張民子 武漢紡織大學(xué)

電機(jī)軸承磨損的在線檢測(cè)方法研究

張民子 武漢紡織大學(xué)

本文對(duì)于電機(jī)軸承磨損的超聲波在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行了分析探討，依據(jù)對(duì)軸心偏離軸承中心位置的測(cè)定來(lái)進(jìn)行軸承磨損深度的計(jì)算。文章以動(dòng)壓滑動(dòng)軸承為例進(jìn)行分析展開實(shí)驗(yàn)，表明此方法能夠用于進(jìn)行軸承的磨損情況的在線檢測(cè)。

電機(jī)軸承 磨損 在線監(jiān)測(cè)

當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)或者部分外界條件發(fā)生變化的時(shí)候，在軸與軸承之間就會(huì)產(chǎn)生干摩擦或半干摩擦，通常軸產(chǎn)生的磨損是均勻的，而軸承開始的時(shí)候是線磨損，一定程度以后轉(zhuǎn)化為面磨損。當(dāng)軸承磨損較為嚴(yán)重，其與軸的面接觸已經(jīng)有一定的程度，此時(shí)，動(dòng)壓軸承是不能夠正常工作的，如果仍進(jìn)行工作，會(huì)出現(xiàn)燃軸或更嚴(yán)重的事故?；诖?，對(duì)于動(dòng)壓軸承磨損的檢測(cè)極為關(guān)鍵。

1 超聲波脈沖反射式測(cè)厚原理

超聲波具有穿透能力極強(qiáng)、能折射反射、方向性較好的特質(zhì)。超聲波脈沖反射式測(cè)厚原理是：發(fā)射電路發(fā)出以后，極短時(shí)間內(nèi)變?yōu)橹芷谛詷O窄電脈沖，加到探頭后，會(huì)使得壓電片出現(xiàn)脈沖超聲波，超聲波便會(huì)在工件的上下兩面進(jìn)行反射，反射波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)以后，經(jīng)由放大器，得到聲波在工件上下面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間，從而計(jì)算厚度。若脈沖在介質(zhì)間的往返傳播時(shí)間為t，速度為c，則材料厚度的計(jì)算可以通過(guò)d=c得出。超聲波脈沖反射法測(cè)厚的原理詳見圖1所示。

圖1 超聲波脈沖反射式測(cè)物體厚度系統(tǒng)框圖

2 超聲波在線檢測(cè)系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)主要由兩互相垂直的探頭、發(fā)射電路、整形比較電路、閘門電路、顯示器等構(gòu)成的。檢測(cè)的原理為：主控器發(fā)出脈沖，經(jīng)由發(fā)射電路出現(xiàn)極窄脈沖信號(hào)，讓探頭發(fā)射頻率一致的超聲波脈沖，當(dāng)超聲波到達(dá)工件表面后，部分會(huì)再反射回來(lái)，從而也就形成了表面反射波S，而那些未反射回來(lái)的超聲波便會(huì)進(jìn)入軸頂，再經(jīng)由軸頂?shù)酌娣瓷浠貋?lái)，形成底面反射波B。S和B兩種波均會(huì)被探頭接收，并且將轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)由放大電路的處理，變成單向脈沖后進(jìn)入了整形比較電路，其會(huì)將噪聲信號(hào)除去，能夠和發(fā)射脈沖一同去進(jìn)行厚度閘門控制電路的觸發(fā)并輸出一個(gè)方波，其長(zhǎng)度與超聲波傳播的時(shí)間呈正比。當(dāng)處于開啟狀態(tài)的時(shí)候，輸出的高頻振蕩信號(hào)便可以通過(guò)閘門而進(jìn)入下一個(gè)電路中，也就是計(jì)數(shù)電路。但閘門開啟的方波寬度是直接影響到計(jì)數(shù)的數(shù)量，兩者為正比關(guān)系，而方波寬度與軸頂?shù)暮穸葍烧咭渤烧汝P(guān)系，故而可以由此計(jì)算出在軸頸內(nèi)超聲波運(yùn)行的距離，隨后便能夠根據(jù)軸頸內(nèi)超聲波在兩相互垂直方向的距離的合成，從而進(jìn)行軸承磨損程度的計(jì)算，最后將其輸入顯示器，直觀的展示出隨著時(shí)間的變化，軸承磨損的情況。

