本發(fā)明涉及一種滾動軸承實驗臺，尤其涉及一種螺桿夾緊的階梯軸式多尺寸滾動軸承故障模擬實驗臺。

背景技術：

滾動軸承是現(xiàn)代機械設備中一種非常重要的標準零件，其支撐著機械設備中的旋轉(zhuǎn)軸，并起著降低旋轉(zhuǎn)運動摩擦系數(shù)和保證回轉(zhuǎn)精度的作用。在很多情況下，滾動軸承運行環(huán)境為高溫、高轉(zhuǎn)速或者變轉(zhuǎn)速、重載荷或者變載荷工況，如高速列車、風力發(fā)電機、礦山機械與汽車等；此外，滾動軸承還可能會運行于潤滑不良、異物侵入等惡劣工況下。這些因素使得滾動軸承容易出現(xiàn)點蝕、裂紋、磨損或者剝落等損傷，而滾動軸承損傷最終又會引發(fā)機械設備故障，其后果輕則使得設備停機，造成經(jīng)濟損失，重則導致安全事故。因此，有必要研究或者探索行之有效的滾動軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障預測、診斷方法，以提高機械設備的運行效率與生產(chǎn)效益。而為達到研究或者探索的目的，則通常需要構建一套合適的滾動軸承故障模擬實驗臺。

滾動軸承安裝基本上都是外圈固定、內(nèi)圈可旋轉(zhuǎn)，但滾動軸承一旦安裝之后，安裝機構就很難改變。由于滾動軸承的規(guī)格非常多，寬度與內(nèi)、外圈直徑不盡相同，設計加工出的一個特定安裝機構通常只適用于某一規(guī)格的滾動軸承。這使得目前大多數(shù)的滾動軸承故障模擬實驗臺通常只能對某一規(guī)格的滾動軸承進行實驗。而若要在這些實驗臺上對其它規(guī)格的滾動軸承進行實驗，則需對滾動軸承的安裝機構進行大幅度改動，時間與經(jīng)濟成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的滾動軸承故障模擬實驗臺難以對多尺寸的滾動軸承進行實驗的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種螺桿夾緊的階梯軸式多尺寸滾動軸承故障模擬實驗臺，本發(fā)明利用多級階梯軸和兩個可移動弧形滑塊的組合來對不同內(nèi)徑尺寸的滾動軸承進行安裝，從而對滾動軸承進行故障模擬實驗，其結(jié)構簡單、拆裝方便。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種螺桿夾緊的階梯軸式多尺寸滾動軸承故障模擬實驗臺，其特征在于：包括基座臺、驅(qū)動電機、多級階梯軸、實驗滾動軸承、直套筒、帶凸緣套筒、螺桿夾緊裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和磁粉制動器；多級階梯軸一端貫穿第一帶座軸承，通過第一彈性聯(lián)軸器與驅(qū)動電機伸出軸相連，多級階梯軸另一端貫穿第二帶座軸承，通過第二彈性聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀一端伸出軸相連，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器與磁粉制動器伸出軸相連；實驗滾動軸承內(nèi)圈套在多級階梯軸中間的一段階梯上，直套筒一端頂住實驗滾動軸承內(nèi)圈的端面，另一端頂住帶凸緣套筒的凸緣端面，帶凸緣套筒的另一端頂住第二帶座軸承的內(nèi)圈端面；螺桿夾緊裝置夾緊實驗滾動軸承外圈；驅(qū)動電機和第一帶座軸承安裝在驅(qū)動端底座上，第二帶座軸承、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和磁粉制動器安裝在加載端底座上，驅(qū)動端底座、螺桿夾緊裝置和加載端底座安裝在基座臺上。

進一步地，所述螺桿夾緊裝置包括雙向螺桿、第一弧形滑塊、第二弧形滑塊、直線光軸、手柄和支架；第一弧形滑塊、第二弧形滑塊通過上端的螺紋孔對稱地安裝在雙向螺桿兩端的螺桿中，雙向螺桿安裝在支架上端的孔中，直線光軸貫穿第一弧形滑塊、第二弧形滑塊下端的光孔安裝在支架下端的孔中，手柄安裝在雙向螺桿的一端，所述實驗滾動軸承外圈被夾緊在第一弧形滑塊與第二弧形滑塊的中間。

進一步地，所述基座臺上加工有t形槽。

進一步地，所述驅(qū)動電機內(nèi)部安裝有光電編碼器。

進一步地，所述多級階梯軸中間加工有3個以上階梯。

優(yōu)選地，所述實驗臺還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊、變頻器、控制單元、可編程邏輯控制器、第一工控機和張力控制器；整流模塊與變頻器連接，驅(qū)動電機連接到變頻器上，變頻器連接到控制單元上，控制單元與可編程邏輯控制器連接，可編程邏輯控制器與第一工控機連接；張力控制器與所述磁粉制動器連接。

