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1、(10)申请公布号 CN 102301149 A (43)申请公布日 2011.12.28 CN 102301149 A *CN102301149A* (21)申请号 200980155582.8 (22)申请日 2009.01.28 F16C 33/66(2006.01) F16C 19/52(2006.01) (71)申请人 SKF 公司 地址 瑞典哥德堡 (72)发明人 A. 干基 J. J. 霍尔斯尼德斯 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 葛飞 (54) 发明名称 润滑条件监测 (57) 摘要 本发明涉及油润滑滚动元件轴承中决定表示 润滑条件的润滑参数的方。
2、法。该方法包括测量该 轴承的滚动接触表面之间粗糙面接触产生的高频 结构传送的声发射， 以提供测量信号。然后， 从该 测量信号提取发射声能， 并且由声能决定润滑参 数。该决定基于发射声能和该润滑参数之间的幂 律关系。 (85)PCT申请进入国家阶段日 2011.07.28 (86)PCT申请的申请数据 PCT/EP2009/000536 2009.01.28 (87)PCT申请的公布数据 WO2010/085971 EN 2010.08.05 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 9 页 附图 4 页 CN 1023011。
3、60 A1/1 页 2 1. 一种在油润滑滚动元件轴承中决定表示润滑条件的润滑参数的方法， 包括如下步 骤 ： 测量与该轴承的滚动接触表面 (25s、 26、 27) 之间粗糙面接触相关的高频结构传送的 声发射， 以提供测量信号 ； 从该测量信号提取发射声能 ； 根据发射声能和该润滑参数之间的幂律关系， 由该发射声能决定该润滑参数。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其中该决定步骤中所用的该幂律关系表示为 ： E(c) Bcx， 其中 E 是该测量信号 ( 伏特 ) 中的该声能 c 是润滑条件参数 ( 无量纲 ) B 是比例因数 ( 无量纲常数 ) x 是比例指数 ( 无量纲常数 )。 3。
4、. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其中该决定的润滑参数是该轴承的该滚动接触表 面 (25s、 26、 27) 之间油膜的特定膜厚度 ()。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其中该决定的润滑参数是该油膜的粘度比 ()。 5. 根据权利要求 3 所述的方法， 其中该特定膜厚度基于如下关系式决定 ： E() B*-0.36， 其中 E 是该测量信号 ( 伏特 ) 中的该声能， 是该特定膜厚度 ( 无量纲 )， B 是该比例因数 ( 无量纲常数 )。 6. 根据权利要求 4 所述的方法， 其中该粘度比基于下面的关系式决定 ： E() B*-0.47， 其中 E 是传感信号 ( 。
5、伏特 ) 中的该发射声能， 是该粘度比， B 是该比例因数。 7. 根据权利要求 2 至 6 任一所述的方法， 其中该方法包括测量轴承旋转速度和采用该 测量的旋转速度作为输入参数估算用于决定润滑参数的关系式中的比例因数的步骤。 8. 根据权利要求 2 至 7 任一所述的方法， 其中该方法包括测量轴承负荷和采用该测量 的轴承负荷作为输入参数估算用于决定润滑参数的关系式中的比例因数的步骤。 9. 根据前述权利要求任何一项所述的方法， 其中该方法包括当该决定的润滑参数降至 预定的限度下时发出警报信号的步骤。 10. 根据前述权利要求任何一项所述的方法， 其中该提取步骤包括在 250-700KHz 的。
