基于集成传感器的轴承旋转套圈测温系统研制

发布时间：2020-07-11 23:24

【摘要】：轴承是当今工业生产和国防军事所用机械设备中关键的零部件,不同的工况会显著影响其可靠性和寿命。工作温度是表征轴承工作状况、润滑方式、失效模式的重要参数之一,当轴承运行工作中产生过载或接近工作寿命时,往往会伴随着润滑环境的恶化,使轴承产生胶合等失效,导致工作温度的升高。轴承内圈常作为旋转套圈,在其上传感器的引线较为困难,故轴承的工作温度常用外圈侧壁温度来表征,但外圈侧壁温度与内圈温度有明显差异,不能准确的说明轴承的实际工作温度。本文提出一种基于集成传感器的轴承旋转套圈温度监测方法,采用半导体工艺进行了传感器和轴承部件的原位集成制造,利用无线技术实现了对测温系统电能的供给和信号的引出,获得的测量温度更贴近轴承接触区温度,为特殊工况轴承状态监测提供了参考,为智能轴承的前端传感器设计提供了方法。首先,对轴承旋转套圈测温系统进行了整体设计。依据滚动轴承工作的温度场分析了内外圈的温差,确定了轴承内圈的测温区域,基于铂的电阻率随温度的变化而变化,研究了薄膜电阻的测温原理,设计了薄膜电阻的栅格状结构和膜系组成并分析了其自发热情况。设计了针对旋转套圈的引线连接方式和供电方式,设计了测温系统的电路组成。然后,针对薄膜电阻的膜系组成研究了薄膜的制备工艺。通过试验磁控溅射法制备特定薄膜的合理工艺参数。通过对不同工艺和参数下制备得到薄膜进行表征,得到了满足绝缘要求的绝缘层、满足结合力要求的过渡层、满足电阻温度关系的温度敏感层以及耐高温的保护层。最后,对集成传感器的轴承旋转套圈测温系统进行了标定试验验证。使用FPC电路板作为引线,并利用环氧树脂和银浆对薄膜电阻进行可靠的连接。利用原位制造工艺研制了集成薄膜电阻温度传感器的轴承旋转套圈测温系统,利用标准热电偶对轴承旋转套圈测温系统进行标定,并进行了工况模拟台架试验,验证了测温系统在轴承模拟工况下的实用效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.3;TP212
【图文】：

云图,温度场分布,云图

提高轴承状态监测的准确性。转套圈测温技术的国内外研究现状感器与轴承的集成技术的国内外研究现状工作时内圈温度比外圈温度高，更接近于接触区最高温析软件[4]仿真滚动轴承在内圈转速 10000r、径向载荷工况下的温度场分布，温度场云图如图 1-1 所示。可以处达到最高温，这可能是因为内圈滚道在工作过程中摩擦频率，故而产生了高于外圈的热量，同时由于内圈面积小于外圈和轴承座与润滑油之间的热对流面积，热量散发不及时，在达到稳态时产生了较高的温度。同整个结构中的最低温，实际应用中保持架为非承载件，轴承的径向载荷和轴向载荷，故其摩擦生热较小，此外好的散热有关，其周围可以获得新鲜的润滑油对其进行持架最高温度只比入口油温高 36°C。

玻璃封装,NTC热敏电阻

哈尔滨工业大学硕士学位论文在图 1-1 中可以看到此工况下承载区温度比外圈侧壁温度高约 68°C，如果按照以往的方式通过监测滚动轴承外圈侧壁温度或滚动轴承外圈外圆面温度来反应轴承的工作温度是不够精确的，在滚动体与内圈滚道接触区最高温度无法直接测量的情况下，通过测量内圈侧壁温度可更接近于轴承实际工作的最高温，为判断轴承的工作状态提供依据。温度传感器可以分为接触式温度传感器和非接触式温度传感器。电阻式温度传感器是利用电阻值随温度变化而变化的原理进行测温，如为图 1-2 玻璃封装NTC 热敏电阻，图 1-3 为贴片式铂热电阻。接触式传感器直接与被测物体接触进行温度测量，接触式测温需要被测物体保持持续的温度，且需要温度传感器与被测物体之间有充分的换热。非接触式温度传感器是利用测量被测物体热辐射发出的红外线来测量物体的温度，但其测量精度较低。

铂热电阻,热电,绝缘材料,贴片

【参考文献】