專利名稱：潤滑條件監(jiān)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過測量結(jié)構(gòu)傳送的聲發(fā)射監(jiān)測在油潤滑滾動元件軸承中的潤滑條件的方法。
背景技術(shù)：
為了使?jié)L動元件軸承以可靠的方式運行，它們必須充分潤滑。潤滑劑的主要用途是防止?jié)L動元件、滾道和保持架之間的金屬接觸，因此防止軸承的磨損。潤滑劑還用于保護軸承表面免受腐蝕。因此，重要的是為每個個體軸承應(yīng)用選擇適當?shù)臐櫥瑒┖瓦m當?shù)臐櫥椒ㄒ约昂线m的維護程序。在一個軸承或多個軸承的潤滑需要補充或更換的應(yīng)用中，這可根據(jù)軸承制造者或者用于軸承的潤滑系統(tǒng)的供應(yīng)商規(guī)定的潤滑間隔進行。大量的安全因素構(gòu)成該規(guī)定的間隔，但是，例如在極端的污染物進入循環(huán)潤滑劑時，規(guī)定的間隔可能太短。在其它情況下，規(guī)定的間隔可能過長，導(dǎo)致更換了仍然具有相當大使用壽命的潤滑劑。在通過循環(huán)潤滑系統(tǒng)潤滑的大型機械中的軸承的情況下，例如，定期取循環(huán)油的樣本以決定何時油需要被更換。做出這種決定的一種方式是測量該油樣的介電常數(shù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)油的介電常數(shù)隨著油降級和受到污染而改變。并且，當油降級時，它失去了在軸承中有效分開滾動接觸表面的能力。涉及取油樣決定實際潤滑條件的方法具有缺點。它必然妨礙潤滑系統(tǒng)，并且潤滑劑不能連續(xù)監(jiān)測。此外，軸承潤滑條件的變壞不需要歸因于潤滑劑條件的變壞。例如，如果油過濾器變得堵塞，軸承會經(jīng)受因缺油而磨損的潤滑條件，僅僅是因為油供給被中斷。因此，監(jiān)測潤滑條件是有利的。在一個監(jiān)測軸承潤滑條件的已知方法中，通過測量軸承內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的電容來測量滾動元件和軸承滾道之間的潤滑劑膜厚度。一個這樣的系統(tǒng)是SKF的LubCheck(TM)系統(tǒng)。在該方法中，軸承必須與電接地電絕緣，即與其中安裝軸承的機器框架電絕緣。因此， 這樣的系統(tǒng)主要適合于軸承的實驗室試驗。再者，該測量方法妨礙正常的軸承運行。估算潤滑劑膜厚度的另一種方式是從軸承中的油層測量超聲波反射。假設(shè)已知油的特性，則油膜厚度可從反射值計算。再者，這是干擾性方法，對軸承的運行是有害的。因此，需要監(jiān)測軸承中潤滑條件的方法，其適合于集成在工業(yè)環(huán)境中，并且可在線實施，而不影響軸承的正常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供通過決定表示潤滑條件的潤滑參數(shù)監(jiān)測油潤滑滾動元件軸承的潤滑條件的方法。在第一步驟中，測量高頻結(jié)構(gòu)傳送的聲發(fā)射(AE)。作為軸承的滾動接觸表面之間的粗糙面接觸的結(jié)果產(chǎn)生測量的聲發(fā)射，并且提供測量的信號。在第二步驟中，從測量的信號提取發(fā)射的聲能。在第三步驟中，在聲能和潤滑參數(shù)之間的冪律關(guān)系的基礎(chǔ)上，從發(fā)射的聲能決定潤滑參數(shù)。
該關(guān)系可表示為E(c)=B· cx，其中E是在傳感的信號[伏特]中的發(fā)射聲能C是潤滑條件參數(shù)[無量綱]B是比例因數(shù)[無量綱常數(shù)]χ是已知的比例指數(shù)[無量綱常數(shù)]。因此，通過監(jiān)測和量化軸承中產(chǎn)生的聲發(fā)射水平，能夠監(jiān)測和量化潤滑條件。本發(fā)明還限定了設(shè)置為執(zhí)行本發(fā)明方法的潤滑條件監(jiān)測裝置，該裝置包括聲發(fā)射傳感器，適合于安裝到軸承內(nèi)環(huán)、軸承外環(huán)或安裝軸承的殼體之一；信號處理裝置，適合于從聲發(fā)射傳感器測量的聲發(fā)射信號提取所發(fā)射聲能，并且在所發(fā)射聲能和潤滑參數(shù)之間的冪律關(guān)系的基礎(chǔ)上決定潤滑參數(shù)。