6、频 率范围内从该声发射提取该发射声能。 11. 根据前述权利要求任何一项所述的方法， 该测量步骤采用声发射传感器 (18) 执 行， 该声发射传感器 (18) 安装在轴承内环 (12)、 轴承外环 (14) 或者安装该轴承的壳体 (11) 之一上。 12. 一种润滑条件监测装置 (28、 29)， 适合于执行权利要求 1 至 11 任何一项所述的方 法。 13. 一种油润滑系统， 包括根据权利要求 12 所述的润滑条件监测装置。 权 利 要 求 书 CN 102301149 A CN 102301160 A1/9 页 3 润滑条件监测 技术领域 0001 本发明涉及一种用于通过测量结构传送的声。
7、发射监测在油润滑滚动元件轴承中 的润滑条件的方法。 背景技术 0002 为了使滚动元件轴承以可靠的方式运行， 它们必须充分润滑。润滑剂的主要用途 是防止滚动元件、 滚道和保持架之间的金属接触， 因此防止轴承的磨损。 润滑剂还用于保护 轴承表面免受腐蚀。因此， 重要的是为每个个体轴承应用选择适当的润滑剂和适当的润滑 方法以及合适的维护程序。 0003 在一个轴承或多个轴承的润滑需要补充或更换的应用中， 这可根据轴承制造者或 者用于轴承的润滑系统的供应商规定的润滑间隔进行。大量的安全因素构成该规定的间 隔， 但是， 例如在极端的污染物进入循环润滑剂时， 规定的间隔可能太短。 在其它情况下， 规 定。
8、的间隔可能过长， 导致更换了仍然具有相当大使用寿命的润滑剂。 0004 在通过循环润滑系统润滑的大型机械中的轴承的情况下， 例如， 定期取循环油的 样本以决定何时油需要被更换。做出这种决定的一种方式是测量该油样的介电常数。已经 发现油的介电常数随着油降级和受到污染而改变。 并且， 当油降级时， 它失去了在轴承中有 效分开滚动接触表面的能力。 0005 涉及取油样决定实际润滑条件的方法具有缺点。它必然妨碍润滑系统， 并且润滑 剂不能连续监测。此外， 轴承润滑条件的变坏不需要归因于润滑剂条件的变坏。例如， 如果 油过滤器变得堵塞， 轴承会经受因缺油而磨损的润滑条件， 仅仅是因为油供给被中断。因 此。
9、， 监测润滑条件是有利的。 0006 在一个监测轴承润滑条件的已知方法中， 通过测量轴承内环和外环之间的电容来 测量滚动元件和轴承滚道之间的润滑剂膜厚度。 一个这样的系统是SKF的LubCheck(TM)系 统。在该方法中， 轴承必须与电接地电绝缘， 即与其中安装轴承的机器框架电绝缘。因此， 这样的系统主要适合于轴承的实验室试验。再者， 该测量方法妨碍正常的轴承运行。 0007 估算润滑剂膜厚度的另一种方式是从轴承中的油层测量超声波反射。 假设已知油 的特性， 则油膜厚度可从反射值计算。再者， 这是干扰性方法， 对轴承的运行是有害的。 0008 因此， 需要监测轴承中润滑条件的方法， 其适合于。
10、集成在工业环境中， 并且可在线 实施， 而不影响轴承的正常运行。 发明内容 0009 本发明提供通过决定表示润滑条件的润滑参数监测油润滑滚动元件轴承的润滑 条件的方法。在第一步骤中， 测量高频结构传送的声发射 (AE)。作为轴承的滚动接触表面 之间的粗糙面接触的结果产生测量的声发射， 并且提供测量的信号。 在第二步骤中， 从测量 的信号提取发射的声能。 在第三步骤中， 在声能和润滑参数之间的幂律关系的基础上， 从发 射的声能决定润滑参数。 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A2/9 页 4 0010 该关系可表示为 ： 0011 E(c) Bcx， 其中 00。
11、12 E 是在传感的信号 伏特 中的发射声能 0013 C 是润滑条件参数 无量纲 0014 B 是比例因数 无量纲常数 0015 x 是已知的比例指数 无量纲常数 。 0016 因此， 通过监测和量化轴承中产生的声发射水平， 能够监测和量化润滑条件。 0017 本发明还限定了设置为执行本发明方法的润滑条件监测装置， 该装置包括 ： 0018 声发射传感器， 适合于安装到轴承内环、 轴承外环或安装轴承的壳体之一 ； 0019 信号处理装置， 适合于从声发射传感器测量的声发射信号提取所发射声能， 并且 在所发射声能和润滑参数之间的幂律关系的基础上决定润滑参数。 0020 在本发明的一个实施例中，。
