我们的研究的总体目标是提高轴承电流是如何启动的理解钢铁轴承电电压的存在,从一个electro-physical视角。此外,调查轴承在不同的操作点的电特性也是一个总体目标的一部分。要实现这一点,我们提出了轴承的等效电路模型基于其电行为的函数不同的操作点。因此,轴承是电模拟系统的几个电气组件与两个主要的电气绝缘和开展。这两个组件的电气状态调查的函数操作点。图中给出的等效电路模型 1,而类似的电路模型也被报道在 13, 23]。在这篇文章中,我们已经实验调查的电气行为和属性与关注particle-initiated微型轴承故障,即。下,发现有限导电状态属性的影响particle-initiated电气故障报告。

在绝缘状态,轴承处EHL政权,轴承可以用并联一个电容, C B 和阻力, R l 。电容是由轴承的大小和几何以及相对介电常数的润滑剂。因此, C B 可以改变由于临时改变物理,化学或电性质的电影在操作和轴承的弹性变形。然后轴承电流由共模电压主要流电容通过轴承绝缘状态。并联电容,电阻, R l 连接,代表所有的损失润滑剂,如导电损失,但也有可能极化损失的组件在一个轴承。润滑油膜厚度一般在0.2 - 2 μ米( 24),与轴承类型和变化。

在导通状态,形成低电阻击穿机制路径,电连接轴承调心,代表一个临时关闭开关的电路如图 1。在发生故障时,电阻导电状态远低于轴承的阻抗在绝缘状态。总电流将包含两个组件,电容电流驱动机器的参数和放电电流由于机杂散电流之间的放电。轴承阻力, R B 是由轴承测量电压和轴承电流的比值。

润滑油膜厚度在0.2操作2 µ米在一个运行的轴承。几个10伏特的电压( 6)从而导致高电场(100 V / µ米)的亚微米润滑膜,膜的绝缘击穿导致加热,蒸发的润滑剂,融化的轴承钢轴承表面和陨石坑的形成。

通过轴承获得电阻电流流动,必须满足两个条件:(i) 分解 机制提供一个临时电气路径通过绝缘轴承润滑剂,(ii) 轴电压通过建立的路径驱动电流。当这种情况发生时,通过轴承的电压,即。, 轴承电压下降到一个较小的值,取决于电阻的导电路径( R B )。

轴承内部的一个故障事件提供了一个低阻抗路径轴承电流的流动,导致其过早失效。不同类型的轴承电流可以流过轴承轴承在电气绝缘的击穿。一个绝缘击穿可能发生在轴承由于等合理的机制,(我)粗糙面接触,润滑膜(2)电击穿,(iii)污染和固体颗粒。

粗糙接触频繁在轴承操作导致放电的轴承电压之间存在内在和外在调心轴承。粗糙(当地山峰)的金属表面的详细信息和滚动体使身体接触频繁为流电阻电流提供路径穿过轴承。粗糙面接触频繁出现在低转速,但不影响在高旋转速度因为油膜分离轴承内表面进行交互。

电击穿的润滑油膜也会导致形成内部和外部之间的传导路径调心轴承和轴承电压时穿过一个阈值( 7, 13- - - - - - 17]。故障现象也可以治疗类似于电击穿绝缘油( 25- - - - - - 31日]。这种假设应采取预防措施,因为更高负荷的操作(为了100 MPa的几个GPa)在液体润滑膜轴承导致的玻璃态润滑剂,润滑剂的地方没有属性(液状物 32- - - - - - 34]。

污染物和固体颗粒的一部分存在的润滑,以防外部粒子,或固体颗粒侵蚀的轴承表面( 35- - - - - - 43]。不同的粒子类型的影响,大小和浓度水平调查研究当前活动和轴承的故障数量。本文旨在找到差异传导性质不同的粒子,以及轴承阻力的研究( R B 在排放)。本研究在控制的实验室环境中,从而提供了一个分析限流条件下的击穿电压,以避免损害轴承表面和重用测试对象。