在本發(fā)明的一個實施例中，用于表示潤滑條件的潤滑條件參數(shù)特定膜厚度λ。該參數(shù)通過結(jié)合滾動接觸表面的根均方粗糙度區(qū)分最小膜厚度獲得(在流體彈性動力學(xué)潤滑條件下)。在另一個實施例中，用于表示潤滑條件的潤滑條件參數(shù)是粘度比κ。粘度比是潤滑劑的實際粘度與潤滑劑在其通常運行溫度下必須具備以便形成適當油膜的最小額定粘度之比。這兩個潤滑參數(shù)表示軸承滾動接觸表面之間表面分離的程度，并且同樣表示粗糙面接觸的程度。特定膜厚度可根據(jù)本發(fā)明借助于下面的關(guān)系式?jīng)Q定Ε(λ) = B* λ 36E是傳感信號(伏特)中的發(fā)射聲能，λ是特定膜厚度(無量綱)，B是該比例因數(shù)(無量綱常數(shù)).粘度比可根據(jù)本發(fā)明借助于下面的關(guān)系式?jīng)Q定Ε(κ) = B* κ 47E是傳感信號(伏特)中的發(fā)射聲能，κ是粘度比(無量綱)，B是該比例因數(shù)(無量綱常數(shù))。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)發(fā)射聲能和潤滑條件之間的關(guān)系式中存在比例不變。換言之，當能量比例乘以共同的比例因數(shù)時該關(guān)系式不變。如果上面的等式中比例因數(shù)B是已知的，則κ值或λ值(從而潤滑條件)可采用適當?shù)姆匠毯唵斡嬎恪Ｈ绻壤驍?shù)是未知的，則它可估算。比例因數(shù)受幾個參數(shù)影響。一個參數(shù)是AE 傳感器和聲發(fā)射源之間的距離，從而檢測的聲能與距AE源的距離遵循平方反比定律。聲能的水平，即比例因數(shù)，還受軸承速度和軸承負荷的影響。軸承速度的增加和軸承負荷的增加導(dǎo)致聲能的相應(yīng)增加。因此，在進一步的開發(fā)中，根據(jù)本發(fā)明的方法包括決定軸承速度的步驟和/或決定軸承負荷的步驟。決定的速度和/或決定的負荷于是用作輸入?yún)?shù)，以在聲能和潤滑條件之間的冪律關(guān)系中估算比例因數(shù)。當要監(jiān)測軸承的運行條件為變量時該開發(fā)是有利的。
在本發(fā)明的另一個實施例中，聲能和潤滑條件之間的已知關(guān)系用于產(chǎn)生能夠結(jié)合聲能值和κ或λ值的庫。因此，可通過標度程序選擇正確的基準值組。在這樣的標定程序中，測量從要監(jiān)測軸承發(fā)射的聲能的實際水平。接下來取出軸承潤滑油樣品，并且至少通過測量該油樣的運動粘度來決定實際的潤滑條件。因此，獲得這些值的組合，其可與采用具體比例因數(shù)獲得的一套存儲組合比較。當軸承的運行條件保持基本上不變時，本發(fā)明的該實施例是有利的。在本發(fā)明方法的進一步有利開發(fā)中，在250_700kHz的頻率范圍內(nèi)分析所測得的 AE信號。換言之，發(fā)射聲能從該范圍內(nèi)的所測得信號的頻率成分提取。該進一步開發(fā)的優(yōu)點是，250-700kHz頻率范圍內(nèi)的聲發(fā)射與滾動元件軸承中的粗糙面接觸特別相關(guān)，意味著過濾掉不需要的聲發(fā)射(噪聲)。本發(fā)明方法的一個優(yōu)點是，可監(jiān)測軸承中的實際潤滑條件。這樣，可在預(yù)防行為中采用潤滑監(jiān)測，從而可在軸承發(fā)生損壞前很好地檢測反常的軸承條件。該方法使其能夠檢測何時軸承達到缺油或邊界潤滑條件，因為發(fā)射聲能將跟隨著可預(yù)測且可識別的傾向。因此，軸承(或者油潤滑系統(tǒng)中的幾個軸承)可在損壞前很好地再潤滑。監(jiān)測軸承中實際潤滑條件的進一步優(yōu)點是，潤滑條件可適合于不同的要求。因此， 它易于例如根據(jù)軸承上施加的不同負荷或不同的運行溫度改變且監(jiān)測軸承中的潤滑條件。 這樣，軸承可運行在最佳的條件下。在一個示例中，這將意味著軸承以最佳量的潤滑劑運行。因為軸承中過量的潤滑劑將導(dǎo)致增加摩擦損耗，所以這樣可節(jié)省能量。它也可改變潤滑劑的類型，即粘度，并且由于潤滑條件監(jiān)測而仍然保證采用最佳量的潤滑劑。這可以進一步降低摩擦損耗。在本發(fā)明方法的進一步有利開發(fā)中，當潤滑參數(shù)落入預(yù)定值下時發(fā)出信號。