[发明专利]一种推力滑动轴承润滑油膜厚度在线超声测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种推力滑动轴承润滑油膜厚度在线超声测量方法及系统，根据超声压电陶瓷传感器的安装位置，针对两种被测量结构(钢‑油层‑衬层‑钢结构与钢‑衬层‑油层‑钢结构)，在已知衬层厚度的条件下，对超声波入射信号和润滑油膜的反射信号进行频域的分析和处理，采用基于多层结构反射系数的两种四层结构对应的膜厚计算公式计算油膜厚度。通过高精度标定实验台进行验证，结果表明利用中心频率为10MHz的超声压电陶瓷传感器能够实现油膜厚度在100微米范围内的准确测量。本发明解决了具有薄衬层结构的推力滑动轴承润滑油膜厚测量误差大，测量范围小的问题，从而满足实际工业中滑动轴承启动阶段润滑油膜厚大尺度连续变化的要求。

技术领域

本发明属于机器系统摩擦副润滑状态检测技术领域，具体涉及一种推力滑动轴承润滑油膜厚度在线超声测量方法及系统。

背景技术

在机械运转过程中，两个运动表面之间通常会形成一层薄薄的润滑层用于分离和润滑摩擦副，从而控制或减少摩擦副之间的摩擦和磨损。因此，准确、实时地测量润滑油膜厚度对于揭示摩擦副的润滑状况至关重要。

超声技术作为一种无损测量技术，在薄膜厚度测量中受到越来越多的关注。针对常见的摩擦副结构(钢-油-钢三层结构)，目前已经建立不同的测量模型。对于推力滑动轴承来说，为了改善其摩擦性能，通常在轴瓦表面浇筑有一层合金衬层例如巴氏合金衬层。合金衬层的厚度按照不同的轴承直径通常设计在零点几毫米到六毫米范围内。这样，原有的钢-润滑膜-钢三层结构变成了钢-合金衬层-润滑膜层-钢四层结构。相对于超声波在衬层介质中的单个波包长度，当合金衬层很厚时(衬层厚度大于超声波波包长度的一半时)，超声波在基底-衬层界面的反射信号与超声波在润滑层上的反射信号彼此分离，此时超声波在润滑膜层上反射信号可以直接获得，四层结构可以简化成三层结构。以上三层结构的模型都可用于此结构下的膜厚计算。

但当合金衬层很薄时(衬层厚度小于超声波波包长度的一半时)，超声波在基底-合金衬层界面的反射信号与超声波在润滑膜层的反射信号将发生重叠。此时，超声波在基底-合金衬层界面的反射信号将对超声波在润滑膜层上的反射信号产生干扰，使得超声波在润滑膜层上反射信号的频谱受到污染，进而无法有效获得代表润滑油膜厚度的信息。

目前，针对具有薄衬层结构的轴承润滑油膜厚超声检测方法主要有比值法和回波分离法。比值法通过重叠反射信号与基底-巴氏合金层界面反射信号的幅值比同参考信号与基底-巴氏合金层界面反射信号的幅值比的关系获得润滑油膜厚度值[7]，但这种方法需要预先加工相同材料的厚衬层结构轴瓦试块来获得超声波在基底-巴氏合金界面的反射信号，这增加了实验的难度且难以保证从厚衬层中获得的基底-巴氏合金界面处的反射信号与薄衬层结构中基底-巴士合金界面处的反射信号完全一致。

回波分离法提出将重叠反射信号表示为高斯回波的叠加，通过分离算法将重叠反射信号进行准确分离，进而去除超声波在基底-巴氏合金层界面反射信号对膜厚超声测量的影响，但是该方法存在以下几个问题：

1、由于耦合剂以及脉冲激励的影响，实际的超声信号并不能够准确的用高斯回波表示；

2、润滑膜的反射信号是多个回波的叠加，并不能够用一个高斯回波准确表示；

3、当回波重叠严重时，回波分离算法将会发生失效。

以上的方法都不能够精确去除超声波在基底-巴氏合金层界面反射信号对膜厚超声测量的影响从而获得油膜厚度信息，且实现的油膜厚度测量范围小(利用中心频率为10MHz的超声压电陶瓷传感器只可实现10微米内的油膜厚度测量)。因此缺少一种可以精确实现具有薄衬层结构的推力滑动轴承油膜厚度大尺度测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种推力滑动轴承润滑油膜厚度在线超声测量方法及系统，解决具有薄衬层结构的滑动轴承中(衬层厚度小于超声波波包长度的一半)膜厚测量误差大、测量范围小的问题，满足工业实际中具有薄衬层结构的滑动轴承润滑油膜厚大尺度连续变化时的测量需求。