一種軸承內(nèi)部載荷分布的測(cè)量方法及測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軸承領(lǐng)域，特別是涉及一種軸承內(nèi)部載荷分布的測(cè)量方法及測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是大兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸承和齒輪箱軸承的內(nèi)部，滾動(dòng)體在內(nèi)圈與外圈滾動(dòng)的同時(shí)承受載荷。正確了解滾動(dòng)體承受的載荷情況有助于提高包括軸承座等邊結(jié)構(gòu)的可靠性。與此同時(shí)，滾動(dòng)體一邊在外圈與內(nèi)圈滾道上滾動(dòng)，一邊承受載荷，所以軸承各零件反復(fù)受載荷沖擊，達(dá)到滾動(dòng)疲勞壽命。因此，滾動(dòng)體載荷對(duì)軸承壽命產(chǎn)生影響，要能準(zhǔn)確的計(jì)算軸承的使用壽命，必須也要了解軸承內(nèi)部滾動(dòng)體的載荷分布。
[0003]載荷分布的理論方面以軸承承受載荷狀態(tài)下外圈及內(nèi)圈不變形且軸承座也不變形為前提條件。但實(shí)際情況是由于結(jié)構(gòu)尺寸的制約、輕量化及維修要求，軸承座難以達(dá)到保證其不變形的厚度，其變形對(duì)軸承的影響不能忽視。此外，軸承的形狀以及加載的方法不同，變形量也各不相同。因?yàn)檩S承座的變形也影響外圈的變形，所以實(shí)際的軸承內(nèi)部載荷分布與理論有很大差異?？傮w來(lái)說(shuō)，當(dāng)軸承外圈有變形時(shí)，軸承的實(shí)際受載區(qū)會(huì)比理論小，滾動(dòng)體的最大接觸應(yīng)力會(huì)比理論的大。
[0004]傳統(tǒng)的軸承載荷分布測(cè)量方法有兩種，分別是軌跡法和光彈性法:
[0005]軌跡法是將滾動(dòng)體壓緊到軸承的滾道面生成的化學(xué)保護(hù)膜上，拆除滾動(dòng)體后隨著接觸部位保護(hù)膜的剝落，能夠觀察到接觸痕跡，也就是滾動(dòng)體的軌跡。根據(jù)其大小可以求出滾動(dòng)體載荷，但要注意軸承在組裝、拆除時(shí)容易損傷保護(hù)膜，此外，軌跡的讀取容易產(chǎn)生誤差。
[0006]光彈性法是在用透明的高分子材料制作的軸承模型上施加載荷，采用偏光照射，根據(jù)看到的明暗干涉條紋求出滾動(dòng)體載荷，因?yàn)樵摐y(cè)量方法需要使用模型，所以要與實(shí)物正確對(duì)應(yīng)。
[0007]上述兩種方法都不是直接測(cè)定滾動(dòng)體載荷，另外，這兩種方法都是軸承在靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)定，所以不能了解軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)整體的連續(xù)載荷分布情況。因此，一種實(shí)際測(cè)量軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)部載荷分布的方法是準(zhǔn)確計(jì)算軸承壽命的必要條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種軸承內(nèi)部載荷分布的測(cè)量方法及測(cè)量裝置，能夠直接測(cè)量軸承連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)體上的應(yīng)變變化情況，了解軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)整體的連續(xù)載荷分布情況，具有測(cè)量精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種軸承內(nèi)部載荷分布的測(cè)量方法，測(cè)量軸承在旋轉(zhuǎn)且受載的情況下的內(nèi)部載荷分布;在軸承的滾動(dòng)體上安裝一個(gè)光纖傳感器，通過(guò)光纖傳感器采集滾動(dòng)體在受載后的形變信息，并通過(guò)光纖傳感器的光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)給應(yīng)變分析器;在軸承的保持架上安裝保持架轉(zhuǎn)速傳感器，應(yīng)變分析器將保持架轉(zhuǎn)速信息處理成滾動(dòng)體的位置信息，并結(jié)合滾動(dòng)體的形變信息確定載荷分布情況。
[0011 ] 進(jìn)一步地，在滾動(dòng)體軸心開設(shè)一個(gè)孔洞，所述光纖傳感器固定在所述孔洞內(nèi)。
[0012]進(jìn)一步地，所述光導(dǎo)纖維經(jīng)過(guò)中間傳遞部件與應(yīng)變分析器連接，所述中間傳遞部件用于將轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)化為靜止輸出的光導(dǎo)纖維。
[0013]進(jìn)一步地，所述方法基于下述部件:軸承、光纖傳感器、自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭、連接管、公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭、公轉(zhuǎn)用夾具、保持架轉(zhuǎn)速傳感器、中央處理器、主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、公轉(zhuǎn)夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)、應(yīng)變分析器、主軸、軸承座;所述方法具體包括安裝步驟A和實(shí)施步驟B，其中:安裝步驟A包括:將一個(gè)光纖傳感器固定在軸承的滾動(dòng)體軸心開設(shè)的孔洞中；將安裝有光纖傳感器的軸承安裝到主軸上，將軸承座安裝到軸承上，將連接管的一