內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置及測速方法
【專利摘要】內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置及測速方法，涉及軸承測速及運行狀態(tài)監(jiān)測領域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的測軸承保持架轉速的方法，需要改變軸承保持架結構，并且不能測內外圈同時轉動的滾動軸承保持架轉速和不能測量打滑的問題。本發(fā)明所述外圈拖動裝置帶動一號軸旋轉，內圈拖動裝置帶動二號軸旋轉，1號測速裝置和2號測速裝置分別測量外圈拖動裝置和內圈拖動裝置轉速，光纖放大器產生光信號經發(fā)射端光纖發(fā)出，透過外圈安裝工裝上排布光纖散射形成穩(wěn)定的光斑，透過滾動軸承被接收端光纖接收，被光纖放大器接收的光信號將光信號進行放大處理后產生脈沖信號給計數(shù)器，計數(shù)器輸出端連顯示器輸入端。它可用于高速滾動軸承狀態(tài)監(jiān)測中。
【專利說明】內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置及測 速方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高速滾動軸承保持架光纖測速裝置及測速方法。屬于軸承測速及運行 狀態(tài)監(jiān)測領域。

【背景技術】
[0002] 航空發(fā)動機的主軸軸承經常運行于高速輕載工況下，是滾動軸承在極端苛刻及特 殊工況下應用的典型代表。航空軸承由于高速、高溫的工況條件，其失效形式有別于常規(guī)軸 承，其中打滑是引起高速輕載航空軸承失效和故障最常見的原因之一。高速滾動軸承運行 過程中發(fā)生的打滑現(xiàn)象會引起軸承內圈和滾動體表面的磨損和早期失效，這會對滾動軸承 的正常工作產生極大的影響。
[0003] 高速滾動軸承中，在輕載或者過量的潤滑條件下，由于受到慣性力的影響，會造成 滾動體與套圈滾道各自接觸點的線速度存在差異，此時，將在兩接觸體之間出現(xiàn)滑動現(xiàn)象， 該現(xiàn)象即為打滑。如果高速運行的軸承發(fā)生打滑現(xiàn)象，會導致滾動體與內外圈滾道之間產 生很大的剪應力，破壞兩接觸面之間的潤滑膜，從而使?jié)L動體與滾道直接接觸，進而產生蹭 傷，甚至引起兩者之間的高溫灼傷，導致軸承的打滑失效。
[0004] 在軸承運行過程中，隨著徑向載荷的減小，轉動速度的升高，滾動體數(shù)目的增多， 由于受到離心力的作用，使得作用于每個滾動體的摩擦拖曳力減小，保持架的滑差率增大。 因此，保持架的轉速可以表征軸承運行狀態(tài)，特別是軸承存在滑動的運行狀態(tài)。
[0005] 目前的發(fā)展現(xiàn)狀：現(xiàn)有的軸承保持架的轉速測量主要有磁化滾動體、放置放射源、 加裝輔助部件、腐蝕鍍層、脈動信號分析等方法。但是磁化滾動體僅適用于低速、低精度場 合，磁場會使高速、高精度的軸承的磨損碎片聚合，導致磨損加劇。放置放射源法結構復雜、 價格昂貴，而且放射性元素對人體有危害。加裝輔助部件有可能使探頭與保持架發(fā)生碰撞， 而且加裝的信號產生部件會破壞保持架運行的初始狀態(tài)，導致受力不平衡和強度降低，與 此同時傳感器的應用環(huán)境也受到很大的限制。其它的方法也都有相同或相似的缺點和不 足。因此，建立測量內外圈同時轉動的滾動軸承保持架轉速的新的可靠方法非常必要。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的測軸承保持架轉速的方法，需要改變軸承保持架結構， 并且不能測內外圈同時轉動的滾動軸承保持架轉速和不能測量打滑的問題?，F(xiàn)提供內外圈 同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置及測速方法。
