基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺的制作方法
【專利摘要】一種基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，包括基座臺、驅動電機、飛輪、離合器、旋轉主軸、主試軸承、軸向加載裝置和磁粉制動器，所述驅動電機安裝在基座臺一端，所述驅動電機輸出軸與所述飛輪中心軸的一端連接，所述離合器通過支架安裝在基座臺上，所述飛輪中心軸的另一端與離合器的輸入端連接，所述離合器的輸出端與所述旋轉主軸的一端連接，所述磁粉制動器安裝在基座臺另一端，所述旋轉主軸另一端與磁粉制動器的制動軸連接，所述主試軸承安裝在所述旋轉主軸上并固定在所述基座臺上。本發(fā)明提供一種有效模擬旋轉沖擊載荷、軸承軸向加載便捷、降低成本的基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺。
【專利說明】基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸承軸向加載的沖擊試驗臺，尤其是一種基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺。
【背景技術】
[0002]風電齒輪箱的主要作用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉速。風電齒輪箱的機構采用兩級行星傳動加上一級平行軸傳動，通常低速級和中間級的兩級行星傳遞結構在使用過程中表現較為穩(wěn)定，但是作為風電齒輪箱傳動的末端，高速軸軸承受到較大的動態(tài)軸向力，且作為風電齒輪箱與發(fā)電機的中間連接端，高速軸軸承在發(fā)電開始和結束時往往需要承受較大的沖擊轉向載荷，出現故障的情況比較多，這種故障一般表現為軸承軸向竄動嚴重，滾道潤滑不充分，溫度異常，軸承滾子表面軟化形成點蝕剝落甚至碎裂，為避免上述問題，一般需要對設計生產的風電高速軸軸承進行軸向加載條件下的沖擊試驗，通過對軸承使用過程中受到的沖擊載荷模擬來驗證其品質的可靠性。
[0003]傳統(tǒng)的軸承試驗裝置通常會對軸承進行軸向、徑向或者復合的加載，并在加載條件下進行疲勞壽命試驗，而在軸承的實際使用過程中發(fā)現軸承很難達到實驗室環(huán)境下所做的疲勞壽命，這因為常規(guī)的軸承疲勞壽命試驗裝置只能采用固定旋轉負載模擬裝置如慣性輪、剎車，某些試驗裝置為了節(jié)約能效采用電封閉技術實施，但是由于發(fā)電機的頻響特性，電封閉裝置只能模擬出變化特性較慢的負載曲線，而無法做到軸承轉動過程中的沖擊載荷試驗，因此常規(guī)疲勞壽命試驗只能做出軸承在負載變化特性不大情況下的使用壽命，此外，現有的軸承軸向加載技術一般包括液壓加載、氣動加載、機械加載，液壓加載的功率較大，加載曲線精確，但是頻響較差，實施成本高，氣動加載的加載過程特性不可控且氣動元件的易損，機械加載可以實現較為精確的加載且頻響較好，但是加載裝置的搭建需要占用一定的空間且柔性較差，對于不同的試驗對象需要采用不同的工裝進行方案實施。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現有的軸承試驗裝置無法對軸承進行沖擊載荷模擬、軸承軸向加載裝置實施復雜、成本較高的不足，本發(fā)明提供一種有效模擬旋轉沖擊載荷、軸承軸向加載便捷、降低成本的基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是:
[0006]一種基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，包括基座臺、驅動電機、飛輪、離合器、旋轉主軸、主試軸承、軸向加載裝置和磁粉制動器，所述驅動電機安裝在基座臺一端，所述驅動電機輸出軸與所述飛輪中心軸的一端連接，所述離合器通過支架安裝在基座臺上，所述飛輪中心軸的另一端與離合器的輸入端連接，所述離合器的輸出端與所述旋轉主軸的一端連接，所述磁粉制動器安裝在基座臺另一端，所述旋轉主軸另一端與磁粉制動器的制動軸連接，所述主試軸承安裝在所述旋轉主軸上并固定在所述基座臺上；[0007]所述軸向加載裝置包括環(huán)形磁鋼、環(huán)形電磁鐵、直線滑軌和直線電機，所述環(huán)形磁鋼套裝在所述旋轉主軸的上，所述直線滑軌安裝在基座臺上，所述環(huán)形電磁鐵可左右滑動的安裝在所述直線滑軌上，所述旋轉主軸同軸心穿過所述環(huán)形電磁鐵的中心環(huán)，所述直線電機安裝在基座臺上，直線電機的輸出軸與所述環(huán)形電磁鐵的基座固定連接，所述直線電機的輸出軸與所述環(huán)形電磁鐵沿所述直線導軌方向實現聯動。
