滾動軸承振動位移的雷射測量方法
2023-05-31 00:37:11
專利名稱：滾動軸承振動位移的雷射測量方法
技術領域：
本發明涉及機械振動測量，具體涉及一種滾動軸承振動位移的雷射測量方法。
背景技術：
軸承振動測量一般有速度型和加速度型測量方法兩種，原理分別是用磁性速度測量傳感和壓電晶體加速度傳感。但無論如何，都需要拾振器和軸承外表面接觸，並保持一定的結合程度，也即一定剛度，以提高系統的頻響。其存在的問題是機械型的拾振器頻率響應不可能太高，而傳感器的接觸式安裝方式也造成測量系統的不穩定。為了改進系統頻率響應不高的缺點，曾經出現了傳感器的磁吸式裝卡方式，但是系統複雜，拆裝不便，應用較為困難，而且還需要增加一道退磁的過程。
發明內容
為此，本發明的目的在於提供無接觸式的一種滾動軸承振動位移的雷射測量方法，它克服了現有技術中的不足。
本發明採用的技術方案是將被測軸承安裝在試驗臺的轉軸上，利用雷射器發出的雷射經過被測軸承表面反射到達PSD位置傳感器表面上，由PSD位置傳感器給出光斑位置，由於被測軸承外圈所受軸向力的作用，被測軸承內圈和轉軸可視為一剛體，當轉軸轉動時，軸承內圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射雷射在PSD位置傳感器上的位置，反映出被測軸承表面某一點振動的位移s。
調整雷射器的入射角θ/2和PSD位置傳感器)的入射角π/2-β，使雷射對被測軸承表面的入射角θ/2在15°以內，通過調整接收雷射對PSD位置傳感器表面的入射角β，使得接受雷射範圍處於PSD位置傳感器的測量範圍內。
所述的振動的位移s為 以初始位移為0點，s軸承測量點位移，θ兩倍雷射入射角，βπ/2-β-PSD位置傳感器的入射角，SPSD位置傳感器的測量位移；測量後取位移s的有效值作為測量評判指標。
本發明具有的有益的效果是1、避免接觸式裝卡方法中的不穩定現象，也即拾振器的剛度不穩定；無接觸式測量方法的裝卡較為簡單，使用方便，精度容易保證，除了一般實驗室測量以外，還可應用於軸承生產現場的質量控制和在線檢測；2、使得被測軸承振動的速度測量和加速度測量相互統一的方法基礎，也即位移測量；將位移對時間進行一次差分和二次差分(或者微分，可以採用模擬電路以提高速度)，將會分別得到振動的速度值和加速度值。
3、系統頻率響應可以達到很高的程度(2MHz以上)，測量範圍幾乎可覆蓋軸承所有頻率的振動(在軸承測量標準規定的轉速下)。
4、測量後取位移s的有效值作為測量評判指標。
本發明不僅適用於軸承振動行業，而且也適用於任何反光表面的振動情況的檢測，如發動機或者機動車表面的振動情況。
圖1是本發明的雷射法測量徑向軸承振動示意圖；圖2是本發明軸承振動雷射測量法中測量的計算示意圖。
圖中1、雷射器，2、轉軸，3、徑向軸承，4、推力裝置，5、PSD位置傳感器。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
利用反射雷射的發散角較小的特性，在反射雷射末端安置PSD位置傳感器，測量振動過程中的微小位移。由於測量採樣頻率要遠遠大過軸承測量最高振動頻率，最高振動頻率由測量標準給出，所以測量的結果可以反映軸承振動的幅值和頻率狀況。
如圖1、圖2所示，本發明將被測軸承3安裝在試驗臺(如s0910型軸承振動測量試驗臺)的轉軸2上，由推力裝置4從被測軸承3端面加載，使得被測徑向軸承3的外圈和滾動體以及內圈和滾動體之間沒有間隙，以體現軸承加工精度引起的振動情況，利用雷射器1(如氦氖雷射器)發出的雷射經過被測軸承3表面的反射到達PSD位置傳感器5上，由PSD位置傳感器5給出光斑位置，由於被測軸承外圈所受軸向力的作用，被測軸承內圈和轉軸2可視為一剛體，當轉軸2轉動時，被測軸承內圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射雷射在PSD位置傳感器5上的位置，反映出被測軸承3表面某一點振動的位移s。
