軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺的制作方法
【專利摘要】一種軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，驅動電機安裝在臺架一端，驅動電機的輸出軸與旋轉主軸一端連接，旋轉主軸另一端與負載電機的輸入軸，主試軸承安裝在旋轉主軸上并固定在臺架上；徑向動態(tài)加載裝置包括加載爪、伸縮彈簧套筒、直線滑塊、升降直線滑軌和加載支架，加載支架固定在臺架上，升降直線滑軌固定在加載支架上，直線滑塊可上下滑動地安裝在升降直線滑軌內，伸縮彈簧套筒一端與直線滑塊固定連接，伸縮彈簧套筒的另一端與加載爪頂部端面固定連接，加載爪的底部呈圓弧型并與旋轉主軸接觸，直線滑塊與用以帶動直線滑塊上下滑動的加載傳動機構連接。本發(fā)明可實現任意變化形式的徑向動態(tài)加載、能耗較低、實施成本較低。
【專利說明】軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸承加載試驗裝置，尤其是一種軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺。
【背景技術】
[0002]滾動軸承被廣泛應用于機械系統中，其質量直接影響著機械系統的性能。在機械設備上，若軸承出現損壞，輕則會影響設備運行的穩(wěn)定性以及可靠性，重則會造成嚴重的事故，尤其在風力發(fā)電等設備上，軸承往往承受比較惡劣的工況，一旦軸承失效往往造成較大的經濟損失甚至人員傷亡。為了保證軸承長期有效的運行，軸承一般需要經過大量的測試和性能評估，因此需要一種軸承加載試驗裝置，通過模擬實際運行工況對軸承性能進行測試。傳統的軸承徑向加載裝置多為靜態(tài)加載，且現有的動態(tài)加載技術包括氣動加載、液壓加載以及機械加載，氣動加載響應較快，可以通過直線氣缸在某一方向上對被測試元器件進行往復式的直線沖擊加載，但是由于氣動元件特性導致加載過程不可控，且加載功率由于氣源功率以及氣動元件的成本等因素而受到限制，液壓加載的加載方式與氣動加載類似，可以實現較大功率的加載且加載過程較為精確，但是由于液壓元器件自身特性導致加載過程中的頻響特性較低，且實施成本較高，液壓加載一般作為靜態(tài)加載的一種技術被廣泛應用，傳統機械加載的規(guī)律形式單一，如通過重物或者螺栓在某一方向上對被測元器件實施靜態(tài)加載力，或者通過彈簧裝置在某一方向上對被測元器件施加一個周期恒定的沖擊載荷，上述幾種加載方式均無法有效對軸承進行真實的動態(tài)加載模擬以及長時間的運行測試。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服已有動態(tài)軸承加載形式單一、實施能耗較大、成本較高的不足，本發(fā)明提供一種可實現任意變化形式的徑向動態(tài)加載、能耗較低、實施成本較低的軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0005]一種軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，所述試驗臺包括臺架、驅動電機、旋轉主軸、主試軸承、負載電機和徑向動態(tài)加載裝置，所述驅動電機安裝在臺架一端，所述驅動電機的輸出軸與所述旋轉主軸一端連接，所述旋轉主軸另一端與所述負載電機的輸入軸連接，所述主試軸承安裝在所述旋轉主軸上并固定在所述臺架上；
[0006]所述徑向動態(tài)加載裝置包括加載爪、伸縮彈簧套筒、直線滑塊、升降直線滑軌和加載支架，所述加載支架固定在所述臺架上，所述升降直線滑軌固定在加載支架上，所述直線滑塊可上下滑動地安裝在所述升降直線滑軌內，所述伸縮彈簧套筒一端與所述直線滑塊固定連接，所述伸縮彈簧套筒的另一端與所述加載爪頂部端面固定連接，所述加載爪的底部呈圓弧型并與所述旋轉主軸接觸，所述直線滑塊與用以帶動所述直線滑塊上下滑動的加載傳動機構連接。[0007]進一步，所述加載爪的底部沿圓弧均勻安裝有圓柱滾動體，所述滾動體與所述旋轉主軸滾動接觸。當然，也可以采用其他多點接觸的加載爪的結構，只要能夠將加載力均勻的傳遞到旋轉主軸即可。
