专利名称：滚动轴承振动位移的激光测量方法
技术领域：
本发明涉及机械振动测量，具体涉及一种滚动轴承振动位移的激光测量方法。
背景技术：
轴承振动测量一般有速度型和加速度型测量方法两种，原理分别是用磁性速度测量传感和压电晶体加速度传感。但无论如何，都需要拾振器和轴承外表面接触，并保持一定的结合程度，也即一定刚度，以提高系统的频响。其存在的问题是机械型的拾振器频率响应不可能太高，而传感器的接触式安装方式也造成测量系统的不稳定。为了改进系统频率响应不高的缺点，曾经出现了传感器的磁吸式装卡方式，但是系统复杂，拆装不便，应用较为困难，而且还需要增加一道退磁的过程。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供无接触式的一种滚动轴承振动位移的激光测量方法，它克服了现有技术中的不足。
本发明采用的技术方案是将被测轴承安装在试验台的转轴上，利用激光器发出的激光经过被测轴承表面反射到达PSD位置传感器表面上，由PSD位置传感器给出光斑位置，由于被测轴承外圈所受轴向力的作用，被测轴承内圈和转轴可视为一刚体，当转轴转动时，轴承内圈、外圈和滚动体存在的缺陷引起振动，利用反射激光在PSD位置传感器上的位置，反映出被测轴承表面某一点振动的位移s。
调整激光器的入射角θ/2和PSD位置传感器)的入射角π/2-β，使激光对被测轴承表面的入射角θ/2在15°以内，通过调整接收激光对PSD位置传感器表面的入射角β，使得接受激光范围处于PSD位置传感器的测量范围内。
所述的振动的位移s为 以初始位移为0点，s轴承测量点位移，θ两倍激光入射角，βπ/2-β-PSD位置传感器的入射角，SPSD位置传感器的测量位移；测量后取位移s的有效值作为测量评判指标。
本发明具有的有益的效果是1、避免接触式装卡方法中的不稳定现象，也即拾振器的刚度不稳定；无接触式测量方法的装卡较为简单，使用方便，精度容易保证，除了一般实验室测量以外，还可应用于轴承生产现场的质量控制和在线检测；2、使得被测轴承振动的速度测量和加速度测量相互统一的方法基础，也即位移测量；将位移对时间进行一次差分和二次差分(或者微分，可以采用模拟电路以提高速度)，将会分别得到振动的速度值和加速度值。
3、系统频率响应可以达到很高的程度(2MHz以上)，测量范围几乎可覆盖轴承所有频率的振动(在轴承测量标准规定的转速下)。
4、测量后取位移s的有效值作为测量评判指标。
本发明不仅适用于轴承振动行业，而且也适用于任何反光表面的振动情况的检测，如发动机或者机动车表面的振动情况。
图1是本发明的激光法测量径向轴承振动示意图；图2是本发明轴承振动激光测量法中测量的计算示意图。
图中1、激光器，2、转轴，3、径向轴承，4、推力装置，5、PSD位置传感器。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
利用反射激光的发散角较小的特性，在反射激光末端安置PSD位置传感器，测量振动过程中的微小位移。由于测量采样频率要远远大过轴承测量最高振动频率，最高振动频率由测量标准给出，所以测量的结果可以反映轴承振动的幅值和频率状况。
如图1、图2所示，本发明将被测轴承3安装在试验台(如s0910型轴承振动测量试验台)的转轴2上，由推力装置4从被测轴承3端面加载，使得被测径向轴承3的外圈和滚动体以及内圈和滚动体之间没有间隙，以体现轴承加工精度引起的振动情况，利用激光器1(如氦氖激光器)发出的激光经过被测轴承3表面的反射到达PSD位置传感器5上，由PSD位置传感器5给出光斑位置，由于被测轴承外圈所受轴向力的作用，被测轴承内圈和转轴2可视为一刚体，当转轴2转动时，被测轴承内圈、外圈和滚动体存在的缺陷引起振动，利用反射激光在PSD位置传感器5上的位置，反映出被测轴承3表面某一点振动的位移s。
调整激光器1的入射角θ/2和PSD位置传感器5的入射角π/2-β，使激光对被测轴承表面的入射角θ/2在15°以内，通过调整接收激光对PSD位置传感器5表面的入射角β，使得接受激光范围处于PSD位置传感器5的测量范围内。
