采用频谱细化的超声法在线测量滚动轴承保持架转速

发布时间：2020-10-12 06:38

　　 针对实际工况下超声时间差法在线测量滚动轴承保持架转速的噪声抑制及高速测量准确性问题,提出了一种采用频谱细化的滚动轴承保持架转速超声测量方法。通过引入自相关分析及快速傅里叶变换抑制时域噪声对超声回波脉冲信号的影响,使用线性调频Z变换(CZT)频谱细化算法提高滚动体通过频率的计算精度,进而提高轴承保持架转速测量准确性。28 000r/min下的高速滚动轴承保持架转速超声测量试验结果表明,该方法能够有效克服实际工况下的噪声影响,实现高速实际工况下轴承保持架转速波动的准确测量,测量误差在0.1%以内。
【部分图文】：

图1给出了采用超声法测量滚动轴承保持架转速的实验原理图。超声探头以一定的脉冲重复频率发射超声波脉冲；选用和钢的声阻抗接近的耦合剂，这样超声波从探头通过耦合剂入射进轴承外圈的总反射率比较小。在实际工况中，滚动轴承的滚子和滚道之间存在润滑油或润滑脂，由于滚动轴承的润滑油膜很薄，远小于入射超声波波长，借鉴弹簧模型测量油膜厚度的方法[18]，此时超声波在这3种介质中传播的反射系数为

图2给出了超声波在轴承外圈的传播模型，T1和B1是超声探头发射的两个超声波信号。滚动轴承实际运转过程中，滚子会以一定的频率经过超声探头下方，当滚子经过超声探头正下方的位置时，超声反射波T2即为钢油钢接触界面的反射波；当滚子没有到达该位置时，反射波B2为钢油空气界面的反射波。由式（1）以及钢、油、空气的声阻抗计算可知，超声波在钢油空气界面的反射率（接近1）大于在钢油钢界面的反射率（0.5～0.9）。所以，当无滚子滚过超声探头正下方时，反射回波B2的幅值大于有滚子滚过时反射回波T2的幅值，则在滚子经过探头正下方超声波聚焦区域的过程中，所得到的超声反射波的信号幅值先下降后升高，呈缺口状、凹坑状。本文采用声波发射收发一体化、中心频率为10MHz的超声探头OLYMPUS XMS-310-B，超声脉冲重复频率为5kHz，实验轴承为圆柱滚子轴承N2204，载荷为5kN，内圈转速为190r/min，外圈固定，采集1 000段超声脉冲的反射回波信号数据，图3给出了含有凹坑特征的原始信号。

本文采用声波发射收发一体化、中心频率为10MHz的超声探头OLYMPUS XMS-310-B，超声脉冲重复频率为5kHz，实验轴承为圆柱滚子轴承N2204，载荷为5kN，内圈转速为190r/min，外圈固定，采集1 000段超声脉冲的反射回波信号数据，图3给出了含有凹坑特征的原始信号。采用超声法测量滚动轴承保持架转速可以看做是使用一定超声脉冲重复频率的超声波去采集、记录滚子经过超声探头正下方的信号现象，则超声脉冲重复频率越高，可测转速上限越高[19]。
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本文编号：2837794