專利名稱：滾動軸承振動位移的激光測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械振動測量，具體涉及一種滾動軸承振動位移的激光測量方法。
背景技術(shù)：
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，并保持一定的結(jié)合程度，也即一定剛度，以提高系統(tǒng)的頻響。其存在的問題是機(jī)械型的拾振器頻率響應(yīng)不可能太高，而傳感器的接觸式安裝方式也造成測量系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為了改進(jìn)系統(tǒng)頻率響應(yīng)不高的缺點(diǎn)，曾經(jīng)出現(xiàn)了傳感器的磁吸式裝卡方式，但是系統(tǒng)復(fù)雜，拆裝不便，應(yīng)用較為困難，而且還需要增加一道退磁的過程。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的在于提供無接觸式的一種滾動軸承振動位移的激光測量方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將被測軸承安裝在試驗臺的轉(zhuǎn)軸上，利用激光器發(fā)出的激光經(jīng)過被測軸承表面反射到達(dá)PSD位置傳感器表面上，由PSD位置傳感器給出光斑位置，由于被測軸承外圈所受軸向力的作用，被測軸承內(nèi)圈和轉(zhuǎn)軸可視為一剛體，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，軸承內(nèi)圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射激光在PSD位置傳感器上的位置，反映出被測軸承表面某一點(diǎn)振動的位移s。
調(diào)整激光器的入射角θ/2和PSD位置傳感器)的入射角π/2-β，使激光對被測軸承表面的入射角θ/2在15°以內(nèi)，通過調(diào)整接收激光對PSD位置傳感器表面的入射角β，使得接受激光范圍處于PSD位置傳感器的測量范圍內(nèi)。
所述的振動的位移s為 以初始位移為0點(diǎn)，s軸承測量點(diǎn)位移，θ兩倍激光入射角，βπ/2-β-PSD位置傳感器的入射角，SPSD位置傳感器的測量位移；測量后取位移s的有效值作為測量評判指標(biāo)。
本發(fā)明具有的有益的效果是1、避免接觸式裝卡方法中的不穩(wěn)定現(xiàn)象，也即拾振器的剛度不穩(wěn)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(yīng)用于軸承生產(chǎn)現(xiàn)場的質(zhì)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(tǒng)一的方法基礎(chǔ)，也即位移測量；將位移對時間進(jìn)行一次差分和二次差分(或者微分，可以采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(tǒng)頻率響應(yīng)可以達(dá)到很高的程度(2MHz以上)，測量范圍幾乎可覆蓋軸承所有頻率的振動(在軸承測量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的轉(zhuǎn)速下)。
4、測量后取位移s的有效值作為測量評判指標(biāo)。
本發(fā)明不僅適用于軸承振動行業(yè)，而且也適用于任何反光表面的振動情況的檢測，如發(fā)動機(jī)或者機(jī)動車表面的振動情況。


圖1是本發(fā)明的激光法測量徑向軸承振動示意圖；圖2是本發(fā)明軸承振動激光測量法中測量的計算示意圖。
圖中1、激光器，2、轉(zhuǎn)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(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
利用反射激光的發(fā)散角較小的特性，在反射激光末端安置PSD位置傳感器，測量振動過程中的微小位移。由于測量采樣頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過軸承測量最高振動頻率，最高振動頻率由測量標(biāo)準(zhǔn)給出，所以測量的結(jié)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(fā)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(zhuǎn)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(nèi)圈和滾動體之間沒有間隙，以體現(xiàn)軸承加工精度引起的振動情況，利用激光器1(如氦氖激光器)發(fā)出的激光經(jīng)過被測軸承3表面的反射到達(dá)PSD位置傳感器5上，由PSD位置傳感器5給出光斑位置，由于被測軸承外圈所受軸向力的作用，被測軸承內(nèi)圈和轉(zhuǎn)軸2可視為一剛體，當(dāng)轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動時，被測軸承內(nèi)圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射激光在PSD位置傳感器5上的位置，反映出被測軸承3表面某一點(diǎn)振動的位移s。