優(yōu)選地，所述實驗臺還包括測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括振動傳感器、光電隔離器、模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊、機箱和第二工控機；振動傳感器安裝在所述第一弧形滑塊或者所述第二弧形滑塊上，并與模擬量輸入模塊連接；所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀經(jīng)由光電隔離器與數(shù)字量i/o模塊連接；模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊安裝在機箱上，機箱與第二工控機連接。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、多級階梯軸上可以安裝多種內(nèi)徑尺寸的滾動軸承，兩個可相對移動的弧形滑塊則可以夾緊不同外徑尺寸的滾動軸承，因而實驗臺能夠?qū)Χ喑叽绲臐L動軸承進行實驗。

2、驅(qū)動端底座、螺桿夾緊裝置和加載端底座均可以在基座臺上沿著t形槽移動，因此能夠方便地安裝與拆卸實驗滾動軸承。

3、為滾動軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障預測、診斷方法的研究與探索提供了一個良好的實驗平臺。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的等軸側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的正視圖；

圖3是本發(fā)明的實驗滾動軸承在多級階梯軸上安裝的結(jié)構示意圖；

圖4是本發(fā)明的螺桿夾緊裝置的結(jié)構示意圖；

圖5是本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)的架構示意圖；

圖6是本發(fā)明的測試系統(tǒng)的架構示意圖。

圖中：基座臺1、驅(qū)動電機2、第一彈性聯(lián)軸器3、第一帶座軸承4、多級階梯軸5、實驗滾動軸承6、直套筒7、帶凸緣套筒8、第二帶座軸承9、第二彈性聯(lián)軸器10、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11、第三彈性聯(lián)軸器12、磁粉制動器13、驅(qū)動端底座14、加載端底座15、雙向螺桿16、第一弧形滑塊17、第二弧形滑塊18、直線光軸19、手柄20、支架21、整流模塊22-1、變頻器22-2、控制單元22-3、可編程邏輯控制器22-4、第一工控機22-5、張力控制器22-6、振動傳感器23-1、光電隔離器23-2、模擬量輸入模塊23-3、數(shù)字量i/o模塊23-4、機箱23-5、第二工控機23-6。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

參照圖1~圖6，一種螺桿夾緊的階梯軸式多尺寸滾動軸承故障模擬實驗臺，其特征在于：包括基座臺1、驅(qū)動電機2、多級階梯軸5、實驗滾動軸承6、直套筒7、帶凸緣套筒8、螺桿夾緊裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11和磁粉制動器13。

其中，多級階梯軸5中間加工有直徑依次為20mm、25mm、30mm、35mm、40mm與50mm的階梯，可以對6種內(nèi)徑尺寸的滾動軸承進行實驗。多級階梯軸5一端貫穿第一帶座軸承4，通過第一彈性聯(lián)軸器3與驅(qū)動電機2伸出軸相連，多級階梯軸5另一端貫穿第二帶座軸承9，通過第二彈性聯(lián)軸器10與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11一端伸出軸相連，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器12與磁粉制動器13伸出軸相連。驅(qū)動電機2為變頻調(diào)速三相異步電機，選用安徽皖南的yvf2-100l1-4型號，額定功率為2.2kw，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定轉(zhuǎn)矩7.3nm，驅(qū)動電機2內(nèi)部還安裝有100線的測速用光電編碼器，以實現(xiàn)驅(qū)動電機2的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11選用北京新宇航測控的jn338-a系列直連式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)矩量程為20nm，轉(zhuǎn)速量程為6000rpm。磁粉制動器13選用蘇州德斯特cz-1型號，額定轉(zhuǎn)矩10nm。本實施例中實驗滾動軸承6為6006深溝球軸承，內(nèi)徑為30mm，外徑為55mm。實驗滾動軸承6內(nèi)圈套在多級階梯軸5中間30mm直徑的階梯上。直套筒7一端頂住實驗滾動軸承6內(nèi)圈的端面，對實驗滾動軸承6進行軸向固定，另一端頂住帶凸緣套筒8的凸緣端面，帶凸緣套筒8的另一端頂住第二帶座軸承9的內(nèi)圈端面。螺桿夾緊裝置夾緊實驗滾動軸承6的外圈。驅(qū)動電機2和第一帶座軸承4安裝在驅(qū)動端底座14上，第二帶座軸承9、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11和磁粉制動器13安裝在加載端底座15上，驅(qū)動端底座14、螺桿夾緊裝置和加載端底座15通過螺栓安裝在基座臺1上的t形槽中。

