針對實際工況下超聲時間差法在線測量滾動軸承保持架轉(zhuǎn)速的噪聲抑制及高速測量準確性問題,提出了一種采用頻譜細化的滾動軸承保持架轉(zhuǎn)速超聲測量方法。通過引入自相關(guān)分析及快速傅里葉變換抑制時域噪聲對超聲回波脈沖信號的影響,使用線性調(diào)頻Z變換(CZT)頻譜細化算法提高滾動體通過頻率的計算精度,進而提高軸承保持架轉(zhuǎn)速測量準確性。28 000r/min下的高速滾動軸承保持架轉(zhuǎn)速超聲測量試驗結(jié)果表明,該方法能夠有效克服實際工況下的噪聲影響,實現(xiàn)高速實際工況下軸承保持架轉(zhuǎn)速波動的準確測量,測量誤差在0.1%以內(nèi)。
【部分圖文】：

圖1給出了采用超聲法測量滾動軸承保持架轉(zhuǎn)速的實驗原理圖。超聲探頭以一定的脈沖重復頻率發(fā)射超聲波脈沖；選用和鋼的聲阻抗接近的耦合劑，這樣超聲波從探頭通過耦合劑入射進軸承外圈的總反射率比較小。在實際工況中，滾動軸承的滾子和滾道之間存在潤滑油或潤滑脂，由于滾動軸承的潤滑油膜很薄，遠小于入射超聲波波長，借鑒彈簧模型測量油膜厚度的方法[18]，此時超聲波在這3種介質(zhì)中傳播的反射系數(shù)為

圖2給出了超聲波在軸承外圈的傳播模型，T1和B1是超聲探頭發(fā)射的兩個超聲波信號。滾動軸承實際運轉(zhuǎn)過程中，滾子會以一定的頻率經(jīng)過超聲探頭下方，當滾子經(jīng)過超聲探頭正下方的位置時，超聲反射波T2即為鋼油鋼接觸界面的反射波；當滾子沒有到達該位置時，反射波B2為鋼油空氣界面的反射波。由式（1）以及鋼、油、空氣的聲阻抗計算可知，超聲波在鋼油空氣界面的反射率（接近1）大于在鋼油鋼界面的反射率（0.5～0.9）。所以，當無滾子滾過超聲探頭正下方時，反射回波B2的幅值大于有滾子滾過時反射回波T2的幅值，則在滾子經(jīng)過探頭正下方超聲波聚焦區(qū)域的過程中，所得到的超聲反射波的信號幅值先下降后升高，呈缺口狀、凹坑狀。本文采用聲波發(fā)射收發(fā)一體化、中心頻率為10MHz的超聲探頭OLYMPUS XMS-310-B，超聲脈沖重復頻率為5kHz，實驗軸承為圓柱滾子軸承N2204，載荷為5kN，內(nèi)圈轉(zhuǎn)速為190r/min，外圈固定，采集1 000段超聲脈沖的反射回波信號數(shù)據(jù)，圖3給出了含有凹坑特征的原始信號。

本文采用聲波發(fā)射收發(fā)一體化、中心頻率為10MHz的超聲探頭OLYMPUS XMS-310-B，超聲脈沖重復頻率為5kHz，實驗軸承為圓柱滾子軸承N2204，載荷為5kN，內(nèi)圈轉(zhuǎn)速為190r/min，外圈固定，采集1 000段超聲脈沖的反射回波信號數(shù)據(jù)，圖3給出了含有凹坑特征的原始信號。采用超聲法測量滾動軸承保持架轉(zhuǎn)速可以看做是使用一定超聲脈沖重復頻率的超聲波去采集、記錄滾子經(jīng)過超聲探頭正下方的信號現(xiàn)象，則超聲脈沖重復頻率越高，可測轉(zhuǎn)速上限越高[19]。
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本文編號：2837794