12、 用于表示润滑条件的润滑条件参数特定膜厚度 。该 参数通过结合滚动接触表面的根均方粗糙度区分最小膜厚度获得 ( 在流体弹性动力学润 滑条件下 )。 0021 在另一个实施例中， 用于表示润滑条件的润滑条件参数是粘度比 。粘度比是润 滑剂的实际粘度与润滑剂在其通常运行温度下必须具备以便形成适当油膜的最小额定粘 度之比。 0022 这两个润滑参数表示轴承滚动接触表面之间表面分离的程度， 并且同样表示粗糙 面接触的程度。 0023 特定膜厚度可根据本发明借助于下面的关系式决定 ： 0024 E() B*-0.36 0025 E 是传感信号 ( 伏特 ) 中的发射声能， 0026 是特定膜厚度 ( 无。
13、量纲 )， 0027 B 是该比例因数 ( 无量纲常数 ). 0028 粘度比可根据本发明借助于下面的关系式决定 ： 0029 E() B*-0.47 0030 E 是传感信号 ( 伏特 ) 中的发射声能， 0031 是粘度比 ( 无量纲 )， 0032 B 是该比例因数 ( 无量纲常数 )。 0033 已经发现发射声能和润滑条件之间的关系式中存在比例不变。换言之， 当能量比 例乘以共同的比例因数时该关系式不变。如果上面的等式中比例因数 B 是已知的， 则 值 或 值 ( 从而润滑条件 ) 可采用适当的方程简单计算。 0034 如果比例因数是未知的， 则它可估算。比例因数受几个参数影响。一个参。
14、数是 AE 传感器和声发射源之间的距离， 从而检测的声能与距 AE 源的距离遵循平方反比定律。声能 的水平， 即比例因数， 还受轴承速度和轴承负荷的影响。 轴承速度的增加和轴承负荷的增加 导致声能的相应增加。 0035 因此， 在进一步的开发中， 根据本发明的方法包括决定轴承速度的步骤和 / 或决 定轴承负荷的步骤。决定的速度和 / 或决定的负荷于是用作输入参数， 以在声能和润滑条 件之间的幂律关系中估算比例因数。当要监测轴承的运行条件为变量时该开发是有利的。 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A3/9 页 5 0036 在本发明的另一个实施例中， 声能和润滑。
15、条件之间的已知关系用于产生能够结合 声能值和 或 值的库。因此， 可通过标度程序选择正确的基准值组。在这样的标定程 序中， 测量从要监测轴承发射的声能的实际水平。 接下来取出轴承润滑油样品， 并且至少通 过测量该油样的运动粘度来决定实际的润滑条件。 因此， 获得这些值的组合， 其可与采用具 体比例因数获得的一套存储组合比较。当轴承的运行条件保持基本上不变时， 本发明的该 实施例是有利的。 0037 在本发明方法的进一步有利开发中， 在 250-700kHz 的频率范围内分析所测得的 AE 信号。换言之， 发射声能从该范围内的所测得信号的频率成分提取。该进一步开发的优 点是， 250-700kH。
16、z 频率范围内的声发射与滚动元件轴承中的粗糙面接触特别相关， 意味着 过滤掉不需要的声发射 ( 噪声 )。 0038 本发明方法的一个优点是， 可监测轴承中的实际润滑条件。 这样， 可在预防行为中 采用润滑监测， 从而可在轴承发生损坏前很好地检测反常的轴承条件。该方法使其能够检 测何时轴承达到缺油或边界润滑条件， 因为发射声能将跟随着可预测且可识别的倾向。因 此， 轴承 ( 或者油润滑系统中的几个轴承 ) 可在损坏前很好地再润滑。 0039 监测轴承中实际润滑条件的进一步优点是， 润滑条件可适合于不同的要求。 因此， 它易于例如根据轴承上施加的不同负荷或不同的运行温度改变且监测轴承中的润滑条件。
17、。 这样， 轴承可运行在最佳的条件下。在一个示例中， 这将意味着轴承以最佳量的润滑剂运 行。因为轴承中过量的润滑剂将导致增加摩擦损耗， 所以这样可节省能量。它也可改变润 滑剂的类型， 即粘度， 并且由于润滑条件监测而仍然保证采用最佳量的润滑剂。 这可以进一 步降低摩擦损耗。 0040 在本发明方法的进一步有利开发中， 当润滑参数落入预定值下时发出信号。这样 的信号例如通过循环油润滑系统用于增加提供给轴承的油流速。类似地， 如果连续监测润 滑条件， 监测系统将监测决定的润滑参数上的增加。 这可表示轴承提供有太多的油， 在此情 况下， 可发出信号以降低油的流速。 如果轴承的运行条件改变， 这样的信。