[0007] 內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置，它包括顯示器、計數(shù)器、光 纖放大器、發(fā)射端光纖、接收端光纖、排布光纖、外圈安裝工裝、滾動軸承、外圈拖動裝置、內 圈拖動裝置、1號測速裝置、2號測速裝置、收發(fā)端固定裝置、一號軸和二號軸，
[0008] 外圈安裝工裝上設置有多個通孔，該多個通孔以外圈安裝工裝的中心為圓心沿圓 周方向均勻分布，每個通孔內嵌入有一根光纖，構成排布光纖，
[0009] 所述排布光纖、外圈安裝工裝和滾動軸承均設置在收發(fā)端固定裝置內，一號軸和 外圈安裝工裝連接為一體，二號軸連接滾動軸承內圈，發(fā)射端光纖、排布光纖和接收端光纖 同軸放置，一號軸和二號軸同軸放置，且一號軸和二號軸的軸向與發(fā)射端光纖、排布光纖和 接收端光纖的軸向平行，
[0010] 外圈拖動裝置用于帶動一號軸旋轉，1號測速裝置用于測量外圈拖動裝置的轉速， 內圈拖動裝置用于帶動二號軸旋轉，2號測速裝置用于測量內圈拖動裝置的轉速，
[0011] 光纖放大器產生的光信號經發(fā)射端光纖發(fā)出，透過外圈安裝工裝上的排布光纖散 射形成穩(wěn)定的光斑，穩(wěn)定的光斑透過滾動軸承保持架和內外圈之間的縫隙被接收端光纖接 收，通過光纖放大器接收接收端光纖的光信號，將光信號進行放大處理后產生的脈沖信號 傳遞給計數(shù)器，計數(shù)器的顯示信號輸出端連接顯示器的顯示信號輸入端。
[0012] 根據(jù)內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置實現(xiàn)的測速方法，它包 括以下步驟：
[0013] 外圈拖動裝置用于帶動一號軸旋轉，內圈拖動裝置用于帶動二號軸旋轉，
[0014] 光纖放大器發(fā)出的光信號經發(fā)射端光纖發(fā)出，透過外圈安裝工裝上的排布光纖散 射形成穩(wěn)定的光斑，穩(wěn)定的光斑透過滾動軸承保持架和內外圈之間的縫隙被接收端光纖接 收，通過光纖放大器接收接收端光纖的光信號，產生的脈沖信號由光纖放大器放大處理后 輸出給計數(shù)器，對計數(shù)器內置設定保持架實際轉速f。'的公式：
[0015] fc' = 60N/z,
[0016] 獲得滾動軸承保持架實際轉速fc'，
[0017] 其中，N為脈沖信號個數(shù)，z為滾動軸承外圈安裝工裝和內外圈之間的縫隙數(shù)。
[0018] 根據(jù)內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置測量滾動軸承打滑的 方法，外圈拖動裝置用于帶動一號軸旋轉，1號測速裝置用于測量外圈拖動裝置的轉速，1 號測速裝置測量的轉速記為f。；
[0019] 內圈拖動裝置用于帶動二號軸旋轉，2號測速裝置用于測量內圈拖動裝置的轉速， 2號測速裝置測量的轉速記為fi，

【權利要求】
1. 內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置，其特征在于，它包括顯示器 (1)、計數(shù)器（2)、光纖放大器（3)、發(fā)射端光纖（4)、接收端光纖（5)、排布光纖￠)、外圈安裝 工裝（7)、滾動軸承⑶、外圈拖動裝置（9)、內圈拖動裝置（10)、1號測速裝置（11)、2號測 速裝置（12)、收發(fā)端固定裝置（13)、一號軸（14)和二號軸（15)， 外圈安裝工裝（7)上設置有多個通孔，該多個通孔以外圈安裝工裝（7)的中心為圓心 沿圓周方向均勻分布，每個通孔內嵌入有一根光纖，構成排布光纖（6)， 所述排布光纖￠)、外圈安裝工裝（7)和滾動軸承（8)均設置在收發(fā)端固定裝置（13) 內，一號軸（14)和外圈安裝工裝（7)連接為一體，二號軸（15)連接滾動軸承（8)內圈，發(fā) 射端光纖（4)、排布光纖（6)和接收端光纖（5)同軸放置，一號軸（14)和二號軸（15)同軸 放置，且一號軸（14)和二號軸（15)的軸向與發(fā)射端光纖（4)、排布光纖（6)和接收端光纖 (5)的軸向平行， 外圈拖動裝置（9)用于帶動一號軸（14)旋轉，1號測速裝置（11)用于測量外圈拖動裝 置（9)的轉速，內圈拖動裝置（10)用于帶動二號軸（15)旋轉，2號測速裝置（12)用于測量 內圈拖動裝置（10)的轉速， 光纖放大器（3)產生的光信號經發(fā)射端光纖（4)發(fā)出，透過外圈安裝工裝（7)上的排 布光纖（6)散射形成穩(wěn)定的光斑，穩(wěn)定的光斑透過滾動軸承⑶保持架和內外圈之間的縫 隙被接收端光纖（5)接收，通過光纖放大器（3)接收接收端光纖（5)的光信號，將光信號進 行放大處理后產生的脈沖信號傳遞給計數(shù)器（2)，計數(shù)器（2)的顯示信號輸出端連接顯示 器（1)的顯示信號輸入端。