在野外条件下,由于外部高频源驱动轴承电流,损害可能发生在轴承上。由于接触面积很小,故障将导致高电流密度造成局部加热,融化的损害赔偿和陨石坑的形成以及re-hardening和脆性的表面。放电的能量储存在流浪的功放和通过电流通过轴承可能导致的表面上形成micro-pits滚动元素和详细信息。球得到一个无光表面,内在和外在的详细开发电子开槽损坏(或wash-boarding)。很明显的形态学腐蚀表面micro-pits和起皱发生模式由于存在电子所经受的压力轴承正常操作时( 23, 24, 44, 45]。也报道,轴承压波形模式发展的时间过早,对数遵循表观电流密度的电流 46]。粒子的存在导致划伤,压痕在轴承表面。操作的负载也可能导致外国粒子嵌入轴承调心。因为在这个问题上已经做了充分的调查( 23, 24, 44, 45]。相关研究的出现,当前启动损伤表面测试轴承因此不是这份出版物的范围。

行业,轴承类型是根据机器的操作条件选择等操作速度和径向和轴向加载期间预期操作。然而,不同类型的轴承的几何,即。,point contact (e.g., ball bearing) or line contact (e.g., spherical bearing) will result in different contact and interacting profiles of the metallic surfaces. The breakdown of lubricant (bearing insulation) in the contact zone is thus influenced due to this geometric differences. Experimental investigations have shown that the breakdown field strength of bearing having line contact is found to be lower than that of point contact [ 47]。这是因为对于一个相同大小的轴承,轴承与线接触更多的赫兹接触面积,从而启动电流路径的可能性高于轴承点接触。

文学中的电路模型也是基于类似的想法。重点主要是放在造型杂散电流之间的共模等效电路。在一个简单版本的共模电路模型会等人提出的( 48),轴承模型形成一个共模等效电路模型的一部分转换器和机器。轴承模型所代表的电容 C b ,一个非线性阻抗 Z l 和轴承阻力在放电的事件( R b ),如图 2。 C b 显示变量由于轴承电容电性质的函数之间的润滑剂和几何分离摩擦学的部分。作者描述了非线性设备代表轴的充电和放电,即。换句话说,在轴承绝缘破坏事件的发生。作者提出,金属轴承调心和辊等元素代表抗性有有效的抵抗 R 内心的 水沟 , R 外 水沟 和 R 球,我 分别。每个辊在自己周围有一层润滑膜,这是代表 C 球,我 附近,形成内部和外部分别水沟。这种形式的有效电容 C 差距, 我 每组之间的球,结果在“ n “并联电容器。此外, Z l 添加到模型占轴承机电出现异常。在轴承的击穿电压的性质称为统计和依赖的崩溃 Z l ,这是通过实验来确定。据说这个轴承的故障是因此依赖的位置球轴承表面的条件和润滑剂的电特性。

在更高的速度,形成电影和轴承的阻抗( Z l )较高,据报道在兆欧姆的范围内。多数研究的重点一直保存在系统级参数和不同类型的轴承电流的出现,可以给更多的强调精致的机制电击穿事件发生在轴承。轴承的运动是复杂的由于其动态特性和机电应力变量的本质,因此需要进一步细化。在文献中,轴承的故障也描绘了一个开关,但是崩溃的任意选择的时间( 7, 11]。轴承的润滑膜的击穿特性取决于很多因素,如运动、电压的大小,表面粗糙度轴承的振动水平,润滑膜性质,油清洁等等。

进一步的理解行为的轴承在导通状态,而最近的实验调查( 19)报道电击穿的非稳定性质的事件轴承放电的影响下轴承电流和高频电压。提出的模型是类似的出版物中提出。轴承的转变从电容状态(无击穿)电阻状态(故障)是依赖于特定操作点速度和载荷等,作者所称为“过渡活动,交易”。总之他们的工作,一般的结果是过渡活动轴承温度的增加而增加,外加电压的振幅。轴承保持更长时间在电阻模式以较低的速度,同时保持电容模式速度。虽然,它是表示,当前的传导和滚动轴承故障机制现在只是部分理解。