18、号也可用于从轴承 排放油。这样， 可避免由于过量油引起的摩擦损耗。 0041 本发明的其它优点通过详细的描述和结合附图将变得更加明显易懂。 附图说明 0042 下面， 将参考附图所示的实施例更加详细地描述本发明， 附图中 0043 图 1 示出了本发明方法的流程图。 0044 图 2 是应用根据本发明方法的系统示意图。 0045 图 3 是 AE 波形的曲线图， 其中计算了越限数。 0046 图 4 是不同润滑条件的越限数 n 相对于时间 t 的曲线图。 0047 图 5 是针对于特定的膜厚度测量的声能的图线， 示出了以不同的轴承速度通过从 所进行的两个试验获得的数据点匹配的两个曲线。 具体实。
19、施方式 0048 下面， 将进一步描述包含进一步开发的本发明的实施例， 其仅为示例， 而不意味着 限制权利要求提供的保护范围。 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A4/9 页 6 0049 在这里所述的本发明的方法中， 测量声发射(AE)信号。 AE的普遍可接受定义是由 于局部应力的释放材料内的瞬时弹性波。 它涉及由局部源存储弹性能的瞬时释放产生宽频 带放射的一系列现象。弹性应力波以超声频率波段产生， 并且是结构传声。因此， 传感器检 测的波形由频率相关衰减变形， 该频率相关衰减例如为散射、 多通道传播和模式转换。 重大 的声发射涉及材料变形、 破裂或摩擦过程。
20、， 其中发射的信号具有表面或表面下的起源。 在本 发明的方法中， 分析诸如撞击和摩擦的表面过程。 具体地讲， 分析涉及轴承中滚动接触表面 之间的金属 - 对 - 金属的声发射， 以便决定轴承中的润滑条件。 0050 图 1 示出了根据本发明的方法流程图。在第一步骤 11 中， 测量了来自轴承的高频 结构传送的声发射。如上所述， 该发射由滚动接触表面之间的金属 - 对 - 金属产生， 并且采 用声发射传感器 (AE 传感器 ) 测量， 以提供测量的信号。在第二步骤 12 中， 分析测量的信 号， 并且提取测量信号中的声能。 在第三步骤中， 由提取的声能决定表示润滑条件的润滑参 数。根据本发明， 。
21、在发射能量和润滑参数之间的幂律关系的基础上进行决定。该方法还将 参考图 2 至图 5 进行说明。 0051 图 2 示出了一个系统的示例， 其包括要监测的轴承和设置为执行本发明方法的润 滑条件监测装置。该示例中的轴承是径向滚动元件轴承 20， 包括内环 22、 外环 24 和设置其 间的滚动元件 25。因此， 该轴承内环 22 的外径限定了滚动元件 25 的内滚道 26， 并且该轴 承外环 24 的内径限定了外滚道 27。此外， 轴承 20 安装在壳体 21 中， 并且用油 ( 未示出 ) 润滑。 0052 润滑条件监测装置包括声发射传感器(AE传感器)28和设置为处理传感器检测的 AE 信号。
22、的信号处理器 29。在图 2 的示例中， AE 传感器 28 安装在轴承外环 24 上， 该外环在 轴承运行期间不转动。AE 传感器 28 也可定位在壳体 21 上或者安装轴承的其它固定结构 上。在轴承内环 22 运行中不转动的应用中， AE 传感器 28 例如可安装在内环 22 的内径凹 口 ( 孔 ) 中。 0053 在轴承运行中， 滚动元件 25 的外表面 25s 与内滚道 26 和外滚道 27 滚动接触。这 些滚动接触表面 25s、 26、 27 因粗糙面而具有一定的粗糙度。根据轴承中的润滑条件， 分开 滚动接触表面的油膜可能没有足够的厚度以防止滚动元件表面25s和轴承滚道26、 27。
23、之间 的粗糙面接触。轴承 20 内的该粗糙面接触 ( 金属 - 对 - 金属接触 ) 产生声发射。因此， 与 轴承环直接或间接接触安装的 AE 传感器检测的声发射水平可表示滚动元件表面和轴承滚 道之间粗糙面接触的程度， 从而可表示轴承内的润滑条件。 0054 重要的是 AE 传感器 28 和要安装所述 AE 传感器的轴承壳体或轴承的表面之间具 有良好的机械接触， 以保证适当地传输传播的应力波到传感器28。 这可以不同的方式实现。 一种方式是在轴承外环24的外径中加工平面表面， 并且将AE传感器安装在该平面表面上。 因为 AE 传感器可为非常小， 该安装技术也可能用于相对小的轴承。安装 AE 传。
