【摘要】：軸承是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)和國防軍事所用機械設(shè)備中關(guān)鍵的零部件,不同的工況會顯著影響其可靠性和壽命。工作溫度是表征軸承工作狀況、潤滑方式、失效模式的重要參數(shù)之一,當(dāng)軸承運行工作中產(chǎn)生過載或接近工作壽命時,往往會伴隨著潤滑環(huán)境的惡化,使軸承產(chǎn)生膠合等失效,導(dǎo)致工作溫度的升高。軸承內(nèi)圈常作為旋轉(zhuǎn)套圈,在其上傳感器的引線較為困難,故軸承的工作溫度常用外圈側(cè)壁溫度來表征,但外圈側(cè)壁溫度與內(nèi)圈溫度有明顯差異,不能準(zhǔn)確的說明軸承的實際工作溫度。本文提出一種基于集成傳感器的軸承旋轉(zhuǎn)套圈溫度監(jiān)測方法,采用半導(dǎo)體工藝進行了傳感器和軸承部件的原位集成制造,利用無線技術(shù)實現(xiàn)了對測溫系統(tǒng)電能的供給和信號的引出,獲得的測量溫度更貼近軸承接觸區(qū)溫度,為特殊工況軸承狀態(tài)監(jiān)測提供了參考,為智能軸承的前端傳感器設(shè)計提供了方法。首先,對軸承旋轉(zhuǎn)套圈測溫系統(tǒng)進行了整體設(shè)計。依據(jù)滾動軸承工作的溫度場分析了內(nèi)外圈的溫差,確定了軸承內(nèi)圈的測溫區(qū)域,基于鉑的電阻率隨溫度的變化而變化,研究了薄膜電阻的測溫原理,設(shè)計了薄膜電阻的柵格狀結(jié)構(gòu)和膜系組成并分析了其自發(fā)熱情況。設(shè)計了針對旋轉(zhuǎn)套圈的引線連接方式和供電方式,設(shè)計了測溫系統(tǒng)的電路組成。然后,針對薄膜電阻的膜系組成研究了薄膜的制備工藝。通過試驗磁控濺射法制備特定薄膜的合理工藝參數(shù)。通過對不同工藝和參數(shù)下制備得到薄膜進行表征,得到了滿足絕緣要求的絕緣層、滿足結(jié)合力要求的過渡層、滿足電阻溫度關(guān)系的溫度敏感層以及耐高溫的保護層。最后,對集成傳感器的軸承旋轉(zhuǎn)套圈測溫系統(tǒng)進行了標(biāo)定試驗驗證。使用FPC電路板作為引線,并利用環(huán)氧樹脂和銀漿對薄膜電阻進行可靠的連接。利用原位制造工藝研制了集成薄膜電阻溫度傳感器的軸承旋轉(zhuǎn)套圈測溫系統(tǒng),利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶對軸承旋轉(zhuǎn)套圈測溫系統(tǒng)進行標(biāo)定,并進行了工況模擬臺架試驗,驗證了測溫系統(tǒng)在軸承模擬工況下的實用效果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH133.3;TP212
【圖文】：

提高軸承狀態(tài)監(jiān)測的準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)套圈測溫技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀感器與軸承的集成技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀工作時內(nèi)圈溫度比外圈溫度高，更接近于接觸區(qū)最高溫析軟件[4]仿真滾動軸承在內(nèi)圈轉(zhuǎn)速 10000r、徑向載荷 工況下的溫度場分布，溫度場云圖如圖 1-1 所示。可以處達(dá)到最高溫，這可能是因為內(nèi)圈滾道在工作過程中摩擦頻率，故而產(chǎn)生了高于外圈的熱量，同時由于內(nèi)圈面積小于外圈和軸承座與潤滑油之間的熱對流面積，熱量散發(fā)不及時，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時產(chǎn)生了較高的溫度。同整個結(jié)構(gòu)中的最低溫，實際應(yīng)用中保持架為非承載件，軸承的徑向載荷和軸向載荷，故其摩擦生熱較小，此外好的散熱有關(guān)，其周圍可以獲得新鮮的潤滑油對其進行持架最高溫度只比入口油溫高 36°C。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文在圖 1-1 中可以看到此工況下承載區(qū)溫度比外圈側(cè)壁溫度高約 68°C，如果按照以往的方式通過監(jiān)測滾動軸承外圈側(cè)壁溫度或滾動軸承外圈外圓面溫度來反應(yīng)軸承的工作溫度是不夠精確的，在滾動體與內(nèi)圈滾道接觸區(qū)最高溫度無法直接測量的情況下，通過測量內(nèi)圈側(cè)壁溫度可更接近于軸承實際工作的最高溫，為判斷軸承的工作狀態(tài)提供依據(jù)。溫度傳感器可以分為接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。電阻式溫度傳感器是利用電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫，如為圖 1-2 玻璃封裝NTC 熱敏電阻，圖 1-3 為貼片式鉑熱電阻。接觸式傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，接觸式測溫需要被測物體保持持續(xù)的溫度，且需要溫度傳感器與被測物體之間有充分的換熱。非接觸式溫度傳感器是利用測量被測物體熱輻射發(fā)出的紅外線來測量物體的溫度，但其測量精度較低。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文在圖 1-1 中可以看到此工況下承載區(qū)溫度比外圈側(cè)壁溫度高約 68°C，如果按照以往的方式通過監(jiān)測滾動軸承外圈側(cè)壁溫度或滾動軸承外圈外圓面溫度來反應(yīng)軸承的工作溫度是不夠精確的，在滾動體與內(nèi)圈滾道接觸區(qū)最高溫度無法直接測量的情況下，通過測量內(nèi)圈側(cè)壁溫度可更接近于軸承實際工作的最高溫，為判斷軸承的工作狀態(tài)提供依據(jù)。溫度傳感器可以分為接觸式溫度傳感器和非接觸式溫度傳感器。電阻式溫度傳感器是利用電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫，如為圖 1-2 玻璃封裝NTC 熱敏電阻，圖 1-3 為貼片式鉑熱電阻。接觸式傳感器直接與被測物體接觸進行溫度測量，接觸式測溫需要被測物體保持持續(xù)的溫度，且需要溫度傳感器與被測物體之間有充分的換熱。非接觸式溫度傳感器是利用測量被測物體熱輻射發(fā)出的紅外線來測量物體的溫度，但其測量精度較低。

【參考文獻】

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本文編號：2751076