螺桿夾緊裝置包括雙向螺桿16、第一弧形滑塊17、第二弧形滑塊18、直線光軸19、手柄20和支架21。第一弧形滑塊17、第二弧形滑塊18通過上端的螺紋孔對稱地安裝在雙向螺桿16兩端的螺桿中，雙向螺桿16安裝在支架21上端的孔中；直線光軸19貫穿第一弧形滑塊17、第二弧形滑塊18下端的光孔安裝在支架21下端的孔中；手柄20安裝在雙向螺桿16的一端，通過手動旋轉(zhuǎn)手柄20，可以帶動雙向螺桿16旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使第一弧形滑塊17、第二弧形滑塊18同時往中間移動，從而夾緊實驗滾動軸承6的外圈。

實驗臺電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊22-1、變頻器22-2、控制單元22-3、可編程邏輯控制器22-4、第一工控機22-5和張力控制器22-6。電氣控制系統(tǒng)采用西門子sinamicss120伺服控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，其中整流模塊22-1選用額定功率為5kw的非調(diào)節(jié)電源模塊，變頻器22-2選用額定功率為2.7kw的單軸電機模塊，控制單元22-3選用cu320控制器。整流模塊22-1接入380v三相電，并與變頻器22-2連接，變頻器22-2通過drive-cliq電纜與驅(qū)動電機2連接；變頻器22-2通過drive-cliq電纜連接到控制單元22-3上，控制單元22-3通過以太網(wǎng)與可編程邏輯控制器22-4連接，可編程邏輯控制器22-4通過以太網(wǎng)與第一工控機22-5連接。驅(qū)動電機2采用轉(zhuǎn)速控制方式，可以使其在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)以任一恒定轉(zhuǎn)速或者按照某一函數(shù)變化的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)。張力控制器22-6選用蘇州德斯特ktc800張力控制器，并接入220v單相電，然后與磁粉制動器13連接。張力控制器22-6控制磁粉制動器13輸出一個恒定轉(zhuǎn)矩，以實現(xiàn)實驗臺的加載。

實驗臺測試系統(tǒng)包括振動傳感器23-1、光電隔離器23-2、模擬量輸入模塊23-3、數(shù)字量i/o模塊23-4、機箱23-5和第二工控機23-6。其中，模擬量輸入模塊23-3選用ni9324數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)字量i/o模塊23-4選用ni9401數(shù)據(jù)采集卡，機箱23-5選用nicdaq-9132機箱。振動傳感器23-1安裝在第一弧形滑塊17或者第二弧形滑塊18上，與模擬量輸入模塊23-3連接；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11經(jīng)由光電隔離器23-2與數(shù)字量i/o模塊23-4連接；模擬量輸入模塊23-3、數(shù)字量i/o模塊23-4安裝在機箱23-5上，機箱23-5與第二工控機23-6連接。測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件部分由第二工控機23-6上的nilabview編程實現(xiàn)。

本實施例中，實驗滾動軸承6的內(nèi)圈、外圈或者滾動體上可以通過人工的方法設置所要研究的點蝕、裂紋、磨損、剝落或者它們的組合等故障損傷。在實驗臺的運行過程中，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀11測量實驗臺的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，對實驗臺的工況進行監(jiān)測，振動傳感器23-1采集實驗滾動軸承6的振動數(shù)據(jù)。最后利用采集到的振動數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，可以對滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障預測、診斷方法進行研究與探索。

進一步地，本實施例中實驗滾動軸承6可以更換為6206、6306深溝球軸承，其內(nèi)徑均為30mm，外徑分別為62mm、72mm。安裝時，仍將實驗滾動軸承6內(nèi)圈套在多級階梯軸5中間30mm直徑的階梯上，并移動支架21，使第一弧形滑塊17和第二弧形滑塊18對準實驗滾動軸承6，最后旋轉(zhuǎn)手柄20將實驗滾動軸承6的外圈夾緊。

進一步地，本實施例中實驗滾動軸承6可以更換為6000、6200或者6300系列中內(nèi)徑為20mm、25mm、35mm、40mm或者50mm的深溝球軸承。安裝時，將實驗滾動軸承6內(nèi)圈套在多級階梯軸5中間20mm、25mm、35mm、40mm或者50mm直徑的階梯上，并移動支架21，使第一弧形滑塊17和第二弧形滑塊18對準實驗滾動軸承6，最后旋轉(zhuǎn)手柄20將實驗滾動軸承6的外圈夾緊。

進一步地，本實施例中實驗滾動軸承6可以更換為符合內(nèi)徑要求的其它類型滾動軸承，如角接觸軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承等。

以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求所限定。