這樣的信號例如通過循環(huán)油潤滑系統(tǒng)用于增加提供給軸承的油流速。類似地，如果連續(xù)監(jiān)測潤滑條件，監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測決定的潤滑參數(shù)上的增加。這可表示軸承提供有太多的油，在此情況下，可發(fā)出信號以降低油的流速。如果軸承的運行條件改變，這樣的信號也可用于從軸承排放油。這樣，可避免由于過量油引起的摩擦損耗。本發(fā)明的其它優(yōu)點通過詳細的描述和結(jié)合附圖將變得更加明顯易懂。


下面，將參考附圖所示的實施例更加詳細地描述本發(fā)明，附圖中圖1示出了本發(fā)明方法的流程圖。圖2是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明方法的系統(tǒng)示意圖。圖3是AE波形的曲線圖，其中計算了越限數(shù)。圖4是不同潤滑條件的越限數(shù)η相對于時間t的曲線圖。圖5是針對于特定的膜厚度測量的聲能的圖線，示出了以不同的軸承速度通過從所進行的兩個試驗獲得的數(shù)據(jù)點匹配的兩個曲線。
具體實施例方式下面，將進一步描述包含進一步開發(fā)的本發(fā)明的實施例，其僅為示例，而不意味著限制權(quán)利要求提供的保護范圍。
在這里所述的本發(fā)明的方法中，測量聲發(fā)射(AE)信號。AE的普遍可接受定義是由于局部應(yīng)力的釋放材料內(nèi)的瞬時彈性波。它涉及由局部源存儲彈性能的瞬時釋放產(chǎn)生寬頻帶放射的一系列現(xiàn)象。彈性應(yīng)力波以超聲頻率波段產(chǎn)生，并且是結(jié)構(gòu)傳聲。因此，傳感器檢測的波形由頻率相關(guān)衰減變形，該頻率相關(guān)衰減例如為散射、多通道傳播和模式轉(zhuǎn)換。重大的聲發(fā)射涉及材料變形、破裂或摩擦過程，其中發(fā)射的信號具有表面或表面下的起源。在本發(fā)明的方法中，分析諸如撞擊和摩擦的表面過程。具體地講，分析涉及軸承中滾動接觸表面之間的金屬-對-金屬的聲發(fā)射，以便決定軸承中的潤滑條件。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的方法流程圖。在第一步驟11中，測量了來自軸承的高頻結(jié)構(gòu)傳送的聲發(fā)射。如上所述，該發(fā)射由滾動接觸表面之間的金屬-對-金屬產(chǎn)生，并且采用聲發(fā)射傳感器(AE傳感器)測量，以提供測量的信號。在第二步驟12中，分析測量的信號，并且提取測量信號中的聲能。在第三步驟中，由提取的聲能決定表示潤滑條件的潤滑參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)射能量和潤滑參數(shù)之間的冪律關(guān)系的基礎(chǔ)上進行決定。該方法還將參考圖2至圖5進行說明。圖2示出了一個系統(tǒng)的示例，其包括要監(jiān)測的軸承和設(shè)置為執(zhí)行本發(fā)明方法的潤滑條件監(jiān)測裝置。該示例中的軸承是徑向滾動元件軸承20，包括內(nèi)環(huán)22、外環(huán)M和設(shè)置其間的滾動元件25。因此，該軸承內(nèi)環(huán)22的外徑限定了滾動元件25的內(nèi)滾道26，并且該軸承外環(huán)M的內(nèi)徑限定了外滾道27。此外，軸承20安裝在殼體21中，并且用油(未示出) 潤滑。潤滑條件監(jiān)測裝置包括聲發(fā)射傳感器(AE傳感器)28和設(shè)置為處理傳感器檢測的 AE信號的信號處理器四。在圖2的示例中，AE傳感器28安裝在軸承外環(huán)M上，該外環(huán)在軸承運行期間不轉(zhuǎn)動。AE傳感器觀也可定位在殼體21上或者安裝軸承的其它固定結(jié)構(gòu)上。在軸承內(nèi)環(huán)22運行中不轉(zhuǎn)動的應(yīng)用中，AE傳感器觀例如可安裝在內(nèi)環(huán)22的內(nèi)徑凹口(孔)中。在軸承運行中，滾動元件25的外表面2 與內(nèi)滾道沈和外滾道27滾動接觸。這些滾動接觸表面25sJ6、27因粗糙面而具有一定的粗糙度。