超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法与流程

1.本发明属于无损探伤技术领域，具体涉及一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法。


背景技术：

2.滚动轴承由于具有摩擦阻力小，机械效率高，精度高等优点，被广泛应用于各种旋转机械中。滚动轴承本身的工作性能在极大程度上影响了旋转机械整机的运行状态，当滚动轴承内部运行状态较差时，甚至会导致整机的失效或损坏。轴承内部的运行状态会直接反应在轴承外圈滚道的温度上，其包含了滚动体与滚道的接触状态、润滑等多种因素的综合影响，因此，对滚动轴承的外圈滚道表面温度进行测量，对了解滚动轴承的运行状态有极为重要的帮助。
3.目前的温度测量手段，若单独采用温度传感器进行测量，则仅能测到滚动轴承外圈的表面温度，而采用在滚动轴承内部安装传感器的方式进行测量，则会破坏滚动轴承的结构，测量结果缺乏精确度的同时也无法应用于工程实际。仅采用温度测量手段无法在对滚动轴承无损的情况下测量其外圈滚道的温度，超声测量手段可以在无损状态下对滚动轴承进行测量，但其结果与温度并无直接关系。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法，实现了滚动轴承外圈滚道表面温度的测量。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
6.一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法，通过超声传感器测量计算超声信号在某一工况下滚动轴承外圈内部传递的平均速度，结合滚动轴承外圈材料中声传递速度与温度的线性关系，得到滚动轴承外圈内部在该工况下的平均温度；同时通过温度传感器得到滚动轴承外圈表面的温度，最终得到该工况下轴承外圈滚道的温度。
7.一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法，包括以下步骤：
8.1)超声传感器和温度传感器的选择及放置：
9.超声传感器选择直传感器，超声传感器尺寸与滚动轴承外圈尺寸相关，超声传感器接触面直径小于滚动轴承外圈宽度；
10.超声传感器选择耐高温传感器，超声传感器的耐温极限应达200℃以上；
11.温度传感器根据超声传感器选择，尺寸与超声传感器尺寸接近；
12.超声传感器通过耐高温耦合剂与滚动轴承外圈接触，温度传感器贴合在轴承外圈表面上，位置在超声传感器侧方；
13.2)超声反射回波信号的采集及超声传播时间的获得：
14.超声信号到达滚动轴承外圈滚道表面后发生多次反射，超声传感器对其反射回波进行接收，发射波及若干次反射回波显示在示波器上；利用示波器显示并存储反射回波，并
对反射回波进行数据处理，截取前四次反射回波的信号片段，选取各反射回波中对应的峰值，以前两次反射回波为例，第一次反射回波峰值的时间横坐标与第二次反射回波相对应峰值的时间横坐标之差t,即声波在超声传感器—滚动轴承外圈—超声传感器过程中的传递时间，声波从滚动轴承外圈表面到外圈滚道表面的传播时间t0＝t/2；
15.示波器的采样频率最低需达到1ghz以上；
16.3)滚动轴承外圈表面及平均温度的获得：
17.通过温度传感器得到滚动轴承外圈表面的温度；
18.依据声波从滚动轴承外圈表面到外圈滚道表面的传播时间t0，根据被测滚动轴承型号得到滚动轴承外圈厚度l,计算声波在滚动轴承外圈内部的传播速度：
19.v＝l/t020.滚动轴承外圈为各向同性轴承钢材料，波速表示为介质温度的函数：
21.v(t)＝at b
22.其中a、b为波速公式中的系数；滚动轴承外圈滚道到外表面的温度延厚度方向认为是线性分布，因此，通过上述公式即得到滚动轴承内部的平均温度t0；
23.4)滚动轴承外圈滚道表面温度的计算：
24.利用温度传感器得到滚动轴承外圈的表面温度t1,结合计算得到的滚动轴承外圈内部平均温度t0，得到滚动轴承外圈滚道的温度t；
[0025][0026]
所述的步骤2)中利用信号峰值进行声时计算，为保证声时计算的准确性，采用信号中的多个峰值分别计算，并进行数据平均化处理。
[0027]
所述的步骤2)中使用了2.5ghz及以上采样频率的示波器，确保声时的计算精度足够高，使声时随声速的变化更敏感。
[0028]
本发明的有益效果为：
[0029]
本发明为多工况下滚动轴承外圈滚道表面温度的测量提供了试验方法，具备了以下特点：第一，本发明中针对被测滚动轴承结构及工况参数的不同，给出了使用超声传感器及温度传感器的要求；第二，本发明中超声传感器采用耐高温耦合剂与滚动轴承外圈接触，测量计算可得到滚动轴承外圈内部的平均温度；第三，本发明中声时的测量计算为超高采样频率的示波器与利用峰值的声时测量方法相结合完成，示波器的极高采样频率为信号的时间坐标提供了足够的精度，利用峰值的声时测量方法提供了快速有效的声时计算方式，两者相结合则可完成声时的快速准确测量；第四，本发明结合超声测量手段及温度测量手段，综合得到滚动轴承外圈滚道表面温度的计算分析方法。
附图说明
[0030]
图1是本发明超声传感器及温度传感器的位置示意图。
[0031]
图2是本发明超声信号示意图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。
[0051]
滚动轴承外圈为各向同性轴承钢材料，在此类型介质中，波速可以表示为介质温度的函数：
[0052]
v(t)＝at b
[0053]
其中a、b为波速公式中的系数；由于滚动轴承外圈的结构特性，滚动轴承外圈的厚度与其直径相比非常小，延厚度方向上的温度梯度不明显，其内部温度分布可认为是线性分布，因此，通过上述公式即得到滚动轴承内部的平均温度t0；
[0054]
4)滚动轴承外圈滚道表面温度的计算：
[0055]
利用温度传感器得到滚动轴承外圈的表面温度t1,结合上述计算得到的滚动轴承外圈内部平均温度t0，可得到轴承外圈滚道的温度t。
[0056]


