電機軸承磨損的在線檢測方法研究

張民子 武漢紡織大學(xué)

電機軸承磨損的在線檢測方法研究

張民子 武漢紡織大學(xué)

本文對于電機軸承磨損的超聲波在線監(jiān)測進行了分析探討，依據(jù)對軸心偏離軸承中心位置的測定來進行軸承磨損深度的計算。文章以動壓滑動軸承為例進行分析展開實驗，表明此方法能夠用于進行軸承的磨損情況的在線檢測。

電機軸承 磨損 在線監(jiān)測

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

1 超聲波脈沖反射式測厚原理

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

圖1 超聲波脈沖反射式測物體厚度系統(tǒng)框圖

2 超聲波在線檢測系統(tǒng)

檢測系統(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，讓探頭發(fā)射頻率一致的超聲波脈沖，當超聲波到達工件表面后，部分會再反射回來，從而也就形成了表面反射波S，而那些未反射回來的超聲波便會進入軸頂，再經(jīng)由軸頂?shù)酌娣瓷浠貋?，形成底面反射波B。S和B兩種波均會被探頭接收，并且將轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)由放大電路的處理，變成單向脈沖后進入了整形比較電路，其會將噪聲信號除去，能夠和發(fā)射脈沖一同去進行厚度閘門控制電路的觸發(fā)并輸出一個方波，其長度與超聲波傳播的時間呈正比。當處于開啟狀態(tài)的時候，輸出的高頻振蕩信號便可以通過閘門而進入下一個電路中，也就是計數(shù)電路。但閘門開啟的方波寬度是直接影響到計數(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，故而可以由此計算出在軸頸內(nèi)超聲波運行的距離，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，從而進行軸承磨損程度的計算，最后將其輸入顯示器，直觀的展示出隨著時間的變化，軸承磨損的情況。

3 確定軸承的磨損程度與極限

3.1 檢測計算動壓滑動軸承的磨損深度

經(jīng)過檢測系統(tǒng)的檢測，可以獲知在軸頸內(nèi)超聲波在兩相互垂直的X、Y方向上所運行的距離dx、dy，設(shè)軸承的圓心為點O1，軸頸圓心為點O2。現(xiàn)以O(shè)1為坐標原點進行坐標系的建立，X軸是水平方向，Y軸是垂直方向。那么O2坐標表示為（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 磨損程度的計算以及極限理論值的確定

動壓滑動軸承磨損計算示意圖見圖3所示，將動壓軸承磨損的區(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，可以計算動壓軸承磨損的深度：

實踐表明，若是磨損區(qū)的圓心角增大到90°到120°之間，油膜無法建立，此時的磨損量就達到極限狀態(tài)。若是為較為重要的軸承，則α取最小的90°進行計算，所對應(yīng)的磨損深度為：

若不是重要的軸承，則α取最大的120°計算，所對應(yīng)的磨損深度為：

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

4 試驗測試

將軸頸內(nèi)的dx、dy測試出來，就能夠進行軸承磨損深度的計算，下面進行了一次簡易的實驗，介紹如下：先對1根直徑30mm，軸長為1000mm的軸于兩個孔徑為30．1mm的軸承進行加工，兩軸承的圓柱度都是0．1mm，將其安裝于試驗臺上，并進行X、Y探頭的安裝，再進行監(jiān)測系統(tǒng)的連接測試。dx、dy與d的大小相差較小，為了保持檢測的精度，在計數(shù)電路之前加入了放大電路，使得測量的精度達0．1μm，能檢測精度要求。使載重偏向軸承A運轉(zhuǎn)，數(shù)十小時之后，進行測量得到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軸承磨損更加嚴重，溫度更高。通過上述的分析可得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。

5 結(jié)束語

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

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