[0008]更進一步，所述試驗臺還包括兩個陪試軸承，兩個陪試軸承對稱安裝在所述旋轉主軸兩端并固定在所述臺架上，所述主試軸承位于所述旋轉主軸正中，所述主試軸承與兩側所述陪試軸承間隔距離相等。該優(yōu)選方案中，采用兩個陪試軸承，能夠提供更好的測試環(huán)境，優(yōu)選的，所述陪試軸承與主試軸承的型號一致。
[0009]再進一步，所述加載傳動機構包括加載電機、同步帶傳動裝置以及加載曲柄，所述同步帶傳動裝置包括同步帶主動輪、同步帶從動輪以及同步帶，所述加載電機固定在臺架上，所述同步帶主動輪安裝在所述加載電機的輸出軸端，所述同步帶從動輪與所述加載曲柄安裝在同一根傳動軸上，所述傳動軸通過附加軸承和軸承座安裝在所述加載支架上，所述同步帶主動輪與同步帶從動輪通過同步帶連接，所述加載曲柄的偏心位置的銷軸套裝在與連桿上端的銷軸孔內，所述連桿的下端與所述直線滑塊鉸接。上述方案提供了一個優(yōu)選的方案，當然，只要能夠驅動所述直線滑塊上下滑動，實現徑向加載，也可以選用其他往復機構。
[0010]優(yōu)選的，所述試驗臺還包括測控系統，所述測控系統包括測量系統，所述測量系統包括加速度傳感器、熱電偶、光電編碼器、數據采集卡、工控機，所述加速度傳感器安裝于所述主試軸承座的頂端和水平端，所述熱電偶安裝于所述主試軸承的外圈，所述光電編碼器安裝在所述負載電機尾部，所述速度傳感器、熱電偶、光電編碼器與所述數據采集卡連接，所述數據采集卡與所述工控機連接。
[0011]所述測控系統還包括電氣控制系統，所述電氣控制系統包括三相電源整流模塊、直流母線、第一變頻控制器、第二變頻控制器和第三變頻控制器，所述三相電源整理模塊與所述直流母線連接，所述直流母線與所述第一變頻控制器、第二變頻控制器和第三變頻控制器連接，所述第一變頻控制器與所述驅動電機連接，所述第二變頻控制器與所述負載電機連接，所述第三變頻控制器與所述加載電機連接。
[0012]本發(fā)明的技術構思為:通過對旋轉主軸多點滾動接觸的徑向加載，將徑向載荷較為均勻的加載到主試軸承，避免單點加載導致的載荷不均，結合曲柄滑塊機構往復運動特性以及變頻調速電機的特性實現對主試軸承不定周期的沖擊加載，通過電封閉技術實現試驗過程中能量的回收循環(huán)，節(jié)約能源。
[0013]本發(fā)明的有益效果主要表現在:(I)可實現任意變化形式徑向動態(tài)加載，真實模擬軸承實際運行工況；(2)為軸承的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷提供一個實時試驗平臺；(3)系統可長時間自動化運行，檢測精度較高，能耗較低，降低了實施成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是軸承徑向加載試驗臺的結構示意圖。
[0015]圖2是軸承徑向動態(tài)加載裝置的結構示意圖。
[0016]圖3是測量系統的示意圖。
[0017]圖4是電氣控制系統的示意圖?！揪唧w實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0019]參照圖1?圖4，一種軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，包括臺架1、驅動電機2、旋轉主軸3、主試軸承4、陪試軸承5、徑向動態(tài)加載裝置6、負載電機7、加載傳動機構8，
[0020]所述驅動電機2為三相變頻調速電機，用以模擬旋轉機械的驅動源，電機選用安徽皖南電機，型號為YVF2-90S-4，額定功率為1.1kff,額定轉速1500rpm，變頻范圍為5?100Hz，所述驅動電機2安裝在臺架I的一端，所述驅動電機2通過膜片式聯軸器連接所述旋轉主軸3 —端并帶動旋轉主軸3聯動旋轉，所述陪試軸承5數量為兩個，陪試軸承的作用是為了給旋轉主軸3提供穩(wěn)定的支承點并給主試軸承4提供一個良好的旋轉測試環(huán)境，選用型號與所述主試軸承4型號一致，所述陪試軸承5分別安裝于所述旋轉主軸4的兩端并固定在臺架I上，所述主試軸承4安裝在所述旋轉主軸3的正中并固定在臺架I上，所述主試軸承4與兩側所述陪試軸承5間隔距離相等，所述負載電機7的選用型號與所述驅動電機2型號一致，用以模擬旋轉機械的負載，所述負載電機7安裝在臺架I的另一端，所述旋轉主軸3的另一端通過膜片式聯軸器連接并帶動所述負載電機7的輸出軸旋轉，機械能量的傳遞方向為:驅動電機2—旋轉主軸3—負載電機7，所述驅動電機處于正向電動狀態(tài)，所述負載電機7處于反饋發(fā)電制動狀態(tài)。
