机械结构液体层厚度超声谐振的测量方法.pdfVIP

第32卷第2期 振动、测试与诊断 Vo1．32No．2 2012年 4月 Apr．2012 JournalofVibration。Measurement8LDiagnosis 机械结构液体层厚度超声谐振的测量方法 焦敬品 ， 张 强 ， 何存 富 ， 吴 斌 (1．北京工业大学机械工程与应用 电子技术学院 北京，100124) (2．机械工业信息研究院 北京，100037) 摘要 针对机械结构安全运行的需要 ，进行机械结构液体层厚度超声谐振测量方法研究。基于垂直人射纵波在三 层介质中传播的连续模型，通过对不同厚度液体层超声反射系数分析，提出一种基于超声反射系数谐振频率的液 体层厚度测量方法 。在对超声谐振测量系统进行标定的基础上，进行机械结构液体层厚度超声谐振测量试验研究， 同时研究了3层介质的声学特性对液体层超声反射系数及厚度测量的影响。结果表明，液体层反射系数的谐振频率 能够表征其厚度 。在对测量系统进行标定的基础上 ，测量误差基本保持在5 以内 液体层两侧介质材料 的变化对 液体层 的测量基本没有影响，但液体层介质材料 的变化将对测量系统产生影响，需要重新对测量系统进行标定 。 关键词 机械结构；液体层 ；厚度测量；反射系数；超声谐振法 中图分类号 TB55 超声波在多层介质 中传播时，在不 同介质的分 引 言 界面处会发生反射 、透射现象 ，因而可 以利用超声波 在不同介质分界面的反射或透射系数来表征介质的 在现代工业中，为减少机械设备关键零部件(如 几何 (如厚度)和材料 (如密度和弹性模量)特性 。基 机械密封、轴承、机床导轨等)因接触摩擦而产生损 于超声波在多层介质分界面处 的传播特性，国外学 耗 ，通常在相对运动的零部件间引入液体层结构 (微 者在机械结构液体层厚度超声测量方面已开展 了研 米级液体膜)，起到润滑和减少摩擦损耗的作用。研 究 引。文献 [1]等对轴承润滑油膜厚度进行了超声 究发现，该液体层对机械结构的动力性、经济性和安 测量研究 ，并对超声无损技术在摩擦润滑中的应用 全可靠性等有着非常重要 的影响E1]o如果液体层厚 进行 了综述 ，指出超声波在摩擦润滑机械构件检测 度过小 ，则机械结构的机械摩擦损失和零件磨损都 中的广泛应用前景。文献[5]利用超声反射和透射方 会增大 ，可能造成损伤和安全事故。如果液体层厚度 法对机械密封端面接触状况进行 了检测试验研究 。 过大 ，将导致大量过剩润滑液的流失和排放，造成环 文献1-9]对垂直纵波入射到两无限大介质问嵌入薄 境污染和资源浪费。因此 ，为保证机械设备 的正常安 层界面处超声反射系数进行了理论研究 ，重点研究 全运行 ，需要对机械结构关键零部件 中液体层厚度 了3种介质声学参数对反射系数谐振频率和半谐振 进行监测。常用的间隙测量方法 ，如电涡流法、电容 频率的影响。文献[1O]利用垂直入射纵波对轴承液 法和激光法等I2_4]，应用于机械结构液体层厚度测量 体层厚度进行了试验研究 。王和顺等 [11-12]对机械密 有很大的局限性 ，如测量精度低、对待检测结构要求 封超声测量研究现状进行了综述，指出超声波技术 高和受检测环境影响大等[5]。 在机械密封端面测量中的应用前景。赵春江等口对 作为五大常规无损检测技术之一，超声波技术 轧机液体层轴承液体层厚度测量方法进行 了综述 ，