技术特征：
1.一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法，其特征在于：通过超声传感器测量计算超声信号在某一工况下滚动轴承外圈内部传递的平均速度，结合滚动轴承外圈材料中声传递速度与温度的线性关系，得到滚动轴承外圈内部在该工况下的平均温度；同时通过温度传感器得到滚动轴承外圈表面的温度，最终得到该工况下轴承外圈滚道的温度。2.一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)超声传感器和温度传感器的选择及放置：超声传感器选择直传感器，超声传感器尺寸与滚动轴承外圈尺寸相关，超声传感器接触面直径小于滚动轴承外圈宽度；超声传感器选择耐高温传感器，超声传感器的耐温极限应达200℃以上；温度传感器根据超声传感器选择，尺寸与超声传感器尺寸接近；超声传感器通过耐高温耦合剂与滚动轴承外圈接触，温度传感器贴合在轴承外圈表面上，位置在超声传感器侧方；2)超声反射回波信号的采集及超声传播时间的获得：超声信号到达滚动轴承外圈滚道表面后发生多次反射，超声传感器对其反射回波进行接收，发射波及若干次反射回波显示在示波器上；利用示波器显示并存储反射回波，并对反射回波进行数据处理，截取前四次明显反射回波的信号片段，选取各反射回波中对应的峰值，第一次反射回波峰值的时间横坐标与第二次反射回波相对应峰值的时间横坐标之差t,即声波在超声传感器—滚动轴承外圈—超声传感器过程中的传递时间，声波从滚动轴承外圈表面到外圈滚道表面的传播时间t0＝t/2；示波器的采样频率最低需达到1ghz以上；3)滚动轴承外圈表面及平均温度的获得：通过温度传感器得到滚动轴承外圈表面的温度；依据声波从滚动轴承外圈表面到外圈滚道表面的传播时间t0，根据被测滚动轴承型号得到滚动轴承外圈厚度l,计算声波在滚动轴承外圈内部的传播速度：v＝l/t0滚动轴承外圈为各向同性轴承钢材料，波速表示为介质温度的函数：v(t)＝at b其中a、b为波速公式中的系数；滚动轴承外圈滚道到外表面的温度延厚度方向认为是线性分布，因此，通过上述公式即得到滚动轴承内部的平均温度t0；4)滚动轴承外圈滚道表面温度的计算：利用温度传感器得到滚动轴承外圈的表面温度t1,结合计算得到的滚动轴承外圈内部平均温度t0，得到滚动轴承外圈滚道的温度t；3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的步骤2)中利用信号峰值进行声时计算，为保证声时计算的准确性，采用信号中的多个峰值分别计算，并进行数据平均化处理。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的步骤2)中使用了2.5ghz及以上采样
频率的示波器，确保声时的计算精度足够高，使声时随声速的变化更敏感。

技术总结
一种超声和温度耦合的滚动轴承外圈滚道表面温度测量方法，通过超声传感器测量计算超声信号在某一工况下滚动轴承外圈内部传递的平均速度，结合滚动轴承外圈材料中声传递速度与温度的线性关系，得到滚动轴承外圈内部在该工况下的平均温度；同时通过温度传感器得到滚动轴承外圈表面的温度，最终得到该工况下轴承外圈滚道的温度；本发明实现了滚动轴承外圈滚道表面温度的测量。道表面温度的测量。道表面温度的测量。


技术研发人员：刘恒 张荣峰 戚社苗 刘意
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/4