根據(jù)軸承中的潤滑條件，分開滾動接觸表面的油膜可能沒有足夠的厚度以防止?jié)L動元件表面2 和軸承滾道沈、27之間的粗糙面接觸。軸承20內(nèi)的該粗糙面接觸(金屬-對-金屬接觸)產(chǎn)生聲發(fā)射。因此，與軸承環(huán)直接或間接接觸安裝的AE傳感器檢測的聲發(fā)射水平可表示滾動元件表面和軸承滾道之間粗糙面接觸的程度，從而可表示軸承內(nèi)的潤滑條件。重要的是AE傳感器觀和要安裝所述AE傳感器的軸承殼體或軸承的表面之間具有良好的機械接觸，以保證適當?shù)貍鬏攤鞑サ膽?yīng)力波到傳感器觀。這可以不同的方式實現(xiàn)。 一種方式是在軸承外環(huán)M的外徑中加工平面表面，并且將AE傳感器安裝在該平面表面上。 因為AE傳感器可為非常小，該安裝技術(shù)也可能用于相對小的軸承。安裝AE傳感器到軸承的另一種方式是加工AE傳感器，使其檢測表面與要接觸的軸承表面具有相同的曲率半徑。 這也能使AE傳感器和軸承匹配接觸。對于較大的軸承，也可能在外環(huán)中加工其中可安裝AE 傳感器的凹口。應(yīng)當理解的是，軸承環(huán)中的任何加工應(yīng)使軸承的功能不受損害的進行。除了保證軸承或軸承殼體和AE傳感器的接觸表面之間的匹配配合外，通過采用諸如真空潤滑脂的潤滑脂或者潤滑油作為傳感器及其安裝表面之間的連接介質(zhì)，可改善聲波到AE傳感器的傳輸。
AE傳感器觀可安裝在軸承的任何角度位置。安裝位置取決于應(yīng)用軸承的機器中的可用空間。AE傳感器的優(yōu)選安裝位置是與軸承上負荷方向一致的位置。因此，對于徑向負荷軸承，AE傳感器觀應(yīng)當徑向安裝。在推力軸承的情況下，例如，受軸向負荷的軸承，AE 傳感器應(yīng)當軸向安裝，即在運行中不轉(zhuǎn)動的軸承環(huán)的側(cè)面上。此外，安裝位置優(yōu)選與軸承負荷區(qū)一致，且與滾動接觸區(qū)域一致。因為聲波從滾動元件2 和滾道沈、27之間的接觸表面?zhèn)鞑?，所以與接觸區(qū)域直接相對時信號質(zhì)量最好。這將減少由測量信號的反射以及來自機器中其它聲源的聲波引起的干擾聲波。這還改善了信號的信號-對-噪聲比。如上所述，另一種可能的安裝位置是在安裝軸承20的軸承殼體21 (或等同結(jié)構(gòu)) 上。軸承通常以壓配合安裝，這將允許聲波從軸承傳播到AE傳感器觀。這樣，軸承可置換而不必去除AE傳感器。再者，AE傳感器優(yōu)選安裝在殼體上的一個位置，其直接與軸承負荷區(qū)域、負荷的方向上以及滾動接觸區(qū)域一致。AE傳感器觀適合于工作在超過IOOkHz的超聲波范圍內(nèi)。其優(yōu)點是可過濾掉干擾的低頻振動。另一個優(yōu)點是，高頻的波長短于低頻率波，這意味著當AE傳感器安裝為靠近滾動接觸表面時，大部分高頻波，尤其是到達AE傳感器的高振幅的高頻波，可能源自于滾動接觸。在本發(fā)明中，優(yōu)選分析250kHz至700kHz范圍內(nèi)的AE信號。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高能波因軸承中的粗糙面接觸而發(fā)射在該范圍內(nèi)，即在滾動元件與軸承滾道因其間的潤滑劑膜厚度不足直接接觸時。AE傳感器觀或信號處理器四因此有利地提供有通帶過濾器，其過濾掉 IOOkHz和IOOOkHz之間范圍中的頻率。AE傳感器在一個示例中為壓電陶瓷傳感器，但是也可采用其它形式的傳感器。根據(jù)本發(fā)明，分析從運行軸承發(fā)射的AE信號，以便監(jiān)測軸承中的潤滑條件。在本發(fā)明方法的一個實施例中，采用閾值基信號處理，以分析由AE傳感器測量的AE信號。該處理方法將參考圖3說明，圖3示出了信號脈沖(波形)與聲發(fā)射事件關(guān)聯(lián)的曲線圖，從而橫坐標31表示時間t (毫秒)，而縱坐標32表示信號振幅A (毫伏)。在該處理方法中，計算越限33的數(shù)量，即檢測信號的振幅A超過閾值水平TL的次數(shù)。同時，測量第一越限TC1和最后越限TCn之間的時間，即信號持續(xù)時間。特定時間間隔 (AE持續(xù)時間)期間的越限數(shù)(AE計數(shù))用于量化信號。閾值水平TL選擇為使來自其它源的干擾噪聲在閾值水平下，且使軸承發(fā)射的聲發(fā)射超過閾值水平。