24、感器到轴承 的另一种方式是加工 AE 传感器， 使其检测表面与要接触的轴承表面具有相同的曲率半径。 这也能使AE传感器和轴承匹配接触。 对于较大的轴承， 也可能在外环中加工其中可安装AE 传感器的凹口。应当理解的是， 轴承环中的任何加工应使轴承的功能不受损害的进行。 0055 除了保证轴承或轴承壳体和 AE 传感器的接触表面之间的匹配配合外， 通过采用 诸如真空润滑脂的润滑脂或者润滑油作为传感器及其安装表面之间的连接介质， 可改善声 波到 AE 传感器的传输。 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A5/9 页 7 0056 AE 传感器 28 可安装在轴承的任何。
25、角度位置。安装位置取决于应用轴承的机器中 的可用空间。AE 传感器的优选安装位置是与轴承上负荷方向一致的位置。因此， 对于径向 负荷轴承， AE 传感器 28 应当径向安装。在推力轴承的情况下， 例如， 受轴向负荷的轴承， AE 传感器应当轴向安装， 即在运行中不转动的轴承环的侧面上。 此外， 安装位置优选与轴承负 荷区一致， 且与滚动接触区域一致。因为声波从滚动元件 25s 和滚道 26、 27 之间的接触表 面传播， 所以与接触区域直接相对时信号质量最好。这将减少由测量信号的反射以及来自 机器中其它声源的声波引起的干扰声波。这还改善了信号的信号 - 对 - 噪声比。 0057 如上所述， 。
26、另一种可能的安装位置是在安装轴承 20 的轴承壳体 21( 或等同结构 ) 上。轴承通常以压配合安装， 这将允许声波从轴承传播到 AE 传感器 28。这样， 轴承可置换 而不必去除 AE 传感器。再者， AE 传感器优选安装在壳体上的一个位置， 其直接与 ： 轴承负 荷区域、 负荷的方向上以及滚动接触区域一致。 0058 AE传感器28适合于工作在超过100kHz的超声波范围内。 其优点是可过滤掉干扰 的低频振动。另一个优点是， 高频的波长短于低频率波， 这意味着当 AE 传感器安装为靠近 滚动接触表面时， 大部分高频波， 尤其是到达 AE 传感器的高振幅的高频波， 可能源自于滚 动接触。 0。
27、059 在本发明中， 优选分析 250kHz 至 700kHz 范围内的 AE 信号。已经发现高能波因 轴承中的粗糙面接触而发射在该范围内， 即在滚动元件与轴承滚道因其间的润滑剂膜厚度 不足直接接触时。AE 传感器 28 或信号处理器 29 因此有利地提供有通带过滤器， 其过滤掉 100kHz 和 1000kHz 之间范围中的频率。AE 传感器在一个示例中为压电陶瓷传感器， 但是也 可采用其它形式的传感器。 0060 根据本发明， 分析从运行轴承发射的 AE 信号， 以便监测轴承中的润滑条件。在本 发明方法的一个实施例中， 采用阈值基信号处理， 以分析由 AE 传感器测量的 AE 信号。该处 。
28、理方法将参考图 3 说明， 图 3 示出了信号脉冲 ( 波形 ) 与声发射事件关联的曲线图， 从而横 坐标 31 表示时间 t( 毫秒 )， 而纵坐标 32 表示信号振幅 A( 毫伏 )。 0061 在该处理方法中， 计算越限 33 的数量， 即检测信号的振幅 A 超过阈值水平 TL 的次 数。同时， 测量第一越限 TC1和最后越限 TCn之间的时间， 即信号持续时间。特定时间间隔 (AE 持续时间 ) 期间的越限数 (AE 计数 ) 用于量化信号。阈值水平 TL 选择为使来自其它源 的干扰噪声在阈值水平下， 且使轴承发射的声发射超过阈值水平。与表示已经发射了具有 很低能量的声发射的仅具有几个。
29、越限的短信号持续时间相比， 具有几个越限的较长信号持 续时间表示已经发射了具有相对高能量的声发射。 0062 采用 AE 传感器测量的高频信号优选在执行数字信号处理前过滤且处理， 部分为 了减少噪声 ( 不需要的 AE 信号 )。一种方式是输出具有限定频率响应的包络线信号， 这将 简化信号转换。 在一个示例中， 采用声发射信号的平均信号水平， 这是连续变化和平均振幅 的方法， 即测量的声发射信号的矫正信号。这样信号的带宽例如可为 10kHz 的范围内。该 带宽应当足够高以能检测声发射， 即上升时间必须足够高以检测信号， 但是应当同时能够 过滤出某些噪声。该信号也可例如通过根均方转换以其它方式平。
