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基于弱磁探測技術的軸承滾動體轉速檢測方法研究

摘要：

針對高速輕載軸承保持架打滑測試中滾動體速度檢測的難題，利用弱磁探測技術探測滾動體的弱磁場，并通過提取弱磁信號的特征頻率實現滾動體轉速的測量。搭建了測試平臺進行試驗，分析了測試距離與轉速對滾動體弱磁場信息探測的影響，結果表明，所提方法可在軸承套圈遮擋的條件下探測到滾動體的弱磁場，滾動體轉速測量結果誤差低于4%。并通過了對實體軸承滾動體轉速檢測的驗證，為軸承滾動體轉速的檢測提供了一種新的有效方法。

打滑是高速輕載軸承運行過程中常見的失效形式，即高速輕載時，受慣性力的影響，滾動體不能在內圈驅動下正常滾動，兩者接觸點的線速度出現差異，致使滾動體與套圈滾道之間發生劃蹭，其主要表現形式為保持架轉速因滾動體運動速度的下降而降低，因此也被稱為保持架打滑。一旦發生打滑，會造成接觸表面劃傷，嚴重時將導致劃傷部位出現表面剝落等失效形式，對軸承的穩定運行產生極大的威脅。

目前，國內外對保持架打滑的監測開展了大量的試驗研究。文獻[5]用電磁感應探頭獲取脈沖信號以測量保持架的轉速；文獻[6-7]用磁傳感器記錄保持架鉚釘通過情況，從而獲得保持架轉速；文獻[8-10]在保持架上預制反光標志，通過計數回射的脈沖光學信號或激光信號實現保持架轉速的測量；文獻[11]采用光電傳感器和光柵組合測量軸承內圈、保持架以及滾動體轉速；文獻[12]在外圈外表面開槽預制加速度傳感器，通過記錄滾動體每次經過產生的應力信號計算滾動體轉速。

盡管上述檢測方法和試驗系統為實驗室保持架打滑研究提供了有效的方法，但在軸承實際使用中對保持架打滑的監測仍存在一定的局限性。電磁感應法需要對滾動體進行磁化，高速情況下，磁場會聚合軸承內磨損碎片，加劇軸承磨損^[13]；光學傳感器以及光纖測量需要在軸承端面安裝測試裝置，同時高溫的潤滑油霧環境嚴重制約了監測的準確性^[14]；光電與光柵組合傳感器對安裝空間要求較高，在實際工程應用中操作困難；加速度傳感器需要修改軸承結構，對軸承套圈進行破壞^[^12]。因此，上述測試方法由于軸承本身結構的特殊性、工作空間及工況環境限制，難以在工程中應用。

綜上所述，提出一種基于弱磁探測技術的軸承滾動體轉速檢測方法，無需破壞軸承結構且磁化滾動體不受軸承腔中油霧的干擾，可在軸承外圈遮擋的條件下，通過探測滾動體弱磁場信息并提取滾動體旋轉的特征頻率，實現滾動體轉速的測量。

測量原理

保持架實測轉速n_m可通過實測頻率f_m計算得到，弱磁探測技術的測量原理如圖1所示，每個滾動體都存在一定強度的弱磁場，當滾動體通過弱磁探測傳感器時，其弱磁場在每φ弧度產生一次交變的激勵信號，該信號被弱磁探測器識別并通過特定的檢測電路將其頻率信息進行提取與計算，從而得到實測頻率f_m。