與表示已經(jīng)發(fā)射了具有很低能量的聲發(fā)射的僅具有幾個越限的短信號持續(xù)時間相比，具有幾個越限的較長信號持續(xù)時間表示已經(jīng)發(fā)射了具有相對高能量的聲發(fā)射。采用AE傳感器測量的高頻信號優(yōu)選在執(zhí)行數(shù)字信號處理前過濾且處理，部分為了減少噪聲(不需要的AE信號)。一種方式是輸出具有限定頻率響應(yīng)的包_信號，這將簡化信號轉(zhuǎn)換。在一個示例中，采用聲發(fā)射信號的平均信號水平，這是連續(xù)變化和平均振幅的方法，即測量的聲發(fā)射信號的矯正信號。這樣信號的帶寬例如可為IOkHz的范圍內(nèi)。該帶寬應(yīng)當足夠高以能檢測聲發(fā)射，即上升時間必須足夠高以檢測信號，但是應(yīng)當同時能夠過濾出某些噪聲。該信號也可例如通過根均方轉(zhuǎn)換以其它方式平均。從包絡(luò)線AE信號，信號中的聲能可從矯正信號包絡(luò)線(MARSE)下的測量區(qū)域獲得。聲能也可從包絡(luò)線時間信號的頻率域分析提取。圖4的圖線示例了聲發(fā)射上潤滑條件的效果。橫坐標41表示時間t (秒)，而縱坐標42表示AE活動量，其根據(jù)越限數(shù)η表示，該越限數(shù)η在運行軸承中潤滑條件變化的試驗期間統(tǒng)計。在試驗的開始，軸承以無潤滑條件運行。由圖4可見，干運行的軸承越限數(shù)迅速增加。在時間、，少量的油滴射入軸承中，導(dǎo)致越限數(shù)上的顯著下降。油形成滾動接觸表面之間的潤滑膜，這減少了粗糙面接觸以及因此地聲發(fā)射。在所述的試驗中，軸承是敞開的 (沒有密封)，意味著潤滑油能夠溢出，并且沒有加入更多的潤滑劑。因此，在約190秒后， 軸承開始進入因缺油而磨損的潤滑條件。在滾動元件軸承領(lǐng)域中，潤滑條件常常根據(jù)潤滑參數(shù)表示，代表潤滑劑形成分開滾動元件與滾道表面的油膜的能力。因此，潤滑參數(shù)也表示軸承中滾動接觸表面之間的粗糙面接觸程度。一個這樣的潤滑參數(shù)是潤滑劑的粘度比κ (希臘文字母第10個)。為了形成足夠的潤滑膜，潤滑劑必須具有在其通常運行溫度下的給定的最小粘度或者額定粘度。 潤滑條件由實際粘度與額定粘度的比值表示。實際粘度可測量，并且額定粘度可從軸承制造者提供的表格獲得。表示滾動接觸表面之間的粗糙面接觸程度的另一個潤滑參數(shù)是特定膜厚度λ，也稱為λ (希臘文字母第11個)比，這可從下面的關(guān)系式獲得義=￥ Rq其中λ =潤滑參數(shù)(特定膜厚度)hmin =在潤滑劑的運行粘度上的最小膜厚度[m]Rq =滾動接觸表面的結(jié)合RMS表面粗糙度[m]因此，滾動接觸表面之間的粗糙面接觸是膜厚度和結(jié)合表面粗糙度二者的作用。 因此，所有其它條件相同的情況下，光滑表面可以較薄的膜運行，并且仍保持流體彈性動力學(xué)的潤滑(EHL)形式。通常，大于四的特定膜厚度表示完全表面分離。從完全EHL到混合潤滑的轉(zhuǎn)變(部分EHL膜和某些粗糙面接觸)發(fā)生在一和四之間的λ范圍內(nèi)。在小于一的值上，保證了邊界潤滑條件，其中連續(xù)的粗糙面接觸且很少的來自于油膜的貢獻。由于粗糙面接觸和特定膜厚度之間的相互關(guān)系，也存在聲發(fā)射和特定膜厚度之間的相互關(guān)系。以前，一直不知道該相互關(guān)系的本質(zhì)。根據(jù)粘性是影響潤滑劑形成油膜能力主要參數(shù)的理解，本發(fā)明人進行了試驗，以通過測量在不同潤滑條件下產(chǎn)生的AE研究聲發(fā)射和潤滑條件之間的相互關(guān)系，從而通過改變油潤滑劑的粘度獲得不同的潤滑條件。試驗條件如下。深槽球軸承在純粹徑向負荷18kN和6000rpm的速度下運行在試驗臺上。試驗軸承提供有不變的潤滑油流量，速度為11/min。采用改變粘度的潤滑油，并且臺階式改變油從試驗油最厚到試驗油最薄。此外，聲發(fā)射傳感器安裝在試驗軸承的外殼上，以監(jiān)測AE活動量，并且熱電偶安裝在軸承外環(huán)上以測量軸承溫度。為了研究及時特定膜厚度的狀況，以定期間隔進行油采樣，并且測量油樣的運動粘度。如上所述，特定膜厚度通過最小膜厚度hmin除以結(jié)合表面粗糙度Rtl獲得。