一种航空轴承滚动体实时打滑率监测方法与流程

本发明涉及航空轴承领域，具体涉及航空轴承滚动体实时打滑率监测方法。

背景技术

航空轴承具有高转速及受载复杂的特点。由于其工作的特殊性，轴承的失效模式也呈现一定的特殊性。一旦轴承失效，则意味着轴承的寿命终止。航空轴承在运行的过程中，正常情况下，滚动体在内外圈之间是滚动接触。一旦，滚动体滑动，由于滚动会引起轴承内外圈磨伤以及磨损，致使轴承失效。现有的滚动体打滑率测量技术，通过测量轴承保持架的转速来体现滑差率，以保持架的滑差率来体现滚动体的打滑率，所采取的方法为在保持架上腐蚀出测试点，通过光纤测速来测量保持架的转速，此种方法破坏了轴承的结构，导致影响轴承运行的可靠性及稳定性。为此，亟需提出一种实用并且推广性能较好的轴承滚动体打滑率监测方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术为在保持架上腐蚀出测试点，破坏了轴承的结构，导致轴承运行稳定性差的缺点，而提出一种航空轴承滚动体实时打滑率监测方法。

一种航空轴承滚动体实时打滑率监测方法包括以下步骤：

步骤一：将应变计安装在滚动轴承外圈外表面的任意位置，通过数据采集卡采集轴承滚动体的应变信号；

步骤二：将步骤一获得的应变信号进行快速傅里叶变换；

步骤三：根据步骤二进行快速傅里叶变换后的应变信号，计算轴承滚动体的打滑率，若打滑率为0，则轴承无故障；否则，轴承故障。

所述步骤一中将应变计安装在滚动轴承外圈外表面的任意位置，通过数据采集卡采集轴承滚动体的应变信号的具体过程为：

应变信号通过信号传输线传输到四分之一桥路，四分之一桥路对应变信号进行转化，数据采集卡采集四分之一桥路转化后的应变信号。

所述信号传输线经过轴承座上的通孔。

所述步骤一中数据采集卡采集轴承滚动体的应变信号的表达式为：

其中ε为采集卡采集轴承滚动体的应变信号，δr为应变计的应变变化，k0应变计的灵敏度系数，r为应变计的原始长度。

所述步骤三中根据步骤二进行快速傅里叶变换后的应变信号，计算轴承滚动体的打滑率的具体过程为：

其中fft(ε)为快速傅里叶变换后的应变信号，a为滚动体的理论滚动频率，b为轴承滚动体的打滑率。

本发明的有益效果为：

本发明提出一种滚动体实时打滑率在线监测方法，包括，确定所述的滚动体打滑率传递函数，所述传递函数反映滚动体经航空轴承外圈同一点时，其外圈应变的响应信号与滚动体打滑率之间的函数关系，所述响应信号反映轴承滚动体经外圈同一点时，其滚动体的瞬时运动状态；根据所述的传递函数及所述的响应信号，获得轴承滚动体的实时打滑率。

本发明实时获取响应信号，然后根据响应信号和传递函数来获取轴承滚动体的实时打滑率。一方面，本发明方法中，响应信号可通过安装与响应部位的检测原件获得，而响应部位可以选取轴承外圈上任一点，安装灵活性大，具有较好的通用性和实用性；另一方面，本发明方法可在不破坏轴承结构的同时，测量滚动体实时的打滑率；此外，本发明方法中，轴承运行时，响应信号来源于轴承的真实工况，能够保证获得的滚动体打滑率的真实性以及准确性。本发明航空轴承的滚动体打滑率识别准确性为95％以上。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是本发明滚动体打滑率监测装示意图；

图3是检测单元检测原理图；

图4是计算单元计算原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种航空轴承滚动体实时打滑率监测方法包括以下步骤：

步骤一：将应变计安装在滚动轴承外圈外表面的任意位置，通过数据采集卡采集轴承滚动体的应变信号；

步骤二：将步骤一获得的应变信号进行快速傅里叶变换；

步骤三：根据步骤二进行快速傅里叶变换后的应变信号，计算轴承滚动体的打滑率，若打滑率为0，则轴承无故障；否则，轴承故障。

本发明在运行过程中，实时获取轴承外圈的响应信号，如图2所示；

将应变计l安装在滚动轴承s的任意位置，信号传输线p经过轴承座q上的通孔h，检测单元通过信号传输线p检测轴承s的滚动体经过轴承外圈任一点的应变信号，检测单元将应变信号传输到计算单元中，获取应变信号。

其中，响应信号为应变信号，能够反映轴承外圈的应变。响应信号可以在轴承外圈的任意部位测得。相应地，检测单元的数据采集过程如附图3所示。响应信号经信号传输线p传输，经四分之一桥路对应变信号进行转化，然后经数据采集卡采集应变信号。

航空轴承滚动体监测方法中的计算单元，如图4所示。响应信号经检测单元传输到计算单元，对响应信号进行快速傅里叶变换，用于提取频域特征，将频域特征与滚动体理论频域比对，如出现打滑率则鉴定航空轴承出现故障，如比对结果为轴承无打滑率，则航空轴承无故障；

所述的响应信号的检测单元，用于对轴承外圈产生的应变进行采集、收集并传输到计算单元；

所述的计算单元，用于对检测单元传输的响应信号，依据传递函数进行计算，确定航空轴承滚动体的打滑率。

确定传递函数。

确定轴承滚动体的传递函数时，首先，采用理论公式分析的方式。

其中，δr为应变计的应变变化，k0应变计的灵敏度系数，r为应变计的原始长度。

对应变信号进行快速傅里叶变换，以获取滚动体打滑率，公式如下：

其中，fft(ε)为应变信号的快速傅里叶变换，a为滚动体的理论滚动频率。

所述的传递函数反映轴承的滚动体打滑率与响应信号之间的函数关系，所述传递函数可反映轴承滚动体滑过还是滚过轴承外圈的实时运行情况。在运行工况下，实时获取所述的轴承外圈的响应信号。根据所述的传递函数及响应信号，实时获取滚动体的打滑率。响应信号反映轴承外圈受到滚动体冲击时的应变情况。

依据轴承滚动体在运行过程中，滑动及滚动经过轴承外圈同一点时间差异性特征，致使轴承外圈产生不同的应变，导致响应信号具有一定的差异性，将响应信号进行频域变换，确定滚动体的运动情况，获得所述的航空轴承滚动体打滑率；

通过在轴承外圈的任一点安装应变计，感应轴承滚动体经过外圈时，其外圈产生的应变信号；

应变计可安装于航空轴承外圈上任意位置，直接与检测单元连接，并通过计算单元获得所述的滚动体打滑率。

在航空轴承的轴承座上开通孔，将应变计产生的信号借助信号传输线通过此孔与检测单元连接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中将应变计安装在滚动轴承外圈外表面的任意位置，通过数据采集卡采集轴承滚动体的应变信号的具体过程为：

应变信号通过信号传输线传输到四分之一桥路，四分之一桥路对应变信号进行转化，数据采集卡采集四分之一桥路转化后的应变信号。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述信号传输线经过轴承座上的通孔。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤一中数据采集卡采集轴承滚动体的应变信号的表达式为：

其中ε为采集卡采集轴承滚动体的应变信号，δr为应变计的应变变化，k0应变计的灵敏度系数，r为应变计的原始长度。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤三中根据步骤二进行快速傅里叶变换后的应变信号，计算轴承滚动体的打滑率的具体过程为：

其中fft(ε)为快速傅里叶变换后的应变信号，a为滚动体的理论滚动频率，b为轴承滚动体的打滑率。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。