[0008]進一步,所述旋轉主軸中間加工有一個軸向加載臺階,所述軸向加載臺階與所述主試軸承內圈外側貼合，通過軸向加載臺階的擠壓作用向主試軸承施加軸向力，軸向加載臺階的邊緣外徑應大于主試軸承的內圈內徑且小于內圈的外徑。
[0009]更進一步，所述沖擊試驗臺還包括陪試軸承，陪試軸承安裝在所述旋轉主軸的一端并固定在所述基座臺上，所述陪試軸承位于所述離合器和所述主試軸承之間。該優(yōu)選方案中，采用一個陪試軸承，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。
[0010]優(yōu)選的，所述環(huán)形電磁鐵采用直流供電，磁場方向為沿著旋轉主軸的中心軸方向，所述環(huán)形電磁鐵可以通過改變直流電流的正、負極流向來改變磁場的南、北極方向。
[0011]優(yōu)選的，所述磁粉制動器尾部安裝有風冷式散熱器，用以對磁粉制動器進行降溫，防止制動器內部的磁粉溫度過高而失效，作為優(yōu)選的另一種方案，當試驗臺進行300%的超負荷沖擊試驗時，所述磁粉制動器尾部需要安裝水冷式散熱器，通過循環(huán)水冷用以降溫冷卻。
[0012]本發(fā)明的技術構思為:通過飛輪和離合器的加載模擬軸承沖擊加速過程，通過磁粉制動器可編程制動實現軸承沖擊減速過程，采用環(huán)形電磁鐵和環(huán)形磁鋼的電磁相互作用對軸承實現軸向加載。
[0013]本發(fā)明的有益效果主要表現在:(I)通過飛輪裝置以及磁粉制動器可真實有效對軸承進行沖擊試驗；(2)采用電磁加載對軸承進行加載，實施裝置簡潔，成本較低；(3)利用直線電機響應速度快，控制精度高的特點對軸承可以進行有效的動態(tài)加載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是軸承軸向加載沖擊試驗臺的等軸測視圖。
[0015]圖2是軸承軸向加載沖擊試驗臺的俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0017]參照圖1和圖2，一種基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，包括基座臺1、驅動電機2、飛輪3、離合器4、旋轉主軸5、主試軸承6、陪試軸承7、軸向加載裝置8和磁粉制動器9，
[0018]所述驅動電機2為三相變頻調速電機，作為試驗臺的旋轉驅動源，電機選用安徽皖南電機，型號YVF2-90S-4，額定功率為1.lkW，額定轉速1500rpm，變頻范圍為5?100Hz，所述驅動電機2安裝在基座臺I 一端，所述驅動電機2輸出軸與所述飛輪3中心軸的一端通過膜片式聯軸器連接，所述離合器4選用電磁離合器，采用24V直流供電，供電功率為20W，靜摩擦轉矩25N.m，動摩擦轉矩20N.m，所述離合器3-1通過3個位于同一圓周120°等角度間隔的螺紋孔安裝在L型支架上，所述飛輪3中心軸的另一端與離合器4的輸入端通過平鍵固定連接，所述離合器4的輸出端與所述旋轉主軸5的一端通過聯軸器連接，所述磁粉制動器9安裝在基座臺I的另一端，所述旋轉主軸5的另一端與磁粉制動器9的制動軸通過聯軸器連接，所述主試軸承6安裝在所述旋轉主軸5上并固定在所述基座臺I上，所述旋轉主軸5中間有一個軸向加載軸肩5-1,所述軸向加載軸肩5-1與所述主試軸承6內圈的外側貼合，通過軸向加載臺階5-1的軸向擠壓向主試軸承6施加軸向力，軸向加載臺階的邊緣外徑應大于主試軸承的內圈內徑且小于內圈的外徑，所述陪試軸承7安裝在所述旋轉主軸5的一端并固定在所述基座臺I上，所述陪試軸承7位于所述離合器4和所述主試軸承6之間，陪試軸承的作用是為了給旋轉主軸5提供穩(wěn)定的支承點并給主試軸承6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6型號一致。