最小膜厚度根據(jù)Dowson和Higginson公式計算(例如，見Dowson and Higginson' s “Elastohydrodynamic Lubrication",published by Pergamon Press)。也可采用其它適當?shù)墓健］S承內(nèi)外滾道的表面粗糙度以及滾動元件的表面粗糙度在試驗開始前測量，以獲得Rtl值。在整個試驗中，在每次油采樣前監(jiān)測聲發(fā)射約30分鐘，分析AE信號以決定那時與潤滑條件相關(guān)的聲能。以172秒的間隔，重復(fù)記錄信號2秒的持續(xù)時間。因此，在每個油采樣前進行10個信號記錄。采用數(shù)字信號處理器，通過快速傅里葉變換處理每個信號記錄， 并且從對應(yīng)的FFT頻譜計算信號中的能量。具體地講，計算100-500kHz頻帶寬度中的信號能量，并且從10個計算的信號能量的平均值獲得聲能值。然后，以不同的軸承速度，即4000rpm，重復(fù)試驗，而所有其它的實驗條件保持相同。最后，每個試驗中各種測量油粘度計算的特定膜厚度相對于其相關(guān)的聲能值繪制。繪制的結(jié)果如圖5的曲線圖所示，其中橫坐標51表示特定膜厚度λ (無量綱參數(shù))，而縱坐標 52表示聲言旨E(IHVems)。如圖5所示，曲線可匹配每個試驗獲得的數(shù)據(jù)點。上部曲線M涉及6000rpm的軸承速度上進行的試驗；下部曲線陽涉及4000rpm的軸承速度下進行的試驗。每個曲線54、 55都表示聲能E和特定膜厚度λ之間的冪律函數(shù)，該函數(shù)可表示為Ε(λ) = B · λ_0.36，[等式 1]其中B是比例因數(shù)。對于上部曲線M表示的函數(shù)，比例因數(shù)等于1. 45。對于下部曲線55表示的函數(shù)，比例因數(shù)等于0. 63。在試驗期間，每個油樣的粘度比(κ)也由測量的運動學(xué)粘度和由SKF總目錄中公開的表格獲得的額定粘度決定。聲能相對于粘度比的對應(yīng)繪圖也表示聲能E和粘度比κ 之間的冪律關(guān)系。此外，通過采用下面的通?？山邮艿慕浦狄哉扯缺圈嗜〈囟ず穸圈?，等式 1可根據(jù)粘度比再表示為κ ^ λ L 3取代導(dǎo)致下面的聲能E和粘度比κ之間的關(guān)系式E(K) = B · κ_α47，[等式2]其中B是比例因數(shù)。因此，滾動元件軸承中的聲發(fā)射取決于軸承中的潤滑條件，并且該依賴性是可測量的。大量的參數(shù)影響等式1和2中的比例因數(shù)B。如圖5所示，軸承速度影響從軸承中粗糙面接觸發(fā)射的聲能。在較高的轉(zhuǎn)速下比在低轉(zhuǎn)速下給定周期內(nèi)發(fā)生的金屬-對-金屬接觸更多，導(dǎo)致較高水平的聲能。類似地，可適當?shù)丶僭O(shè)，高軸承負荷比低軸承負荷產(chǎn)生更高水平的聲能。比例因數(shù)上的另一個影響是AE傳感器和聲發(fā)射的聲源之間的距離。例如， 安裝在軸承外環(huán)上的AE傳感器比安裝在軸承殼體上的AE傳感器檢測到更高水平的聲能。然而，盡管所產(chǎn)生的聲能水平根據(jù)軸承的運行參數(shù)和AE傳感器的位置變化，但是在軸承的潤滑條件上存在潛在的依賴性(丄_不變)。因此，存在隨著潤滑條件在整個時間上的變壞測得的AE上的可識別傾向。應(yīng)當注意的是，根據(jù)本發(fā)明的潤滑條件監(jiān)測最有利于執(zhí)行在包括油潤滑軸承的系統(tǒng)中，原因如下。根據(jù)Dowson和Higginson公式或稍微修改版本關(guān)于它的同類的公式，計算特定膜厚度。該公式精確地預(yù)測油潤滑軸承中而不是脂潤滑軸承中的膜形成。脂潤滑軸承中的油膜形成迄今不能可靠預(yù)測。在根據(jù)本發(fā)明方法的一個實施例以及執(zhí)行其設(shè)置的裝置中，軸承的潤滑條件(入或κ)采用存儲的值表格從發(fā)射聲能估算?？衫斫獾氖牵仁?和2可用于產(chǎn)生λ和/或 κ值與對應(yīng)聲能值的“曲線”庫。因此，當首先安裝根據(jù)本發(fā)明的潤滑條件監(jiān)測裝置時，測量在監(jiān)測軸承的所希望的運行條件下產(chǎn)生的聲能。接下來，通過取油樣和測量油的運動學(xué)粘度，易于決定粘度比κ。