所述的振动的位移s为 以初始位移为0点，s轴承测量点位移，θ两倍激光入射角，βπ/2-β-PSD位置传感器的入射角，SPSD位置传感器的测量位移；测量后取位移s的有效值作为测量评判指标。
从图1可以看出，这种测量方法实现了无接触式拾振，并且系统响应频率只取决于传感器的响应频率和信号系统的处理速度。
如图2所示，当被测轴承2的位置发生改变时，激光器1的发射激光所照射的表面位置也会有所改变，所以其入射角需要尽可能较小，这样才能够近似实现对某一点的测量。如图2所示，入射角为θ/2，反射激光对PSD位置传感器感光面的入射角为π/2-β，如果精度不够，可采用减小β的办法来加以提高。在PSD传感器的位移为S的情况下，可以得到被测轴承表面光斑点的位移s为s＝S[cos(β-θ)+tg(β-θ)tg-1(θ)]从以上公式可以看出，只要在一定的测量范围以内，即在一点附近的振动情况能够得到完全的和唯一的确定。并且由其位移可以得到其速度和加速度的振动情况。
测量采样频率应该超过振动最高频率的8倍以上，正式使用应在20倍以上，可保证测量数据的稳定性。在PSD位置传感器上的有效激光光斑直径应不超过PSD位置传感器测量范围的15％。
本发明不仅适用于轴承振动，同时也适用于表面微小振动情况的测量，如发动机或者机动车表面的振动情况。
上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种滚动轴承振动位移的激光测量方法，其特征在于将被测轴承(3)安装在试验台的转轴(2)上，利用激光器(1)发出的激光经过被测轴承(3)表面反射到达PSD位置传感器表面(5)上，由PSD位置传感器(5)给出光斑位置，由于被测轴承外圈所受轴向力的作用，被测轴承内圈和转轴(2)可视为一刚体，当转轴(2)转动时，轴承内圈、外圈和滚动体存在的缺陷引起振动，利用反射激光在PSD位置传感器(5)上的位置，反映出被测轴承(3)表面某一点振动的位移s。
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承振动位移的激光测量方法，其特征在于调整激光器(1)的入射角θ/2和PSD位置传感器(5)的入射角π/2-β，使激光对被测轴承表面的入射角θ/2在15°以内，通过调整接收激光对PSD位置传感器(5)表面的入射角β，使得接受激光范围处于PSD位置传感器(5)的测量范围内。
3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承振动位移的激光测量方法，其特征在于所述的振动的位移s为 以初始位移为0点，s轴承测量点位移，θ两倍激光入射角，βπ/2-β-PSD位置传感器的入射角，SPSD位置传感器的测量位移；测量后取位移s的有效值作为测量评判指标。
全文摘要
本发明公开了一种滚动轴承振动位移的激光测量方法。将被测轴承安装在试验台的转轴上，利用激光经过轴承表面反射到达PSD传感器表面上，由PSD位置传感器给出光斑位置，由于轴承外圈所受轴向力的作用，轴承内圈和主轴可视为一刚体，当转轴转动时，轴承内圈、外圈和滚动体存在的缺陷引起振动，利用反射激光在PSD位置传感器上的位置，反映出被测轴承表面某一点振动的位移s。本发明机构简单，原理明确，拾振效果远较其他类型的振动测试好，精度较高，并且对轴承系统振动本身的影响几乎可以忽略。对进一步提高轴承振动的测量精度和应用稳定性具有实用价值和较大的经济开发前景，并且适用于任何反光面的振动测量，如机动车表面的振动情况等。
文档编号G01H9/00GK1687720SQ20051004980
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月24日 优先权日2005年5月24日
发明者张建忠, 汪久根 申请人:浙江大学