調(diào)整激光器1的入射角θ/2和PSD位置傳感器5的入射角π/2-β，使激光對被測軸承表面的入射角θ/2在15°以內(nèi)，通過調(diào)整接收激光對PSD位置傳感器5表面的入射角β，使得接受激光范圍處于PSD位置傳感器5的測量范圍內(nèi)。
所述的振動的位移s為 以初始位移為0點(diǎn)，s軸承測量點(diǎn)位移，θ兩倍激光入射角，βπ/2-β-PSD位置傳感器的入射角，SPSD位置傳感器的測量位移；測量后取位移s的有效值作為測量評判指標(biāo)。
從圖1可以看出，這種測量方法實現(xiàn)了無接觸式拾振，并且系統(tǒng)響應(yīng)頻率只取決于傳感器的響應(yīng)頻率和信號系統(tǒng)的處理速度。
如圖2所示，當(dāng)被測軸承2的位置發(fā)生改變時，激光器1的發(fā)射激光所照射的表面位置也會有所改變，所以其入射角需要盡可能較小，這樣才能夠近似實現(xiàn)對某一點(diǎn)的測量。如圖2所示，入射角為θ/2，反射激光對PSD位置傳感器感光面的入射角為π/2-β，如果精度不夠，可采用減小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(diǎn)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，只要在一定的測量范圍以內(nèi)，即在一點(diǎn)附近的振動情況能夠得到完全的和唯一的確定。并且由其位移可以得到其速度和加速度的振動情況。
測量采樣頻率應(yīng)該超過振動最高頻率的8倍以上，正式使用應(yīng)在20倍以上，可保證測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。在PSD位置傳感器上的有效激光光斑直徑應(yīng)不超過PSD位置傳感器測量范圍的15％。
本發(fā)明不僅適用于軸承振動，同時也適用于表面微小振動情況的測量，如發(fā)動機(jī)或者機(jī)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(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本實用新型的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承振動位移的激光測量方法，其特征在于將被測軸承(3)安裝在試驗臺的轉(zhuǎn)軸(2)上，利用激光器(1)發(fā)出的激光經(jīng)過被測軸承(3)表面反射到達(dá)PSD位置傳感器表面(5)上，由PSD位置傳感器(5)給出光斑位置，由于被測軸承外圈所受軸向力的作用，被測軸承內(nèi)圈和轉(zhuǎn)軸(2)可視為一剛體，當(dāng)轉(zhuǎn)軸(2)轉(zhuǎn)動時，軸承內(nèi)圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射激光在PSD位置傳感器(5)上的位置，反映出被測軸承(3)表面某一點(diǎn)振動的位移s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾動軸承振動位移的激光測量方法，其特征在于調(diào)整激光器(1)的入射角θ/2和PSD位置傳感器(5)的入射角π/2-β，使激光對被測軸承表面的入射角θ/2在15°以內(nèi)，通過調(diào)整接收激光對PSD位置傳感器(5)表面的入射角β，使得接受激光范圍處于PSD位置傳感器(5)的測量范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾動軸承振動位移的激光測量方法，其特征在于所述的振動的位移s為 以初始位移為0點(diǎn)，s軸承測量點(diǎn)位移，θ兩倍激光入射角，βπ/2-β-PSD位置傳感器的入射角，SPSD位置傳感器的測量位移；測量后取位移s的有效值作為測量評判指標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滾動軸承振動位移的激光測量方法。將被測軸承安裝在試驗臺的轉(zhuǎn)軸上，利用激光經(jīng)過軸承表面反射到達(dá)PSD傳感器表面上，由PSD位置傳感器給出光斑位置，由于軸承外圈所受軸向力的作用，軸承內(nèi)圈和主軸可視為一剛體，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，軸承內(nèi)圈、外圈和滾動體存在的缺陷引起振動，利用反射激光在PSD位置傳感器上的位置，反映出被測軸承表面某一點(diǎn)振動的位移s。本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡單，原理明確，拾振效果遠(yuǎn)較其他類型的振動測試好，精度較高，并且對軸承系統(tǒng)振動本身的影響幾乎可以忽略。對進(jìn)一步提高軸承振動的測量精度和應(yīng)用穩(wěn)定性具有實用價值和較大的經(jīng)濟(jì)開發(fā)前景，并且適用于任何反光面的振動測量，如機(jī)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(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者張建忠, 汪久根 申請人:浙江大學(xué)