【摘要】：軸承是當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防軍事所用機(jī)械設(shè)備中關(guān)鍵的零部件,不同的工況會(huì)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(rùn)滑方式、失效模式的重要參數(shù)之一,當(dāng)軸承運(yùn)行工作中產(chǎn)生過載或接近工作壽命時(shí),往往會(huì)伴隨著潤(rùn)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(shí)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(cè)方法,采用半導(dǎo)體工藝進(jìn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)溫系統(tǒng)電能的供給和信號(hào)的引出,獲得的測(cè)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(cè)提供了參考,為智能軸承的前端傳感器設(shè)計(jì)提供了方法。首先,對(duì)軸承旋轉(zhuǎn)套圈測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)。依據(jù)滾動(dòng)軸承工作的溫度場(chǎng)分析了內(nèi)外圈的溫差,確定了軸承內(nèi)圈的測(cè)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(cè)溫原理,設(shè)計(jì)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(jì)了針對(duì)旋轉(zhuǎn)套圈的引線連接方式和供電方式,設(shè)計(jì)了測(cè)溫系統(tǒng)的電路組成。然后,針對(duì)薄膜電阻的膜系組成研究了薄膜的制備工藝。通過試驗(yàn)磁控濺射法制備特定薄膜的合理工藝參數(shù)。通過對(duì)不同工藝和參數(shù)下制備得到薄膜進(jìn)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(hù)層。最后,對(duì)集成傳感器的軸承旋轉(zhuǎn)套圈測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)驗(yàn)證。使用FPC電路板作為引線,并利用環(huán)氧樹脂和銀漿對(duì)薄膜電阻進(jìn)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(cè)溫系統(tǒng),利用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶對(duì)軸承旋轉(zhuǎn)套圈測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,并進(jìn)行了工況模擬臺(tái)架試驗(yàn),驗(yàn)證了測(cè)溫系統(tǒng)在軸承模擬工況下的實(shí)用效果。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH133.3;TP212
【圖文】：

提高軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)套圈測(cè)溫技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀感器與軸承的集成技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀工作時(shí)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(dòng)軸承在內(nèi)圈轉(zhuǎn)速 10000r、徑向載荷 工況下的溫度場(chǎng)分布，溫度場(chǎng)云圖如圖 1-1 所示。可以處達(dá)到最高溫，這可能是因?yàn)閮?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(shí)由于內(nèi)圈面積小于外圈和軸承座與潤(rùn)滑油之間的熱對(duì)流面積，熱量散發(fā)不及時(shí)，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)產(chǎn)生了較高的溫度。同整個(gè)結(jié)構(gòu)中的最低溫，實(shí)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(rùn)滑油對(duì)其進(jìn)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(cè)滾動(dòng)軸承外圈側(cè)壁溫度或滾動(dòng)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(dòng)體與內(nèi)圈滾道接觸區(qū)最高溫度無法直接測(cè)量的情況下，通過測(cè)量?jī)?nèi)圈側(cè)壁溫度可更接近于軸承實(shí)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(jìn)行測(cè)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(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，接觸式測(cè)溫需要被測(cè)物體保持持續(xù)的溫度，且需要溫度傳感器與被測(cè)物體之間有充分的換熱。非接觸式溫度傳感器是利用測(cè)量被測(cè)物體熱輻射發(fā)出的紅外線來測(cè)量物體的溫度，但其測(cè)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(cè)滾動(dòng)軸承外圈側(cè)壁溫度或滾動(dòng)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(dòng)體與內(nèi)圈滾道接觸區(qū)最高溫度無法直接測(cè)量的情況下，通過測(cè)量?jī)?nèi)圈側(cè)壁溫度可更接近于軸承實(shí)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(jìn)行測(cè)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(cè)物體接觸進(jìn)行溫度測(cè)量，接觸式測(cè)溫需要被測(cè)物體保持持續(xù)的溫度，且需要溫度傳感器與被測(cè)物體之間有充分的換熱。非接觸式溫度傳感器是利用測(cè)量被測(cè)物體熱輻射發(fā)出的紅外線來測(cè)量物體的溫度，但其測(cè)量精度較低。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2751076