轴承内圈疲劳状态评估方法研究

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1、学校代码：10286分类号：TH878密级：公开UDC：621学号：150285工程硕士学位论文轴承内圈疲劳状态评估方法研究(学位论文形式：应用研究)研究生姓名：刘杰导师姓名：帅立国李兴林申请学位类别工程硕士学位授予单位东南大学工程领域名称机械工程论文答辩日期2018年6月7日研究方向无损检测学位授予日期2018年月日答辩委员会主席王珏评阅人盲审2018年6月7日硕士学位论文轴承内圈疲劳状态评估方法研究专业名称：机械工程研究生姓名：刘杰导师姓名：帅立国校外导师：李兴林RESEARCHONEVALUATIONMETHODOFFATIGUE

2、STATEFORBEARINGINNERRINGAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringSchoolofMechanicalEngineeringSoutheastUniversityJune2018摘要摘要疲劳是工件长期承受循环应力变化导致的一种破坏现象，广泛产生于轴承、钢轨、齿轮等机械零部件中。疲劳状态与关键零部件的健康状况密切相关，直接关系到高铁、风电、船舶和飞机等重大装备的安全运行和在役寿命。疲劳状态监测是领域内的

3、前沿性研究课题，然而目前疲劳状态无损检测设备存在经济成本高，环境噪声干扰严重，难以大规模自动化检测等问题。本课题针对以上不足，提出基于初始磁导率的脉冲无损检测方法对滚动轴承内圈的疲劳状态进行评估，以期为关键零部件质量保障和重大装备安全运行做出贡献，论文研究内容主要包括：（1）电磁检测方法。从微观角度出发，叙述了铁磁性物体中磁畴在磁化过程中的变化状态，针对磁畴壁在磁场变强过程中发生的不可逆位移现象，提出采用基于初始磁导率的方法来进行缺陷检测，并通过等效电路模型验证了检测方案的可行性。之后通过电磁学基本理论推导出趋肤效应的影响因素主要为电磁

4、场的激励频率，并对本文使用的脉冲激励信号进行频谱特性分析。（2）差分式传感器。通过对比几种不同差分方式的传感器，选定了电差分式传感器作为本课题的传感器设计方案，采用Maxwell低频电磁场仿真软件建立了脉冲信号对轴承内圈检测的仿真模型，仿真分析了线圈高度、内外径、厚度、匝数以及铁氧体磁芯直径、高度等探头结构尺寸对检测信号差分值的影响，以信号最大差分值的参数组合作为传感器的结构尺寸。优化了传感器的工艺流程，并通过环氧树脂浇筑的方式实现了传感器的制作。（3）检测系统。设计了一套以脉冲信号为激励源的脉冲电磁无损检测系统用于分析轴承内圈的疲劳特

5、性，检测系统包括：脉冲信号发生器、功率放大器、传感器探头、数据采集卡以及检测平台配套组件。通过编写的STM32控制器程序实现了对电机、测速传感器、脉冲信号发生器以及功率放大器的控制。编写了数据采集软件，并通过数据采集卡将传感器数据采集到上位机。（4）疲劳状态评估实验。对实验用的NU207EM轴承进行了疲劳寿命的计算和分析，得出了其额定疲劳寿命与径向载荷之间的关系，开发了一套轴承疲劳试验机，对轴承进行疲劳试验。对试验后的轴承进行疲劳状态检测，实验结果表明该系统能有效地检测出轴承内圈的疲劳缺陷。本课题研发的基于初始磁导率的脉冲电磁无损检测系

6、统可以有效地检测出轴承疲劳裂纹和剥落，并可以根据检测数据来判断轴承目前的疲劳状态。为轴承提供健康状态评估和寿命预测的同时，还为电磁无损检测在这一领域的运用提供了有价值的参考。关键词：电磁无损检测，轴承内圈，初始磁导率，滚动接触疲劳IAbstractAbstractFatigueisadestructivephenomenoncausedbythecyclicstress,whichiswidelyproducedinthemechanicalequipmentofbearing,railandgear.Thefatiguestateis

7、closelyrelatedtothehealthstatusofkeydevices,whichisdirectlyrelatedtothesafeoperationandservicelifeofhighspeedrailway,windpower,shipandaircraft.Fatiguestatusmonitoringisafrontierresearchsubjectinthefield,however,therearesomeproblemssuchasthehighcostofthefatiguestatenondes

8、tructivetestingequipment,theseriousdisturbanceofenvironmentnoiseandthedifficultyoflarge-scaleautomaticd