基于弱磁探測技術的軸承滾動體轉速檢測方法研究

基于弱磁探測(ce)技術的軸承滾動體轉速檢測(ce)方法研究(jiu)

摘要：

針對高速輕載軸承保持架打滑測試中滾動體速度檢測的難題，利用(yong)弱磁探測技術探測滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)弱磁(ci)場(chang)(chang)，并(bing)通(tong)過提(ti)取弱磁(ci)信號的(de)(de)特征(zheng)頻率實現滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)速(su)的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)量。搭建了(le)(le)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)平(ping)臺進行試(shi)(shi)驗(yan)，分析了(le)(le)測(ce)(ce)(ce)試(shi)(shi)距離與(yu)轉(zhuan)(zhuan)速(su)對滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)弱磁(ci)場(chang)(chang)信息探(tan)測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)影響(xiang)，結果(guo)表明，所提(ti)方法可在軸承(cheng)套圈遮擋的(de)(de)條件(jian)下探(tan)測(ce)(ce)(ce)到滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)弱磁(ci)場(chang)(chang)，滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)速(su)測(ce)(ce)(ce)量結果(guo)誤差低(di)于4%。并(bing)通(tong)過了(le)(le)對實體(ti)(ti)(ti)(ti)軸承(cheng)滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)速(su)檢測(ce)(ce)(ce)的(de)(de)驗(yan)證(zheng)，為軸承(cheng)滾(gun)(gun)(gun)動(dong)(dong)(dong)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)(zhuan)速(su)的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)提(ti)供了(le)(le)一種新的(de)(de)有效方法。

打滑是高速輕載軸承運行過程中常見的失效形式，即高速輕載時，受慣性力的影響，滾動體不能在內圈驅動下正常滾動，兩者接觸點的線速度出現差異，致使滾動體與套圈滾道之間發生劃蹭，其主要表現形式為保持架轉速因滾動體運動速度的下降而降低，因此也被稱為保持架打滑。一旦發生打滑，會造成接觸表面劃傷，嚴重時將導致劃傷部位出現表面剝落等失效形式，對軸承的穩定運行產生極大的威脅。

目前，國內(nei)外(wai)對保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)打滑的(de)(de)監測開(kai)展了大(da)量(liang)的(de)(de)試驗研究。文(wen)獻(xian)[5]用電(dian)磁感(gan)(gan)應探頭獲取脈沖信號(hao)(hao)以(yi)測量(liang)保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)速(su)；文(wen)獻(xian)[6-7]用磁傳(chuan)感(gan)(gan)器記(ji)(ji)錄保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)鉚釘通(tong)過(guo)情況(kuang)，從而獲得(de)保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)轉(zhuan)(zhuan)速(su)；文(wen)獻(xian)[8-10]在(zai)保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)上預(yu)制反(fan)光標志，通(tong)過(guo)計(ji)數回射的(de)(de)脈沖光學信號(hao)(hao)或激光信號(hao)(hao)實現(xian)保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)轉(zhuan)(zhuan)速(su)的(de)(de)測量(liang)；文(wen)獻(xian)[11]采(cai)用光電(dian)傳(chuan)感(gan)(gan)器和光柵組合(he)測量(liang)軸(zhou)承內(nei)圈、保(bao)持(chi)架(jia)(jia)(jia)以(yi)及滾動(dong)體(ti)轉(zhuan)(zhuan)速(su)；文(wen)獻(xian)[12]在(zai)外(wai)圈外(wai)表(biao)面開(kai)槽預(yu)制加速(su)度傳(chuan)感(gan)(gan)器，通(tong)過(guo)記(ji)(ji)錄滾動(dong)體(ti)每次經(jing)過(guo)產生的(de)(de)應力信號(hao)(hao)計(ji)算滾動(dong)體(ti)轉(zhuan)(zhuan)速(su)。

盡管上述檢測方法和試驗系統為實驗室保持架打滑研究提供了有效的方法，但在軸承實際使用中對保持架打滑的監測仍存在一定的局限性。電磁感應法需要對滾動體進行磁化，高速情況下，磁場會聚合軸(zhou)承(cheng)內磨(mo)(mo)損碎(sui)片，加劇(ju)軸(zhou)承(cheng)磨(mo)(mo)損^[13]；光學傳感器以及光纖測(ce)量需要在軸承端面(mian)安(an)裝測(ce)試裝置(zhi)，同時高(gao)溫的(de)潤滑油霧環(huan)境嚴重(zhong)制約了監測(ce)的(de)準確性^[14]；光(guang)(guang)電與光(guang)(guang)柵(zha)組合傳感(gan)器(qi)對(dui)安裝空間(jian)要求較高，在(zai)實際工程應用中操作困難(nan)；加速度傳感器需要修改軸承結構，對軸承套圈進行破壞^[^12]。因此，上述測試方法由于軸承本身結構的特殊性、工作空間及工況環境限制，難以在工程中應用。

綜上所述，提出一種基(ji)于弱磁(ci)探測技術(shu)的軸(zhou)承滾動體轉速檢(jian)測方法，無需破壞軸承結構且磁化滾動體不受軸承腔中油霧的干擾，可在軸承外圈遮擋的條件下，通過探測滾動體弱磁場信息并提取滾動體旋轉的特征頻率，實現滾動體轉速的測量。

測量原理

保持(chi)架實測轉(zhuan)速n_m可通過實測頻率(lv)f_m計算(suan)得到，弱(ruo)磁(ci)(ci)探(tan)測(ce)(ce)技術(shu)的測(ce)(ce)量(liang)原理(li)如圖1所示，每(mei)個滾動體都存(cun)在一定(ding)強度的弱(ruo)磁(ci)(ci)場，當(dang)滾動體通過弱(ruo)磁(ci)(ci)探(tan)測(ce)(ce)傳感器(qi)時，其弱(ruo)磁(ci)(ci)場在每(mei)φ弧(hu)度產(chan)生(sheng)一次(ci)交變的(de)激勵信號(hao)，該信號(hao)被弱磁探測器識(shi)別并通過特定的(de)檢測電路將其頻(pin)率(lv)信息進行提取(qu)與(yu)計算，從而得(de)到實(shi)測頻(pin)率(lv)f_m。

建立試驗測試平臺，通過測試分析，得出結論：

理論(lun)分析(xi)及對實際軸承(cheng)滾(gun)動體轉(zhuan)速(su)的檢測(ce)(ce)結果表明，該弱磁信號(hao)探(tan)測(ce)(ce)技術可以為軸承(cheng)滾(gun)動體轉(zhuan)速(su)的檢測(ce)(ce)提供一種新的有效測(ce)(ce)量方法。

1)弱磁信號傳感器可以在軸承套圈遮擋的情況下檢測出滾動體的轉速，檢測結果不受測量距離的影響且具有較高的準確度；

2)在測試距離較小的情況下，套圈在一定程度上影響弱磁探測傳感器檢測到的信號強度；隨著測試距離的增加，信號強度逐漸下降，套圈對檢測結果的影響變小；在較寬的測試距離范圍內，依舊可以有效對磁場變化情況進行測量。

3)滾動體在旋轉過程中所引起的磁場變化在一定程度上受轉速的影響，所識別脈沖弱磁信號的強度隨轉速增加呈下降趨勢，但不影響對信號特征頻率的識別。

（來源：《軸承》2020年9期）