用声发射技术测定轴承缺陷

    引言

    用声发射(AE)技术诊断轴承故障,作为补充诊断工具它具有优势;然而,诊断人员仍无法确定轴承的缺陷程度。将声发射定义为弹性瞬变波,它是由应变能的快速释放而产生的,而这种应变能则是因材料表面或内部变形或缺陷所造成的。在这次专门测定中,把AE定义为两表面在相对运动中相互作用而产生的弹性瞬变波。外座圈出现缺陷的轴承滚柱的脉冲和表面不平整的相互作用将产生AE。像不平衡、未对正和轴偏移这类低频机械故障一样,由于AE的高频部分消除了典型的机械噪声(低于20kHz)。据报道,有许多用AE技术诊断轴承故障的研究。本文对轴承缺陷程度和AE作用的关系进行了研究。

    1　试验台、数据采集和实验方法

    这次研究所用的轴承试验台,通过液压油缸获得的最大载荷量为16 kN。所用的试验轴承为剖分式铜制滚柱轴承(01B40MEX)。之所以选用拼合式轴承,是由于它可使缺陷显现在座圈上,而且,这类轴承的组装和拆卸是在对试验结果干扰最小的情况下完成的。

    直接把振动和AE数据采集所用的传感器放置在轴承外壳上,详见图1。当使用频率反应在10 Hz~8 000 Hz的谐振式过载传感器时,配合使用工作频率为100 kHz~1 000 kHz的压电式AE传感器进行振动测定。声发射信号的前置放大设定为40 dB。前置放大器的信号输出直接传送到物理声学公司的AEDSP数据搜集卡。这种采集卡提供的取样率达10 MHz,并具有16位精度,动态范围大于85 dB。另外,带通滤波器(设定为100 kHz~1 200 kHz)和抗混淆滤波器所用的卡可直接由软件控制。根据试验情况,取样率为8 MHz~10 MHz的每次采集(数据文件夹)都记录有256 000个数据测定点。每种模拟情况记录有20个数据文件(见试验方法)。振动数据的采集是在2.5 kHz的情况下对总共12 500个数据测定点取样。

    这种试验的目的是确定AE作用与缺陷程度增大之间的相互关系。这是在2 000 r/min的固定速度及4.43 kN和8.86 kN 2种载荷控制缺陷程度的条件下完成的。这种缺陷是用硬质合金刀片刻蚀来模拟的。

    2　试验项目

    在轴承外座圈刻蚀0.85 mm×0.85 mm的局部缺陷形成基线上,出现的缺陷是在轴承粗糙基面上使材料凸起,并从这里增加缺陷程度(见图2)。

    用Talysurf 120 L对表面进行了测定(所用的记录笔有1个半径为2μm的金刚石笔尖)。如果模拟的缺陷,像通过缺陷(凸起)的各滚动体一样产生AE瞬变,那就可以与外座圈缺陷频率(4.1×适当轴速)相等的频率测定AE脉冲。必须指出,作为形成所有大缺陷所用的局部缺陷的同样技术,如上所述,可以断定在所有模拟情况下都将会出现材料凸起。