2. 根據(jù)權利要求1所述的內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置，其特 征在于，它還包括供電電源，供電電源用于給整個測試裝置供電。
3. 根據(jù)權利要求1所述的內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置實現(xiàn) 的測速方法，其特征在于，它包括以下步驟： 外圈拖動裝置（9)用于帶動一號軸（14)旋轉，內圈拖動裝置（10)用于帶動二號軸 (15)旋轉， 光纖放大器（3)發(fā)出的光信號經發(fā)射端光纖（4)發(fā)出，透過外圈安裝工裝（7)上的排 布光纖（6)散射形成穩(wěn)定的光斑，穩(wěn)定的光斑透過滾動軸承⑶保持架和內外圈之間的縫 隙被接收端光纖（5)接收，通過光纖放大器（3)接收接收端光纖（5)的光信號，產生的脈沖 信號由光纖放大器（3)放大處理后輸出給計數(shù)器（2)，對計數(shù)器（2)內置設定保持架實際轉 速f。'的公式： fc' = 60N/z, 獲得滾動軸承（8)保持架實際轉速f。'， 其中，N為脈沖信號個數(shù)，z為滾動軸承（8)外圈安裝工裝和內外圈之間的縫隙數(shù)。
4. 根據(jù)內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置判斷滾動軸承打滑的方 法，其特征在于，外圈拖動裝置（9)用于帶動一號軸（14)旋轉，1號測速裝置（11)用于測量 外圈拖動裝置（9)的轉速，1號測速裝置（11)測量的轉速記為f。； 內圈拖動裝置（10)用于帶動二號軸（15)旋轉，2號測速裝置（12)用于測量內圈拖動 裝置（10)的轉速，2號測速裝置（12)測量的轉速記為4， 根據(jù)公式：
獲得滾動軸承保持架轉速的理論值f。， 式中，f。為滾動軸承保持架的理論轉速，單位為r/min,Vi為軸承內圈線速度,單位為mm/min，V。為軸承外圈線速度，單位為mm/min，dm為軸承節(jié)圓直徑，單位為mm，D為滾動體直 徑，單位為mm,α為接觸角，單位為rad, :^為軸承內圈轉速,單位為r/min,f。為軸承外圈 轉速，單位為r/min， 光纖放大器（3)產生的光信號經發(fā)射端光纖（4)發(fā)出，透過外圈安裝工裝（7)上的排 布光纖（6)散射形成穩(wěn)定的光斑，穩(wěn)定的光斑透過滾動軸承⑶保持架和內外圈之間的縫 隙被接收端光纖（5)接收，通過光纖放大器（3)接收接收端光纖（5)的光信號，產生的脈沖 信號由光纖放大器（3)放大處理后輸出給計數(shù)器（2)，對計數(shù)器（2)的內置設定保持架實際 轉速f。'的公式： fc' = 60N/z, 獲得滾動軸承（8)保持架的實際轉速f。'， 其中，N為脈沖信號個數(shù)，z為滾動軸承（8)保持架和內外圈之間的縫隙數(shù)， 當Γ'f。時，滾動軸承（8)發(fā)生打滑。
5.根據(jù)權利要求4所述的內外圈同時轉動的高速滾動軸承保持架光纖測速裝置判斷 滾動軸承打滑的方法，其特征在于，根據(jù)打滑度公式：
獲得打滑度S，打滑度S與滾動軸承（8)打滑成正比。
【文檔編號】G01P3/36GK104459182SQ201410658215
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權日:2014年11月18日
【發(fā)明者】鄭德志, 束坤, 王黎欽, 古樂, 趙小力 申請人:哈爾濱工業(yè)大學