的实验中,深沟钢珠轴承类型的SKF 608 7球,如图 3。外直径22毫米,内径8毫米。它是一个微型球轴承和高限制每分钟48000转的速度(rpm)。静态负载评级1.37 kN和动态负载评级为3.45 kN。笼子里的聚酰胺6,6单独的轴承内的球。测试润滑剂是由hydro-treated矿物型基础油与丙烯酸共聚物混合添加剂。基础油粘度为100毫米²在40°C / s和11.4毫米²在100°C / s ( 49]。轴承采用油浴润滑,3毫米的水平。

的实验中,四个测试轴承在维珍的磨合过程后准备轴承润滑与particle-free石油样品4小时,和一个单独的轴承用于给定类型的粒子。

实验中使用的润滑剂如下所示随着粒子类型、浓度水平和粒子的大小类。最高的粒子浓度被选为150 mg / L,因为它是建议由Elforsk粒子污染的阈值在[ 35),一份报告在风力涡轮机变速箱油清洁。四个不同的粒子被用来准备四个版本的测试润滑剂,表所示 1。A1和A2,样品5浓度水平从150毫克/升到7.5 mg / L准备。A3、A4样品测试在一个浓度水平的150 mg / L。

ATD由具(SiO硅的氧化物₂-68%)和铝(Al₂O₃-10%)。其他较小的分数包括铁的氧化物、钠、钙和镁。炭黑粒子从复制色粉盒,和有一个非常小的颗粒的大小(多数小于5 μ米)。因此,有可能他们不能瞬间缩小差距的内在和外在的详细信息。炭黑粒子可以容纳电荷在表面,并可能因此凝结在气泡润滑剂。铝和铁粒子是选择,因为他们在本质上是导电的,因此模拟轴承磨损产物的导电性质。

被测轴承安装在水平轴一起混合轴承,SKF混合轴承608,用陶瓷球,如图 4。通过这种方式,我们可以控制电流和放电路径穿过被测轴承。轴是通过带轮和一个带进旋转由永磁电机绝缘带。U-girder接地,电绝缘轴承箱的设置提供了一个坚实的基础。不同程度的机械负荷可以应用通过改变块的位置。轴向载荷可以4 - 40 N[之间的不同 45]。每个轴承的径向载荷是大约1 N轴的重量。测试轴承轴向加载,也导致加载所有的球轴承。径向载荷会略微增加的负载低的球轴承的一部分,由于轴的重量。

测试中,轴承的拆卸,表面与异丙醇清洗纯(99.9%),其次是利用声波降解法的部分轴承和轴承箱单元5分钟。轴承组装在一个干净的环境使用橡胶手套以避免杂质的转移从手到轴承表面。组装轴承和住房是干使用热风枪在50°C 10秒钟去除表面的残余异丙醇。清洗过程后,轴承箱和轴承试验台变,其次是与给定类型的润滑剂润滑样本,表所示 1。清洁程序在相同的方式重复在测试之前在给定的浓度水平。声波降解法过程有助于清除跑道和住房的小颗粒与异丙醇不能被消灭。

轴承是在室温和在实验室操作环境和运行5分钟前进行任何类型的测量。相对应的速度是2000 rpm,速度30000倍(由产品转速和轴承的平均直径15毫米的SKF轴承类型608),而轴向载荷是4 N。自从讨论了轴承在导通状态的开关模式分析,提出了相关的评价方法在这一节中。

的导电状态属性轴承运行,即开关和轴承阻力的特征 R B 进行评估,通过测量轴承电压和直流电压时的响应电流通过轴承是应用。在这项研究中,重点是particle-initiated故障,因此选择操作点,这样没有故障是由于粗糙点联系。5 V的直流电压不会引起轴承故障,详细讨论和参考测量的结果。作为particle-initiated内部和外部之间的桥梁是由轴承的水沟,电路模型中的开关关闭,代表一个制作的 临时进行电流流动的路径。