端與安裝有光纖傳感器的滾動(dòng)體的孔洞粘接，使?jié)L動(dòng)體自轉(zhuǎn)的同時(shí)能夠驅(qū)動(dòng)連接管同步自轉(zhuǎn)，將連接管的另一端與自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭的一端連接，自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭另一端與公轉(zhuǎn)用夾具固定連接，將光纖傳感器的光導(dǎo)纖維穿過(guò)連接管和自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭;將公轉(zhuǎn)用夾具與軸承同軸安裝，將公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭安裝在公轉(zhuǎn)用夾具上，從自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭出來(lái)的光導(dǎo)纖維穿過(guò)公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭后與應(yīng)變分析器連接;公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭與自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭均能將轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)化為靜止輸出的光導(dǎo)纖維;在軸承的保持架上安裝保持架轉(zhuǎn)速傳感器，將保持架轉(zhuǎn)速傳感器與中央處理器連接，將中央處理器分別與主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、公轉(zhuǎn)用夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)、應(yīng)變分析器連接;實(shí)施步驟B包括:在軸承座上施加一定的載荷F，載荷F經(jīng)過(guò)軸承座的傳導(dǎo)，最終作用在軸承的外圈上，進(jìn)而作用在軸承的滾動(dòng)體上;通過(guò)中央處理器對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出動(dòng)作指令，使主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn);軸承旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，保持架轉(zhuǎn)速傳感器將保持架的轉(zhuǎn)速信息傳遞給中央處理器，中央處理器根據(jù)得到的保持架轉(zhuǎn)速信息對(duì)公轉(zhuǎn)夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出同樣轉(zhuǎn)速的動(dòng)作指令，實(shí)現(xiàn)公轉(zhuǎn)用夾具與軸承的滾動(dòng)體同步公轉(zhuǎn);軸承的滾動(dòng)體在受載后的形變信息通過(guò)設(shè)置在滾動(dòng)體的孔洞內(nèi)的光纖傳感器采集得到，并且通過(guò)光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到應(yīng)變分析器中；應(yīng)變分析器將中央處理器傳遞的保持架轉(zhuǎn)速信息處理成軸承的滾動(dòng)體的絕對(duì)位置信息，同時(shí)將此時(shí)測(cè)量的滾動(dòng)體的應(yīng)變信息記錄下來(lái)，生成載荷分布信息。
[0014]一種軸承內(nèi)部載荷分布的測(cè)量裝置，包括軸承、光纖傳感器、主軸、軸承座、保持架轉(zhuǎn)速傳感器、中央處理器、主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)、應(yīng)變分析器;所述軸承安裝在主軸上，軸承座安裝在軸承上;所述光纖傳感器固定在軸承的滾動(dòng)體上，所述光纖傳感器的光導(dǎo)纖維與應(yīng)變分析器連接;所述保持架轉(zhuǎn)速傳感器安裝在軸承的保持架上，所述保持架轉(zhuǎn)速傳感器與中央處理器、應(yīng)變分析器依次連接;所述主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與中央處理器和主軸連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述軸承的滾動(dòng)體的軸心開有孔洞，所述光纖傳感器固定在所述孔洞內(nèi)。
[0016]進(jìn)一步地，還包括公轉(zhuǎn)用夾具、自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭、公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭、公轉(zhuǎn)用夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī);所述公轉(zhuǎn)用夾具與軸承同軸安裝，自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭和公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭安裝在公轉(zhuǎn)用夾具上；公轉(zhuǎn)用夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與中央處理器及公轉(zhuǎn)用夾具連接;所述光纖傳感器的光導(dǎo)纖維，依次穿過(guò)自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭和公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭后與應(yīng)變分析器連接，所述自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭由軸承的滾動(dòng)體帶動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)，所述自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭和公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭用于將轉(zhuǎn)動(dòng)輸入的光導(dǎo)纖維轉(zhuǎn)化為靜止輸出的光導(dǎo)纖維。
