摘 要

滑动轴承的摩擦磨损主要是由压力和温度场的分布决定的。目前，对滑动轴承的摩擦磨损特性的研究也主要从压力和温度场的分布这两个方向进行。本文主要从研究温度场分布的角度入手，探讨获取滑动轴承轴瓦温度场分布的方法。

本文首先介绍了滑动轴承温度测量技术和光纤光栅温度传感器的国内外研究现状，研究了光纤光栅温度传感的原理；接着本文根据要测量的对象提出了两种不同封装的测量方案，通过有限元仿真和实验分析对比两种方案后，证明铜管封装的光纤光栅压入巴氏合金内部可以有效的进行金属内部测温，并且能够保证光纤的安全运行以及测温的相对准确性。然后本文对铜管封装的传感光栅进行了静态特性的标定。最后是本文研究成果的总结和展望。

关键词：光纤光栅温度传感器；分布式测量；滑动轴承；温度分布

Abstract

The abrasion of sliding bearing is mainly caused by pressure and temperature distribution inside. So, currently, the researches on the abrasion of sliding bearing is mostly focus on studying pressure and temperature distribution. This paper discusses the problem from the angle of temperature distribution, and tries to design a temperature sensor to measure the temperature distribution inside the sliding bearing.

First of all, this paper introduces the research status of sliding bearing temperature measurement technology and FBG temperature sensors and the principles of FBG temperature sensing. Secondly, according to the object to be measured, this paper proposes two different FBG hosing measurement program. After finite element analysis and experimental analysis comparison of two program, it is proved that the FBG protected by brass can be set inside the bearing alloy and measure the internal temperature effectively and safety. Then, this paper standardizes the static characteristics of the FBG protected by brass. At last, this paper summarizes the research results in this article and a look into the future of FBG technology development.

Key Words：FBG temperature sensors；distributed measurement；sliding bearing；temperature distribution

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景以及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1轴承温度测量技术发展现状 1

1.2.2光纤光栅温度传感器技术发展现状 3

1.3 论文研究内容及安排 4

第2章 光纤光栅传感原理 6

2.1光纤光栅传感的理论分析 6

2.2光纤光栅温度传感模型分析 7

2.3光纤光栅的波分复用技术 7

第3章 光纤光栅温度传感器封装设计 9

3.1引言 9

3.2方案论述 9

3.2.1设计目标 9

3.2.2技术方案简述 10

第4章 方案可行性研究 12

4.1铜管应力仿真分析 12

4.2铜管温度分布仿真分析 15

4.3铜管压力实验 18

4.4温度传感实验 22

4.5最终方案选择 27

第5章 光纤光栅温度传感器的标定 28

5.1传感器标定的方法 28

5.2标定实验 28

5.2.1实验过程 28

5.2.2数据分析 29

第6章 总结与展望 32

6.1总结 32

6.2展望 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1 选题背景以及意义

轴承是机械设备中不可或缺的一个组成部分，轴承发生故障是影响机械设备正常运转的一个关键因素。从摩擦的性质上比较，滑动轴承的摩擦系数比滚动轴承更大，因此也更容易产生磨损导致失效。轴承的故障大多是由于摩擦发热或者振动损坏。如果轴承温度过高或者振动异常，将会导致机械设备不能持续运作，降低企业的生产效益，甚至会对人身安全产生威胁。所以，对滑动轴承的内部的摩擦磨损特性进行分析是很重要的。滑动轴承的摩擦磨损主要受到压力和温度场分布的影响，所以，研究滑动轴承的摩擦磨损特性应该从压力和温度场的分布这两个方向进行。本文主要从研究温度场分布的角度入手，探讨获取滑动轴承轴瓦温度场分布的方法。

轴瓦的温度场分布可以通过理论仿真分析和实验测量这两种方法获得。理论仿真分析的方法主要是通过滑动轴承的材料的热属性和各种边界条件，来进行热对流和热传导的计算，从而得到滑动轴承轴瓦的温度场。而在实际运动状态下，滑动轴承材料的热扩散系数、导热系数、比热容等属性都会随温度的变化而变化，而且机械传热的复杂过程让边界条件很难准确把握。因此，理论仿真分析不能得到准确的温度分布，但是可以作为实验测量的一种辅助手段，帮助改进测量的方案。实验测量的方法是通过温度传感器测量轴瓦的温度分布。但是传统的电类温度传感器受限于易受电磁干扰、多点测量时布线复杂等因素，用于测量轴承温度分布时效果不佳。

正是由于传统温度传感器的种种局限，光纤光栅温度传感器异军突起，在各个领域引起了人们的关注。光纤光栅传感器具有电绝缘、耐腐蚀、抗电磁干扰、灵敏度高等传统传感器没有的特点，而且易于组成分布式传感网络。因此，本文考虑将光纤光栅测量技术运用到获取滑动轴承轴瓦的温度分布中。

1.2国内外研究现状

1.2.1轴承温度测量技术发展现状

在轴承的运转过程中，温度是决定轴承工作稳定性的重要条件。轴承的温度是由散热量和产热量共同决定的。如果产热量长时间大于散热量，温度就会逐渐升高。当温度提升到一定程度时，就会出现热失稳。温度升高会引起热膨胀从而改变轴承的刚度和游隙，另一方面，也会导致润滑油黏度下降，影响到润滑性能。

研究轴承温度分布是分析故障的一种重要手段。研究轴承温度分布的方法主要分为理论仿真和实验测量。理论仿真主要是通过有限元法和热网络法，结合热力学的方法和理论来分析轴承的温度场分布。有学者从理论的角度提出了计算轴承温度分布的方法，设计出一套分析软件；也有学者设计出用于测量轴承温度的传感器通过实验测量的方式用来获取轴承的温度分布。以下是国内外轴承温度分布研究的发展现状。