調整雷射器1的入射角θ/2和PSD位置傳感器5的入射角π/2-β，使雷射對被測軸承表面的入射角θ/2在15°以內，通過調整接收雷射對PSD位置傳感器5表面的入射角β，使得接受雷射範圍處於PSD位置傳感器5的測量範圍內。
所述的振動的位移s為 以初始位移為0點，s軸承測量點位移，θ兩倍雷射入射角，βπ/2-β-PSD位置傳感器的入射角，SPSD位置傳感器的測量位移；測量後取位移s的有效值作為測量評判指標。
從圖1可以看出，這種測量方法實現了無接觸式拾振，並且系統響應頻率只取決於傳感器的響應頻率和信號系統的處理速度。
如圖2所示，當被測軸承2的位置發生改變時，雷射器1的發射雷射所照射的表面位置也會有所改變，所以其入射角需要儘可能較小，這樣才能夠近似實現對某一點的測量。如圖2所示，入射角為θ/2，反射雷射對PSD位置傳感器感光面的入射角為π/2-β，如果精度不夠，可採用減小β的辦法來加以提高。在PSD傳感器的位移為S的情況下，可以得到被測軸承表面光斑點的位移s為s＝S[cos(β-θ)+tg(β-θ)tg-1(θ)]從以上公式可以看出，只要在一定的測量範圍以內，即在一點附近的振動情況能夠得到完全的和唯一的確定。並且由其位移可以得到其速度和加速度的振動情況。
測量採樣頻率應該超過振動最高頻率的8倍以上，正式使用應在20倍以上，可保證測量數據的穩定性。在PSD位置傳感器上的有效雷射光斑直徑應不超過PSD位置傳感器測量範圍的15％。
本發明不僅適用於軸承振動，同時也適用於表面微小振動情況的測量，如發動機或者機動車表面的振動情況。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種滾動軸承振動位移的雷射測量方法，其特徵在於將被測軸承(3)安裝在試驗臺的轉軸(2)上，利用雷射器(1)發出的雷射經過被測軸承(3)表面反射到達PSD位置傳感器表面(5)上，由PSD位置傳感器(5)給出光斑位置，由於被測軸承外圈所受軸向力的作用，被測軸承內圈和轉軸(2)可視為一剛體，當轉軸(2)轉動時，軸承內圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射雷射在PSD位置傳感器(5)上的位置，反映出被測軸承(3)表面某一點振動的位移s。
2.根據權利要求1所述的一種滾動軸承振動位移的雷射測量方法，其特徵在於調整雷射器(1)的入射角θ/2和PSD位置傳感器(5)的入射角π/2-β，使雷射對被測軸承表面的入射角θ/2在15°以內，通過調整接收雷射對PSD位置傳感器(5)表面的入射角β，使得接受雷射範圍處於PSD位置傳感器(5)的測量範圍內。
3.根據權利要求1所述的一種滾動軸承振動位移的雷射測量方法，其特徵在於所述的振動的位移s為 以初始位移為0點，s軸承測量點位移，θ兩倍雷射入射角，βπ/2-β-PSD位置傳感器的入射角，SPSD位置傳感器的測量位移；測量後取位移s的有效值作為測量評判指標。
全文摘要
本發明公開了一種滾動軸承振動位移的雷射測量方法。將被測軸承安裝在試驗臺的轉軸上，利用雷射經過軸承表面反射到達PSD傳感器表面上，由PSD位置傳感器給出光斑位置，由於軸承外圈所受軸向力的作用，軸承內圈和主軸可視為一剛體，當轉軸轉動時，軸承內圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射雷射在PSD位置傳感器上的位置，反映出被測軸承表面某一點振動的位移s。本發明機構簡單，原理明確，拾振效果遠較其他類型的振動測試好，精度較高，並且對軸承系統振動本身的影響幾乎可以忽略。對進一步提高軸承振動的測量精度和應用穩定性具有實用價值和較大的經濟開發前景，並且適用於任何反光面的振動測量，如機動車表面的振動情況等。
文檔編號G01H9/00GK1687720SQ20051004980
公開日2005年10月26日 申請日期2005年5月24日 優先權日2005年5月24日
發明者張建忠, 汪久根 申請人:浙江大學