电机轴承磨损的在线检测方法研究

张民子 武汉纺织大学

电机轴承磨损的在线检测方法研究

张民子 武汉纺织大学

本文对于电机轴承磨损的超声波在线监测进行了分析探讨，依据对轴心偏离轴承中心位置的测定来进行轴承磨损深度的计算。文章以动压滑动轴承为例进行分析展开实验，表明此方法能够用于进行轴承的磨损情况的在线检测。

电机轴承 磨损 在线监测

当设备启动或者部分外界条件发生变化的时候，在轴与轴承之间就会产生干摩擦或半干摩擦，通常轴产生的磨损是均匀的，而轴承开始的时候是线磨损，一定程度以后转化为面磨损。当轴承磨损较为严重，其与轴的面接触已经有一定的程度，此时，动压轴承是不能够正常工作的，如果仍进行工作，会出现燃轴或更严重的事故。基于此，对于动压轴承磨损的检测极为关键。

1 超声波脉冲反射式测厚原理

超声波具有穿透能力极强、能折射反射、方向性较好的特质。超声波脉冲反射式测厚原理是：发射电路发出以后，极短时间内变为周期性极窄电脉冲，加到探头后，会使得压电片出现脉冲超声波，超声波便会在工件的上下两面进行反射，反射波转化为电信号以后，经由放大器，得到声波在工件上下面传播的时间，从而计算厚度。若脉冲在介质间的往返传播时间为t，速度为c，则材料厚度的计算可以通过d=c得出。超声波脉冲反射法测厚的原理详见图1所示。

图1 超声波脉冲反射式测物体厚度系统框图

2 超声波在线检测系统

检测系统主要由两互相垂直的探头、发射电路、整形比较电路、闸门电路、显示器等构成的。检测的原理为：主控器发出脉冲，经由发射电路出现极窄脉冲信号，让探头发射频率一致的超声波脉冲，当超声波到达工件表面后，部分会再反射回来，从而也就形成了表面反射波S，而那些未反射回来的超声波便会进入轴顶，再经由轴顶底面反射回来，形成底面反射波B。S和B两种波均会被探头接收，并且将转化为电信号，再经由放大电路的处理，变成单向脉冲后进入了整形比较电路，其会将噪声信号除去，能够和发射脉冲一同去进行厚度闸门控制电路的触发并输出一个方波，其长度与超声波传播的时间呈正比。当处于开启状态的时候，输出的高频振荡信号便可以通过闸门而进入下一个电路中，也就是计数电路。但闸门开启的方波宽度是直接影响到计数的数量，两者为正比关系，而方波宽度与轴顶的厚度两者也成正比关系，故而可以由此计算出在轴颈内超声波运行的距离，随后便能够根据轴颈内超声波在两相互垂直方向的距离的合成，从而进行轴承磨损程度的计算，最后将其输入显示器，直观的展示出随着时间的变化，轴承磨损的情况。

3 确定轴承的磨损程度与极限

3.1 检测计算动压滑动轴承的磨损深度

经过检测系统的检测，可以获知在轴颈内超声波在两相互垂直的X、Y方向上所运行的距离dx、dy，设轴承的圆心为点O1，轴颈圆心为点O2。现以O1为坐标原点进行坐标系的建立，X轴是水平方向，Y轴是垂直方向。那么O2坐标表示为（x0，y0），具体位置可以由dx、dy求出，从而确定O1O2之间距离。设轴承的半径为R，轴颈直径为d，半径为r。

3.2 磨损程度的计算以及极限理论值的确定

动压滑动轴承磨损计算示意图见图3所示，将动压轴承磨损的区域所占圆心角的大小设为α，那么就可以得到∠Q1Q2A的大小为π- ，可以得到：

轴颈的磨损往往是较均匀的，而轴承的磨损由前期线状磨损转化为后期的面状磨损，是在固定的一些部位出现磨损的情况，可以计算动压轴承磨损的深度：

实践表明，若是磨损区的圆心角增大到90°到120°之间，油膜无法建立，此时的磨损量就达到极限状态。若是为较为重要的轴承，则α取最小的90°进行计算，所对应的磨损深度为：

若不是重要的轴承，则α取最大的120°计算，所对应的磨损深度为：

可以得知在动压轴承在日常的工作中需要保证Z≦Zmax，才能正常运转。

4 试验测试

将轴颈内的dx、dy测试出来，就能够进行轴承磨损深度的计算，下面进行了一次简易的实验，介绍如下：先对1根直径30mm，轴长为1000mm的轴于两个孔径为30．1mm的轴承进行加工，两轴承的圆柱度都是0．1mm，将其安装于试验台上，并进行X、Y探头的安装，再进行监测系统的连接测试。dx、dy与d的大小相差较小，为了保持检测的精度，在计数电路之前加入了放大电路，使得测量的精度达0．1μm，能检测精度要求。使载重偏向轴承A运转，数十小时之后，进行测量得到A轴承dx为29．9989mm，dy为29．9993mm；A 轴承dx为29．9975mm，dy为 29．9983mm，且可以发现B轴承磨损更加严重，温度更高。通过上述的分析可得A轴承的磨损深度为0．0731mm，B轴承磨损深度为0．1451mm，算得两者的理论极限为 0．0981mm，可得 ZA＜Zmax，ZB＞Zmax。即超声波方法能够实现轴承磨损的在线检测。

5 结束语

综上所述，可以知道超声波测量可以进行轴承磨损的在线检测，通过上述的计算办法以及检测系统就能够进行轴承磨损在线检测。

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