[0017]進(jìn)一步地，還包括連接管，所述連接管的一端連接軸承的滾動(dòng)體且與所述孔洞連通，連接管的另一端連接自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭;通過(guò)所述連接管，使自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭與軸承的滾動(dòng)體同步旋轉(zhuǎn)。
[0018]進(jìn)一步地，所述連接管為橡膠軟管。
[0019]進(jìn)一步地，所述光纖傳感器通過(guò)固態(tài)膠固定在所述孔洞內(nèi)。
[0020]本發(fā)明所涉及的軸承內(nèi)部載荷分布的測(cè)量方法及測(cè)量裝置能夠測(cè)量軸承連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)體上的應(yīng)變變化情況，能夠觀測(cè)包括軸承承載區(qū)范圍的滾動(dòng)體載荷分布，是離散分布中不能明顯顯示的應(yīng)變分布，這為新軸承的設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為軸承的計(jì)算提供了實(shí)際情況(軸承周邊結(jié)構(gòu)的剛度、軸承的實(shí)際變形)的修正系數(shù)的參考，為軸承在使用過(guò)程中提供了更準(zhǔn)確的可靠性的參考;尤其適用于對(duì)軸承要求較高的領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0021]上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]圖1是軸承結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是安裝有光纖維傳感器的滾動(dòng)體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的測(cè)量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是測(cè)量方法中載荷施加示意圖；
[0026]圖5是滾動(dòng)體在載荷作用下的應(yīng)變圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1
[0028]本發(fā)明的軸承內(nèi)部載荷分布測(cè)量方法，主要是測(cè)量軸承在旋轉(zhuǎn)且受載的情況下的內(nèi)部載荷分布;在軸承的滾動(dòng)體上安裝一個(gè)光纖傳感器，通過(guò)光纖傳感器采集滾動(dòng)體在受載后的形變信息，并通過(guò)光纖傳感器的光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)給應(yīng)變分析器;在軸承的保持架上安裝保持架轉(zhuǎn)速傳感器，應(yīng)變分析器將保持架轉(zhuǎn)速信息處理成滾動(dòng)體的位置信息，并結(jié)合滾動(dòng)體的形變信息確定載荷分布情況。上述測(cè)量方法通過(guò)在軸承旋轉(zhuǎn)且受載的情況下，在軸承的滾動(dòng)體安裝一個(gè)光纖傳感器，通過(guò)滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)及公轉(zhuǎn)，能夠全方位測(cè)量軸承內(nèi)部360°的載荷分布情況，測(cè)量效果更好，而且還能夠根據(jù)需要時(shí)時(shí)改變某一條件(例如載荷大小、轉(zhuǎn)速高低等)完成對(duì)比試驗(yàn)，更有利于研發(fā)需要。
[0029]配合圖1-3所示，上述方法基于下述部件:軸承1、光纖傳感器2、自轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭3、橡膠軟管4、公轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)接頭5、公轉(zhuǎn)用夾具6、保持架轉(zhuǎn)速傳感器7、中央處理器8、主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)9、公轉(zhuǎn)夾具驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、應(yīng)變分析器11、主軸12、軸承座13。
[0030]上述方法具體包括安裝步驟和實(shí)施步驟，其中:
[0031]配合圖1、2所示，本發(fā)明所涉及的軸承I的滾動(dòng)體1-1軸心上開有孔洞(可為貫通孔或非貫通孔)，光纖傳感器2能夠正好的安裝在孔洞中，將光纖傳感器2安放到滾動(dòng)體1-1的孔洞中后，用固態(tài)膠2-2將滾動(dòng)體1-1的孔洞完全填充，在填充的過(guò)程中一定要均勻，不能留有氣泡，否則會(huì)影響光纖傳感器2的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，與此同時(shí)，要注意填充過(guò)程中不能過(guò)度擠壓光導(dǎo)纖維2-1，否則會(huì)影響光纖傳感器2的通訊。
[0032]配合圖3所示，將安裝有光纖傳感器2的軸承I安裝到主軸12上，將軸承座13安裝到軸承I上，將橡膠軟管4 一端與安裝有光纖傳感