[0021]所述徑向動態(tài)加載裝置6包括加載爪6-1、伸縮彈簧套筒6-2、直線滑塊6-3、升降直線滑軌6-4、加載支架6-5，所述升降直線滑軌6-4固定在所述加載支架6-5上，所述直線滑塊6-3安裝在升降直線滑軌6-4內，所述伸縮彈簧套筒6-2的一端與直線滑塊6-3用螺栓固定連接，伸縮彈簧套筒6-2的另一端與加載爪6-1頂部端面用螺栓固定連接，所述加載爪6-1呈圓弧型，弧度為96°，底部沿圓弧均勻安裝有4個可自由滾動的圓柱滾動體6-1-1，所述滾動體與6-1-1所述旋轉主軸3的表面滾動接觸，所述直線滑塊6-3沿著升降直線滑軌6-4上下滑動壓縮所述伸縮彈簧套筒6-2的長度，通過所述加載爪6-1的圓柱滾動體6-1-1對旋轉主軸3施加徑向力的加載，進而通過旋轉主軸3向所述主試軸承4施加徑向加載；
[0022]所述加載傳動機構8包括加載電機8-1、同步帶傳動裝置8-2、曲柄滑塊機構8_3，所述同步帶傳動裝置包括同步帶主動輪8-2-1、同步帶從動輪8-2-2以及同步帶8-2-3,所述同步帶主動輪8-2-1通過平鍵安裝在所述加載電機8-1的輸出軸，所述同步帶從動輪通過鍵固定在所述曲柄滑塊機構8-3的主軸8-3-1上，所述加載電機8-1通過同步帶傳動裝置帶動主軸8-3-1,所述曲柄滑塊機構8_3包括主軸8_3_1、曲柄盤8_3_2、連桿8_3_3，所述曲柄盤8-3-2通過平鍵安裝主軸8-3-1的外側，所述連桿8-3-3 —端與曲柄盤8_3_2通過短軸連接，所述連桿8-3-3的另一端與直線滑塊6-3通過短軸轉動連接。
[0023]所述測控系統9包括數據采集系統9-1、電氣控制系統9-2，所述測量裝置包括加速度傳感器9-1-1、熱電偶9-1-2、光電編碼器9-1-3、數據采集卡9-1-4、工控機9_1_5，所述加速度傳感器9-1-1選用美國Dytran公司生產的內置放大電路的壓電式加速度傳感器，型號為3023A，靈敏度為10mV/g，頻響特性為1.5到5000Hz，量程為50g，所述加速度傳感器9-1-1通過螺紋固定于所述主試軸承座的頂端和水平端，用以測量主試軸承水平方向和豎直方向的兩路振動加速度信號，所述熱電偶9-1-2選用T型熱電偶，安裝于所述主試軸承的外圈，用以測量主試軸承的溫度變化，所述光電編碼器9-1-3選用1000線/轉、AB兩相輸出的編碼器，安裝在所述負載電機7尾部，所述數據采集卡9-1-4為選用美國國家儀器公司生產的PICe-6320多功能數據采集卡，其中包括8路模擬量輸入和24路數字IO 口，其中數模轉換方式為S-A型，轉換精度為16位，8路最大轉換速率為250kS/s，數字量輸入信號為TTL電平，所述數據采集卡9-1-4將加速度信號、溫度信號、編碼器信號分別采集后通過PCI總線傳輸給工控機9-1-5，所述電氣控制系統包括變頻控制器、三相電源整流模塊9-2-2、以及直流母線9-2-3，所述變頻控制器選用西門子公司的S120單機變頻器，內部含有整流單元和逆變單元，所述驅動電機2通過第一變頻控制器9-2-1-1連接到所述直流母線上9-2-3，所述負載電機7通過第二變頻控制器9-2-1-2連接到所述直流母線9_2_3上，所述加載電機8-1通過第三變頻控制器9-2-1-3連接到所述直流母線上9-2-3，所述三相電源整流模塊9-2-2 —端與工業(yè)三相電連接，另一端與所述直流母線9-2-3連接。
[0024]本實施例中，所述電氣控制系統與驅動電機2、旋轉主軸3、負載電機7構成電封閉系統，所述三相電源整流模塊9-2-2將工業(yè)三相電整流成直流電，能量以直流電的形式存儲在直流母線9-2-3中，第一變頻控制器9-2-1-1通過內部的逆變單元將直流電逆變至驅動電機2所需的三相交流電壓，按設定的轉速和轉矩變頻控制驅動電機2工作在正向電動狀態(tài)，驅動電機2通過旋轉主軸3帶動負載電機7，第二變頻控制器二 -2-1-2控制負載電機7工作在反饋發(fā)電制動狀態(tài)，并將其產生的交流電通過內部的整流單元整流成直流電反饋到直流母線9-2-3中，由于機械傳動效率較高，因此三相電源整流模塊9-2-2只需從工業(yè)三相電中獲取少量電能來補償系統運行損耗的能量以及加載電機8-1加載所需的能量即可滿足其循環(huán)運行。
[0025]徑向動態(tài)加載裝置6與加載傳動機構8完成對主試軸承4加載過程，加載電機8-1通過同步帶傳動裝置8-2帶動曲柄滑塊機構8-3運行，將加載電機8-1的旋轉運動轉換成直線滑塊直線6-3往復的直線運動，直線滑塊6-3通過伸縮彈簧套筒6-2的緩沖裝置以及加載爪6-1完成對主試軸承4的動態(tài)沖擊徑向加載，加載電機的加載規(guī)律可通過變頻控制器三實現控制，對主試軸承完成任意加載曲線的徑向沖擊加載。