通過測量滾動接觸表面的表面粗糙度，可決定特定膜厚度λ。然后，包含聲能值和和λ或κ值的適當結(jié)合的存儲庫中的曲線可選擇為基準曲線，以在潤滑條件監(jiān)測期間使用。換言之，校準潤滑條件監(jiān)測裝置。例如，當油發(fā)生變化時，再次校準該裝置是有利的。這可通過重復(fù)上述測量而進行。作為選擇，從要監(jiān)測軸承發(fā)射的聲能可在例如一個小時運行后測得，以允許軸承達到其通常的運行溫度。假設(shè)新鮮的油完全充滿EHL潤滑條件，即為4的λ值或為6的κ值，則適當?shù)幕鶞是€可根據(jù)這些“最大值”和測量的聲能選擇。也可進行再校準，以便考慮改變軸承中的表面粗糙度值。隨著時間的過去，滾動接觸表面中的粗糙可變得稍微光滑一些，并且這影響特定膜厚度入。當要監(jiān)測的軸承運行在基本上不變的負荷和速度下時，上述方法是足夠的。如果這些運行參數(shù)然后變化，以便估算潤滑條件，則來自等式1和2的比例因數(shù)B需要決定。如上所述，認為比例因數(shù)主要受AE源和AE傳感器之間的距離、軸承負荷和軸承速度的影響。 AE源和AE傳感器之間的距離在監(jiān)測期間保持不變(除非故意移動)，并且其在比例因數(shù)上的影響簡單地服從聲能的平方反比定律。軸承負荷和軸承速度在比例因數(shù)上的影響可用實驗的方法決定。因此，在變化運行條件下，根據(jù)本發(fā)明的方法包括測量軸承負荷和/或軸承速度的步驟，并且該決定步驟包括采用測量負荷和/或速度以按著聲能和潤滑條件之間的冪律關(guān)系估算比例因數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的方法能使?jié)櫥瑮l件以非破壞性和非侵入的方式監(jiān)測。該方法例如可用于決定何時有必要油更換。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的裝置可構(gòu)造為在估算潤滑參數(shù)值落入預(yù)定限度下時發(fā)出警報，該預(yù)定限度例如為1.2的λ值，表示軸承接近邊界潤滑條件。該裝置也可構(gòu)造為如果檢測到潤滑條件上的突然且劇烈的改變發(fā)出警報，該改變不能歸因于運行條件。這樣的改變應(yīng)當為例如阻塞油過濾器的結(jié)果。在包括根據(jù)本發(fā)明的潤滑條件監(jiān)測裝置的潤滑系統(tǒng)中，該裝置因此可構(gòu)造為在檢測到劇烈改變時發(fā)出關(guān)機指令，以關(guān)閉監(jiān)測的軸承及其供油。本發(fā)明不意味著限于上述實施例，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可進行大量的附加變化和修改。參考標號圖1示出了本發(fā)明方法的流程圖11 測量由于粗糙面接觸引起的從軸承發(fā)射的ΑΕ，以提供測量信號；12 從測量信號提取聲能；13 從提取的聲能決定潤滑條件。圖2示出了包括設(shè)置為執(zhí)行本發(fā)明方法的潤滑條件監(jiān)測裝置的系統(tǒng)示例
20 滾動元件軸承21 殼體22:軸承內(nèi)環(huán)M 軸承外環(huán)25:滾動元件25s:滾動元件的表面26:內(nèi)滾道27:外滾道28:聲發(fā)射傳感器29:信號處理器圖3示出了從AE事件發(fā)射的信號脈沖的曲線圖31 表示時間t的橫坐標32 表示信號振幅A的縱坐標33 越限TL:閾值水平TC1 發(fā)生第一越限的時間TCn 發(fā)生最后越限的時間圖4示出了隨著時間過去不同潤滑條件的聲活動的曲線圖41 表示時間t的橫坐標42 表示越限數(shù)η的縱坐標、注入油的時間圖5示出了聲能和特定膜厚度之間關(guān)系的曲線圖51 表示特定膜厚度λ的橫坐標52 表示聲能E圖線的Y軸54 與以6000rpm的軸承速度獲得的匹配數(shù)據(jù)點的曲線55 與以4000rpm的軸承速度獲得的匹配數(shù)據(jù)點的曲線。
權(quán)利要求