30、均。 0063 从包络线 AE 信号， 信号中的声能可从矫正信号包络线 (MARSE) 下的测量区域获 得。声能也可从包络线时间信号的频率域分析提取。 0064 图 4 的图线示例了声发射上润滑条件的效果。横坐标 41 表示时间 t( 秒 )， 而纵 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A6/9 页 8 坐标 42 表示 AE 活动量， 其根据越限数 n 表示， 该越限数 n 在运行轴承中润滑条件变化的试 验期间统计。在试验的开始， 轴承以无润滑条件运行。由图 4 可见， 干运行的轴承越限数迅 速增加。在时间 t1， 少量的油滴射入轴承中， 导致越限数上的显著下。
31、降。油形成滚动接触表 面之间的润滑膜， 这减少了粗糙面接触以及因此地声发射。 在所述的试验中， 轴承是敞开的 ( 没有密封 )， 意味着润滑油能够溢出， 并且没有加入更多的润滑剂。因此， 在约 190 秒后， 轴承开始进入因缺油而磨损的润滑条件。 0065 在滚动元件轴承领域中， 润滑条件常常根据润滑参数表示， 代表润滑剂形成分开 滚动元件与滚道表面的油膜的能力。因此， 润滑参数也表示轴承中滚动接触表面之间的粗 糙面接触程度。一个这样的润滑参数是润滑剂的粘度比 ( 希腊文字母第 10 个 )。为了形 成足够的润滑膜， 润滑剂必须具有在其通常运行温度下的给定的最小粘度或者额定粘度。 润滑条件由实。
32、际粘度与额定粘度的比值表示。实际粘度可测量， 并且额定粘度可从轴承制 造者提供的表格获得。 0066 表示滚动接触表面之间的粗糙面接触程度的另一个润滑参数是特定膜厚度 ， 也 称为 ( 希腊文字母第 11 个 ) 比， 这可从下面的关系式获得 ： 0067 0068 其中 0069 润滑参数 ( 特定膜厚度 ) 0070 hmin在润滑剂的运行粘度上的最小膜厚度 m 0071 Rq滚动接触表面的结合 RMS 表面粗糙度 m 0072 因此， 滚动接触表面之间的粗糙面接触是膜厚度和结合表面粗糙度二者的作用。 因此， 所有其它条件相同的情况下， 光滑表面可以较薄的膜运行， 并且仍保持流体弹性动力 。
33、学的润滑 (EHL) 形式。通常， 大于四的特定膜厚度表示完全表面分离。从完全 EHL 到混合 润滑的转变 ( 部分 EHL 膜和某些粗糙面接触 ) 发生在一和四之间的 范围内。在小于一 的值上， 保证了边界润滑条件， 其中连续的粗糙面接触且很少的来自于油膜的贡献。 0073 由于粗糙面接触和特定膜厚度之间的相互关系， 也存在声发射和特定膜厚度之间 的相互关系。以前， 一直不知道该相互关系的本质。 0074 根据粘性是影响润滑剂形成油膜能力主要参数的理解， 本发明人进行了试验， 以 通过测量在不同润滑条件下产生的 AE 研究声发射和润滑条件之间的相互关系， 从而通过 改变油润滑剂的粘度获得不同。
34、的润滑条件。 0075 试验条件如下。深槽球轴承在纯粹径向负荷 18kN 和 6000rpm 的速度下运行在试 验台上。 试验轴承提供有不变的润滑油流量， 速度为1l/min。 采用改变粘度的润滑油， 并且 台阶式改变油从试验油最厚到试验油最薄。 0076 此外， 声发射传感器安装在试验轴承的外壳上， 以监测 AE 活动量， 并且热电偶安 装在轴承外环上以测量轴承温度。为了研究及时特定膜厚度的状况， 以定期间隔进行油采 样， 并且测量油样的运动粘度。如上所述， 特定膜厚度通过最小膜厚度 hmin除以结合表面 粗糙度 Rq获得。最小膜厚度根据 Dowson 和 Higginson 公式计算 ( 。
35、例如， 见 Dowson and Higginson s“Elastohydrodynamic Lubrication” ， published by Pergamon Press)。也 可采用其它适当的公式。 轴承内外滚道的表面粗糙度以及滚动元件的表面粗糙度在试验开 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A7/9 页 9 始前测量， 以获得 Rq值。 0077 在整个试验中， 在每次油采样前监测声发射约30分钟， 分析AE信号以决定那时与 润滑条件相关的声能。以 172 秒的间隔， 重复记录信号 2 秒的持续时间。因此， 在每个油采 样前进行 10 个信号记录。。