使用一个直流电压的原因是确保轴承电压在场总是使检测突然通过润滑剂作为当前连接导电路径。测试电压5 V直流,提供从一个稳定的直流电源(CE-BIT路31)的轴通过滑环接触一个限流电阻( R 限制 = 998年 Ω ),以避免可能的电流在轴承表面引起的损害,测试电路如图 4。轴承电压( V B )= V 0 − V 1 。电流通过轴承作为电压测量电阻分流器( R 分流器 = 82.7 ± 0.5 Ω );和= V 2 / R 分流器 。选择电阻,当前脉冲记录明显区别于0.01 mA的噪音水平,因此选择阈值为0.1 mA排除噪音影响。

轴承的绝缘击穿特征对不同速度和机械载荷在操作期间。当前活动轴承由于particle-initiated故障是由传导的时间百分比(量化 ToC 在测量)。 ToC 是时间的分数(%)轴承在导通状态可以计算方程( 1)。测量窗口( t_总)为每个测试大约是30年代,“ n”是故障事件的总数。故障的数量每秒钟也显示测量的点。故障是规范化每秒对比不同的测试。 (1) ToC = ∑ 1 n 脉冲 持续时间 t 总

的阻力 R B 评估的直流电阻轴承在导通状态从轴承电压和轴承电流的比值。轴承电压和电流通过轴承是使用数据采集卡记录类型的NI USB 6251。数据采集卡提供的最大聚合采样率1 MS / s。因为我们使用两个渠道,采样率将500 k / s /通道。计算轴承阻力在每次故障事件。由于变化可能很大, R B 提出了形式的箱线图显示等显著值中等,连同75^th百分比和25^th百分比形式的数据集的极限。

轴承润滑与测试油样品,带进旋转操作参数设置。在这开始(1)开始,5进行了测量,每个测量持续了30年代。旋转轴承停止2分钟的时间保存积累数据。相同的步骤之后第二(2)开始,第三次开始序列(3)开始。因此,十到十五每润滑剂样本测量完成。本程序采用调查起止的影响在轴承绝缘击穿。

击穿机制将导致低电阻路径,导致放电电压和能量与轴承并行,或者当轴承是一个高频环状电流路径的一部分。粒子提供的低电阻路径连接轴承的内外水沟。绝缘轴承分解的属性时,将会有剩余电阻电流流动的路径,这是一个衡量 R B 。根据粒子的类型,平均值 R B 单个放电活动期间会有很大的波动,如图 11。分析 R_B 对不同粒子在一个固定的浓度水平的150 mg / L显示中值范围28Ω至63Ω示例A1和A2,虽然对A3、A4样品,高5 - 10倍 11。

样本A1的平均价值 R B 仍然保持在28Ω对于所有的测试,虽然相对变化更多的其他类型的粒子,如图 12。

测量数据有75^th和25^th在54Ω百分位值和20Ω示例A1。测量 R B 仍然相当恒定,不会改变的数量开始的轴承,和测试序列。对于示例A1,达成的最小值 R B 发现有一个中值的17Ω这些测试,而最小值 R B 可能达到小于1Ω崩溃期间,可能是由于更大的接触事件。中位数的值 R B 不受浓度影响程度的一种粒子,而是由它的大小。中间值脉冲持续时间大约保持在同一个数量级为所有不同类型的粒子,但大传播与样本A3,可以看到一个大颗粒大小的影响。

放电持续时间的分析表明,不同的颗粒似乎导致故障事件或多或少相同的时间。这可能是由于解决轴承的转速不同的测试。75年^th百分位值的测量脉冲持续时间30不等 µ年代,当最大值可能达到60 µ年代铝粉。铝粉颗粒大于所有其他粒子测试,因此保持更长时间的负荷区,直到他们断裂成更小的粒子。样品的细铁粉A4比铝粉小得多,因此导致较低的值在故障脉冲持续时间。