1.一種在油潤滑滾動元件軸承中決定表示潤滑條件的潤滑參數(shù)的方法，包括如下步驟測量與該軸承的滾動接觸表面(25sJ6、27)之間粗糙面接觸相關(guān)的高頻結(jié)構(gòu)傳送的聲發(fā)射，以提供測量信號；從該測量信號提取發(fā)射聲能；根據(jù)發(fā)射聲能和該潤滑參數(shù)之間的冪律關(guān)系，由該發(fā)射聲能決定該潤滑參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該決定步驟中所用的該冪律關(guān)系表示為 E(C) = B · cx，其中E是該測量信號(伏特)中的該聲能 c是潤滑條件參數(shù)(無量綱) B是比例因數(shù)(無量綱常數(shù)) χ是比例指數(shù)(無量綱常數(shù))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該決定的潤滑參數(shù)是該軸承的該滾動接觸表面(25s,26,27)之間油膜的特定膜厚度(入)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該決定的潤滑參數(shù)是該油膜的粘度比(κ)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該特定膜厚度基于如下關(guān)系式?jīng)Q定 Ε(λ) = Β*λ_°·36，其中E是該測量信號(伏特)中的該聲能， λ是該特定膜厚度(無量綱)， B是該比例因數(shù)(無量綱常數(shù))。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該粘度比基于下面的關(guān)系式?jīng)Q定 Ε(κ) =Β*Κ-°·47，其中E是傳感信號(伏特)中的該發(fā)射聲能， κ是該粘度比， B是該比例因數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任一所述的方法，其中該方法包括測量軸承旋轉(zhuǎn)速度和采用該測量的旋轉(zhuǎn)速度作為輸入?yún)?shù)估算用于決定潤滑參數(shù)的關(guān)系式中的比例因數(shù)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一所述的方法，其中該方法包括測量軸承負荷和采用該測量的軸承負荷作為輸入?yún)?shù)估算用于決定潤滑參數(shù)的關(guān)系式中的比例因數(shù)的步驟。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，其中該方法包括當該決定的潤滑參數(shù)降至預(yù)定的限度下時發(fā)出警報信號的步驟。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，其中該提取步驟包括在250-700ΚΗΖ的頻率范圍內(nèi)從該聲發(fā)射提取該發(fā)射聲能。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的方法，該測量步驟采用聲發(fā)射傳感器(18)執(zhí)行，該聲發(fā)射傳感器(18)安裝在軸承內(nèi)環(huán)(12)、軸承外環(huán)(14)或者安裝該軸承的殼體 (11)之一上。
12.一種潤滑條件監(jiān)測裝置08、四)，適合于執(zhí)行權(quán)利要求1至11任何一項所述的方法。
13.一種油潤滑系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的潤滑條件監(jiān)測裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及油潤滑滾動元件軸承中決定表示潤滑條件的潤滑參數(shù)的方法。該方法包括測量該軸承的滾動接觸表面之間粗糙面接觸產(chǎn)生的高頻結(jié)構(gòu)傳送的聲發(fā)射，以提供測量信號。然后，從該測量信號提取發(fā)射聲能，并且由聲能決定潤滑參數(shù)。該決定基于發(fā)射聲能和該潤滑參數(shù)之間的冪律關(guān)系。
文檔編號F16C19/52GK102301149SQ200980155582
公開日2011年12月28日 申請日期2009年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者干基 A., J. 霍爾斯尼德斯 J. 申請人:Skf公司