36、采用数字信号处理器， 通过快速傅里叶变换处理每个信号记录， 并且从对应的 FFT 频谱计算信号中的能量。具体地讲， 计算 100-500kHz 频带宽度中的信号 能量， 并且从 10 个计算的信号能量的平均值获得声能值。 0078 然后， 以不同的轴承速度， 即 4000rpm， 重复试验， 而所有其它的实验条件保持相 同。最后， 每个试验中各种测量油粘度计算的特定膜厚度相对于其相关的声能值绘制。绘 制的结果如图5的曲线图所示， 其中横坐标51表示特定膜厚度(无量纲参数)， 而纵坐标 52 表示声能 E(mVRMS)。 0079 如图 5 所示， 曲线可匹配每个试验获得的数据点。上部曲线 54。
37、 涉及 6000rpm 的轴 承速度上进行的试验 ； 下部曲线 55 涉及 4000rpm 的轴承速度下进行的试验。每个曲线 54、 55 都表示声能 E 和特定膜厚度 之间的幂律函数， 该函数可表示为 ： 0080 E() B-0.36， 等式 1 0081 其中 B 是比例因数。 0082 对于上部曲线 54 表示的函数， 比例因数等于 1.45。 0083 对于下部曲线 55 表示的函数， 比例因数等于 0.63。 0084 在试验期间， 每个油样的粘度比()也由测量的运动学粘度和由SKF总目录中公 开的表格获得的额定粘度决定。声能相对于粘度比的对应绘图也表示声能 E 和粘度比 之间的幂。
38、律关系。 0085 此外， 通过采用下面的通常可接受的近似值以粘度比 取代特定膜厚度 ， 等式 1 可根据粘度比再表示为 ： 0086 1.3 0087 取代导致下面的声能 E 和粘度比 之间的关系式 ： 0088 E() B-0.47， 等式 2 0089 其中 B 是比例因数。 0090 因此， 滚动元件轴承中的声发射取决于轴承中的润滑条件， 并且该依赖性是可测 量的。 0091 大量的参数影响等式 1 和 2 中的比例因数 B。如图 5 所示， 轴承速度影响从轴承中 粗糙面接触发射的声能。在较高的转速下比在低转速下给定周期内发生的金属 - 对 - 金属 接触更多， 导致较高水平的声能。类。
39、似地， 可适当地假设， 高轴承负荷比低轴承负荷产生更 高水平的声能。比例因数上的另一个影响是 AE 传感器和声发射的声源之间的距离。例如， 安装在轴承外环上的 AE 传感器比安装在轴承壳体上的 AE 传感器检测到更高水平的声能。 0092 然而， 尽管所产生的声能水平根据轴承的运行参数和 AE 传感器的位置变化， 但是 在轴承的润滑条件上存在潜在的依赖性(比例不变)。 因此， 存在随着润滑条件在整个时间 上的变坏测得的 AE 上的可识别倾向。 0093 应当注意的是， 根据本发明的润滑条件监测最有利于执行在包括油润滑轴承的系 统中， 原因如下。 0094 根据Dowson和Higginson公。
40、式或稍微修改版本关于它的同类的公式， 计算特定膜 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A8/9 页 10 厚度。该公式精确地预测油润滑轴承中而不是脂润滑轴承中的膜形成。脂润滑轴承中的油 膜形成迄今不能可靠预测。 0095 在根据本发明方法的一个实施例以及执行其设置的装置中， 轴承的润滑条件 ( 或 ) 采用存储的值表格从发射声能估算。可理解的是， 等式 1 和 2 可用于产生 和 / 或 值与对应声能值的 “曲线” 库。因此， 当首先安装根据本发明的润滑条件监测装置时， 测 量在监测轴承的所希望的运行条件下产生的声能。接下来， 通过取油样和测量油的运动学 粘度，。
41、 易于决定粘度比。 通过测量滚动接触表面的表面粗糙度， 可决定特定膜厚度。 然 后， 包含声能值和和或值的适当结合的存储库中的曲线可选择为基准曲线， 以在润滑 条件监测期间使用。换言之， 校准润滑条件监测装置。 0096 例如， 当油发生变化时， 再次校准该装置是有利的。这可通过重复上述测量而进 行。 作为选择， 从要监测轴承发射的声能可在例如一个小时运行后测得， 以允许轴承达到其 通常的运行温度。假设新鲜的油完全充满 EHL 润滑条件， 即为 4 的 值或为 6 的 值， 则 适当的基准曲线可根据这些 “最大值” 和测量的声能选择。也可进行再校准， 以便考虑改变 轴承中的表面粗糙度值。 随着。