[0019]所述軸向加載裝置8包括環(huán)形磁鋼8-1、環(huán)形電磁鐵8-2、直線滑軌8_3和直線電機8-4，所述環(huán)形磁鋼8-1采用釹鐵硼強力磁鐵，選用MO牌號的磁材料，表面鍍鎳，所述環(huán)形磁鋼8-1套裝在所述旋轉主軸5上，一側通過軸肩定位，另一側通過限位螺釘定位，從而保證環(huán)形磁鋼8-1在軸向固定，所述直線滑軌8-3通過螺栓安裝在基座臺I上，所述直線滑軌8-3采用標準件，型號MGN12H，活動行程為200mm，所述環(huán)形電磁鐵8_2采用線圈式環(huán)形電磁鐵，額定工作電壓為36V，最大吸力可達150Kg，啟動功率為500VA，吸持功率為90VA，所述環(huán)形電磁鐵8-2的底座可左右滑動的安裝在所述直線滑軌8-3上，所述旋轉主軸5同軸心穿過所述環(huán)形電磁鐵8-2的中心環(huán)，所述旋轉主軸5與所述環(huán)形電磁鐵8-2之間有間隙，所述直線電機8-4額定電壓為24V直流，輸出軸行程為150mm，輸出推力750N，所述直線電機8-4安裝在基座臺I上，直線電8-4機的輸出軸與所述環(huán)形電磁鐵8-2的基座固定連接，所述直線電機8-4的輸出軸與所述環(huán)形電磁鐵8-2沿所述直線導軌8-3方向實現聯動。
[0020]本實施例中，所述主試軸承6模擬沖擊加減速的實施步驟如下，初始離合器4處于脫開狀態(tài)，磁粉制動器9處于無磁狀態(tài)，驅動電機2帶動飛輪3旋轉到一定轉速后，離合器4吸合,此時由于飛輪3的高速轉動通過離合器4帶動旋轉主軸5沖擊加速，完成主試軸承6的沖擊加速加載；當旋轉主軸5在較高轉速平穩(wěn)運行時，通過可編程的磁粉制動器9施加急劇負載，對旋轉主軸5進行減速，完成對所述主試軸承6的沖擊負載試驗。
[0021]所述軸向加載裝置8通過環(huán)形電磁鐵8-2和環(huán)形磁鋼8-1的相互作用實現主試軸承6的軸向加載過程，所述環(huán)形電磁鐵8-2上電后產生一個沿軸向的磁場，環(huán)形磁鋼8-1為永磁體，自身具有一個沿軸向的磁場，所述環(huán)形電磁鐵8-2通過直線電機8-4的直線往復運動實現對環(huán)形磁鋼8-1的動態(tài)加載，環(huán)形磁鋼8-1通過旋轉主軸5的軸向加載軸肩對主試軸承5實施軸向加載，此外，直線電機8-4的頻響特別較高，可以實現比較高的加速度運動，因此可以對主試軸承6實現頻率較高的動態(tài)加載。
【權利要求】
1.一種基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，其特征在于:所述沖擊試驗臺包括基座臺、驅動電機、飛輪、離合器、旋轉主軸、主試軸承、軸向加載裝置和磁粉制動器，所述驅動電機安裝在基座臺一端，所述驅動電機輸出軸與所述飛輪中心軸的一端連接，所述離合器通過支架安裝在基座臺上，所述飛輪中心軸的另一端與離合器的輸入端連接，所述離合器的輸出端與所述旋轉主軸的一端連接，所述磁粉制動器安裝在基座臺另一端，所述旋轉主軸另一端與磁粉制動器的制動軸連接，所述主試軸承安裝在所述旋轉主軸上并固定在所述基座臺上； 所述軸向加載裝置包括環(huán)形磁鋼、環(huán)形電磁鐵、直線滑軌和直線電機，所述環(huán)形磁鋼套裝在所述旋轉主軸的上，所述直線滑軌安裝在基座臺上，所述環(huán)形電磁鐵可左右滑動的安裝在所述直線滑軌上，所述旋轉主軸同軸心穿過所述環(huán)形電磁鐵的中心環(huán)，所述直線電機安裝在基座臺上，所述直線電機的輸出軸與所述環(huán)形電磁鐵的基座固定連接，所述直線電機的輸出軸與所述環(huán)形電磁鐵沿所述直線導軌方向實現聯動。
2.如權利要求1所述的基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，其特征在于:所述旋轉主軸中間加工有一個軸向加載臺階，所述軸向加載臺階與所述主試軸承內圈外側貼合，軸向加載臺階的邊緣外徑大于主試軸承的內圈內徑且小于內圈的外徑。
3.如權利要求1或2或所述的基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，其特征在于:所述沖擊試驗臺還包括陪試軸承，所述陪試軸承安裝在所述旋轉主軸的一端并固定在所述基座臺上，所述陪試軸承位于所述離合器和所述主試軸承之間。
4.如權利要求1或2或所述的基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，其特征在于:所述環(huán)形電磁鐵為直流供電電磁鐵，所述環(huán)形電磁鐵的磁場方向為沿著旋轉主軸的中心軸方向。
5.如權利要求1或2或所述的基于風電高速軸軸承軸向加載的沖擊試驗臺，其特征在于:所述磁粉制動器尾部安裝有用以對磁粉制動器進行降溫的風冷式散熱器。
【文檔編號】G01M13/04GK103630319SQ201310509182
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權日:2013年10月24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