[0026]數據采集系統9-1的軟件部分在美國國家儀器公司開發(fā)的圖形化編程軟件LabVIEW2010平臺上編寫完成，完成對主試軸承4運行狀態(tài)的監(jiān)控和特征信號提取，由于主試軸承4運行過程中并非一直處于勻速轉動狀態(tài)，振動信號往往是非平穩(wěn)信號，將光電編碼器9-1-3安裝在負載電機7尾部來獲取主試軸承4旋轉時的等角度采樣觸發(fā)信號，通過對在角域的振動信號進行快速傅里葉變換，即階次分析，進而對被測軸承的振動信號進行故障診斷。
【權利要求】
1.一種軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，其特征在于:所述試驗臺包括臺架、驅動電機、旋轉主軸、主試軸承、負載電機和徑向動態(tài)加載裝置，所述驅動電機安裝在臺架一端，所述驅動電機的輸出軸與所述旋轉主軸一端連接，所述旋轉主軸另一端與所述負載電機的輸入軸連接，所述主試軸承安裝在所述旋轉主軸上并固定在所述臺架上； 所述徑向動態(tài)加載裝置包括加載爪、伸縮彈簧套筒、直線滑塊、升降直線滑軌和加載支架，所述加載支架固定在所述臺架上，所述升降直線滑軌固定在加載支架上，所述直線滑塊可上下滑動地安裝在所述升降直線滑軌內，所述伸縮彈簧套筒一端與所述直線滑塊固定連接，所述伸縮彈簧套筒的另一端與所述加載爪頂部端面固定連接，所述加載爪的底部呈圓弧型并與所述旋轉主軸接觸，所述直線滑塊與用以帶動所述直線滑塊上下滑動的加載傳動機構連接。
2.如權利要求1所述的軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，其特征在于:所述加載爪的底部沿圓弧均勻安裝有圓柱滾動體，所述滾動體與所述旋轉主軸滾動接觸。
3.如權利要求1或2所述的軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，其特征在于:所述試驗臺還包括兩個陪試軸承，兩個陪試軸承對稱安裝在所述旋轉主軸兩端并固定在所述臺架上，所述主試軸承位于所述旋轉主軸正中，所述主試軸承與兩側所述陪試軸承間隔距離相等。
4.如權利要求1或2所述的軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，其特征在于:所述加載傳動機構包括加載電機、同步帶傳動裝置和加載曲柄，所述同步帶傳動裝置包括同步帶主動輪、同步帶從動輪以及同步帶，所述加載電機固定在臺架上，所述同步帶主動輪安裝在所述加載電機的輸出軸端，所述同步帶從動輪與所述加載曲柄安裝在同一根傳動軸上，所述傳動軸通過附加軸承和軸承座安裝在所述加載支架上，所述同步帶主動輪與同步帶從動輪通過同步帶連接，所述加載曲柄的偏心位置的銷軸套裝在與連桿上端的銷軸孔內，所述連桿的下端與所述直線滑塊鉸接。
5.如權利要求4所述的軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，其特征在于:所述試驗臺還包括測控系統，所述測控系統包括測量系統，所述測量系統包括加速度傳感器、熱電偶、光電編碼器、數據采集卡、工控機，所述加速度傳感器安裝于所述主試軸承座的頂端和水平端，所述熱電偶安裝于所述主試軸承的外圈，所述光電編碼器安裝在所述負載電機尾部，所述速度傳感器、熱電偶、光電編碼器與所述數據采集卡連接，所述數據采集卡與所述工控機連接。
6.如權利要求5所述的軸承徑向動態(tài)加載故障模擬診斷試驗臺，其特征在于:所述測控系統還包括電氣控制系統，所述電氣控制系統包括三相電源整流模塊、直流母線、第一變頻控制器、第二變頻控制器和第三變頻控制器，所述三相電源整流模塊與所述直流母線連接，所述直流母線與所述第一變頻控制器、第二變頻控制器和第三變頻控制器連接，所述第一變頻控制器與所述驅動電機連接，所述第二變頻控制器與所述負載電機連接，所述第三變頻控制器與所述加載電機連接。
【文檔編號】G01M13/04GK103616180SQ201310497656
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】魏燕定, 傅雷, 林晨陽, 龔韻秋, 郭遠晶, 周曉軍 申請人:浙江大學