42、时间的过去， 滚动接触表面中的粗糙可变得稍微光滑一些， 并 且这影响特定膜厚度 。 0097 当要监测的轴承运行在基本上不变的负荷和速度下时， 上述方法是足够的。如果 这些运行参数然后变化， 以便估算润滑条件， 则来自等式 1 和 2 的比例因数 B 需要决定。如 上所述， 认为比例因数主要受 AE 源和 AE 传感器之间的距离、 轴承负荷和轴承速度的影响。 AE 源和 AE 传感器之间的距离在监测期间保持不变 ( 除非故意移动 )， 并且其在比例因数上 的影响简单地服从声能的平方反比定律。 轴承负荷和轴承速度在比例因数上的影响可用实 验的方法决定。 0098 因此， 在变化运行条件下， 根据。
43、本发明的方法包括测量轴承负荷和 / 或轴承速度 的步骤， 并且该决定步骤包括采用测量负荷和 / 或速度以按着声能和润滑条件之间的幂律 关系估算比例因数。 0099 根据本发明的方法能使润滑条件以非破坏性和非侵入的方式监测。 该方法例如可 用于决定何时有必要油更换。相应地， 根据本发明的装置可构造为在估算润滑参数值落入 预定限度下时发出警报， 该预定限度例如为 1.2 的 值， 表示轴承接近边界润滑条件。该 装置也可构造为如果检测到润滑条件上的突然且剧烈的改变发出警报， 该改变不能归因于 运行条件。这样的改变应当为例如阻塞油过滤器的结果。在包括根据本发明的润滑条件监 测装置的润滑系统中， 该装置。
44、因此可构造为在检测到剧烈改变时发出关机指令， 以关闭监 测的轴承及其供油。 0100 本发明不意味着限于上述实施例， 在所附权利要求的范围内可进行大量的附加变 化和修改。 0101 参考标号 0102 图 1 示出了本发明方法的流程图 ： 0103 11 ： 测量由于粗糙面接触引起的从轴承发射的 AE， 以提供测量信号 ； 0104 12 ： 从测量信号提取声能 ； 0105 13 ： 从提取的声能决定润滑条件。 0106 图 2 示出了包括设置为执行本发明方法的润滑条件监测装置的系统示例 ： 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A9/9 页 11 0107 2。
45、0 ： 滚动元件轴承 0108 21 ： 壳体 0109 22 ： 轴承内环 0110 24 ： 轴承外环 0111 25 ： 滚动元件 0112 25s ： 滚动元件的表面 0113 26 ： 内滚道 0114 27 ： 外滚道 0115 28 ： 声发射传感器 0116 29 ： 信号处理器 0117 图 3 示出了从 AE 事件发射的信号脉冲的曲线图 ： 0118 31 ： 表示时间 t 的横坐标 0119 32 ： 表示信号振幅 A 的纵坐标 0120 33 ： 越限 0121 TL ： 阈值水平 0122 TC1： 发生第一越限的时间 0123 TCn： 发生最后越限的时间 0124。
46、 图 4 示出了随着时间过去不同润滑条件的声活动的曲线图 ： 0125 41 ： 表示时间 t 的横坐标 0126 42 ： 表示越限数 n 的纵坐标 0127 t1： 注入油的时间 0128 图 5 示出了声能和特定膜厚度之间关系的曲线图 ： 0129 51 ： 表示特定膜厚度 的横坐标 0130 52 ： 表示声能 E 图线的 Y 轴 0131 54 ： 与以 6000rpm 的轴承速度获得的匹配数据点的曲线 0132 55 ： 与以 4000rpm 的轴承速度获得的匹配数据点的曲线。 说 明 书 CN 102301149 A CN 102301160 A1/4 页 12 图 1 说 明 书 附 图 CN 102301149 A CN 102301160 A2/4 页 13 图 2 说 明 书 附 图 CN 102301149 A CN 102301160 A3/4 页 14 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102301149 A CN 102301160 A4/4 页 15 图 5 说 明 书 附 图 CN 102301149 A 。