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，吸光区形成的光信号经光电传感器产生的电信号使触发器动作产生高电平信号，高电平信号经过延时设计器延时触发信号发生器，信号发生器发出方波脉冲控制超声脉冲发生接收器发出指定频率的负的尖脉冲信号激励超声探头发出超声脉冲；携带油膜厚度信息的超声反射波信号被超声脉冲发生接收器接收后，传递至采集存储分析系统进行处理，得到油膜接触区中心油膜厚度。
4.根据权利要求1所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，采样周期的个数为测试基数的倍数；
7.根据权利要求6所述的高
8.根据权利要求7所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，计算目标油膜接触区中心油膜厚度的方法包括计算反射系数，反射系数根据目标超声反射波信号对应的超声探头中心频率的频域幅值进行计算：
9.根据权利要求8所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，基于反射系数计算目标油膜接触区中心油膜厚度：
10.根据权利要求9所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于包括，
2.根据权利要求1所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，所述吸光区通过喷涂油漆形成。
3.根据权利要求1所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，吸光区形成的光信号经光电传感器产生的电信号使触发器动作产生高电平信号，高电平信号经过延时设计器延时触发信号发生器，信号发生器发出方波脉冲控制超声脉冲发生接收器发出指定频率的负的尖脉冲信号激励超声探头发出超声脉冲；携带油膜厚度信息的超声反射波信号被超声脉冲发生接收器接收后，传递至采集存储分析系统进行处理，得到油膜接触区中心油膜厚度。
4.根据权利要求1所述的高速滚动轴承弹流接触区中心油膜厚度超声测量方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的高速滚动轴承...
【专利技术属性】
技术研发人员：王黎钦，汪剑云，贺彦博，张玉新，张传伟，古乐，于海德，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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