3 確定軸承的磨損程度與極限

3.1 檢測(cè)計(jì)算動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的磨損深度

經(jīng)過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)，可以獲知在軸頸內(nèi)超聲波在兩相互垂直的X、Y方向上所運(yùn)行的距離dx、dy，設(shè)軸承的圓心為點(diǎn)O1，軸頸圓心為點(diǎn)O2?，F(xiàn)以O(shè)1為坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)系的建立，X軸是水平方向，Y軸是垂直方向。那么O2坐標(biāo)表示為（x0，y0），具體位置可以由dx、dy求出，從而確定O1O2之間距離。設(shè)軸承的半徑為R，軸頸直徑為d，半徑為r。

3.2 磨損程度的計(jì)算以及極限理論值的確定

動(dòng)壓滑動(dòng)軸承磨損計(jì)算示意圖見圖3所示，將動(dòng)壓軸承磨損的區(qū)域所占圓心角的大小設(shè)為α，那么就可以得到∠Q1Q2A的大小為π- ，可以得到：

軸頸的磨損往往是較均勻的，而軸承的磨損由前期線狀磨損轉(zhuǎn)化為后期的面狀磨損，是在固定的一些部位出現(xiàn)磨損的情況，可以計(jì)算動(dòng)壓軸承磨損的深度：

實(shí)踐表明，若是磨損區(qū)的圓心角增大到90°到120°之間，油膜無(wú)法建立，此時(shí)的磨損量就達(dá)到極限狀態(tài)。若是為較為重要的軸承，則α取最小的90°進(jìn)行計(jì)算，所對(duì)應(yīng)的磨損深度為：

若不是重要的軸承，則α取最大的120°計(jì)算，所對(duì)應(yīng)的磨損深度為：

可以得知在動(dòng)壓軸承在日常的工作中需要保證Z≦Zmax，才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 試驗(yàn)測(cè)試

將軸頸內(nèi)的dx、dy測(cè)試出來(lái)，就能夠進(jìn)行軸承磨損深度的計(jì)算，下面進(jìn)行了一次簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)，介紹如下：先對(duì)1根直徑30mm，軸長(zhǎng)為1000mm的軸于兩個(gè)孔徑為30．1mm的軸承進(jìn)行加工，兩軸承的圓柱度都是0．1mm，將其安裝于試驗(yàn)臺(tái)上，并進(jìn)行X、Y探頭的安裝，再進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連接測(cè)試。dx、dy與d的大小相差較小，為了保持檢測(cè)的精度，在計(jì)數(shù)電路之前加入了放大電路，使得測(cè)量的精度達(dá)0．1μm，能檢測(cè)精度要求。使載重偏向軸承A運(yùn)轉(zhuǎn)，數(shù)十小時(shí)之后，進(jìn)行測(cè)量得到A軸承dx為29．9989mm，dy為29．9993mm；A 軸承dx為29．9975mm，dy為 29．9983mm，且可以發(fā)現(xiàn)B軸承磨損更加嚴(yán)重，溫度更高。通過(guò)上述的分析可得A軸承的磨損深度為0．0731mm，B軸承磨損深度為0．1451mm，算得兩者的理論極限為 0．0981mm，可得 ZA＜Zmax，ZB＞Zmax。即超聲波方法能夠?qū)崿F(xiàn)軸承磨損的在線檢測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以知道超聲波測(cè)量可以進(jìn)行軸承磨損的在線檢測(cè)，通過(guò)上述的計(jì)算辦法以及檢測(cè)系統(tǒng)就能夠進(jìn)行軸承磨損在線檢測(cè)。

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