CN101576438A - 轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台 - Google Patents

轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台 Download PDF

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一种轴承－齿轮多故障耦合模拟实验台，包括第一直流可调速电动机以及穿过齿轮箱体与第一直流可调速电动机相连的输入轴，输入轴与轴承箱体的传动轴相连，轴承箱体的心轴上设置有可换轴承套，在可换轴承套的一侧设置有顶尖及顶盘，齿轮箱体内输入轴上套装有输入轴滑移齿轮，齿轮箱体内还设置有齿轮箱中间轴及伸出齿轮箱体外并与第二直流可调速电机相连的齿轮箱输出轴，在齿轮箱中间轴上设置有中间轴小齿轮和中间轴大齿轮，在齿轮箱输出轴上设置有与中间轴小齿轮相啮合的输出轴滑移齿轮。本发明不但能够模拟各自的故障转台，还可以同时模拟轴承－齿轮的故障状态，使得故障特征更加接近现场实际情况，更方便地将实验研究与生产实际结合。

Description

轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台
技术领域
本发明属于旋转机械故障诊断的故障模拟装置，具体涉及一种轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台。
背景技术
轴承故障实验台、齿轮故障实验台作为旋转机械故障诊断的典型装置对于科研人员进行旋转机械的故障研究提供了很好的实验对象，通过实验台的模拟故障设置，技术人员可以方便地进行故障诊断研究过程。申请号/专利号为200810017578的专利：一种多故障耦合齿轮箱模拟实验台，为齿轮故障模拟设计了很好的实验装置，北方工业大学的梁鹏鹏等设计了滚动轴承实验台(梁鹏鹏，罗学科，张超英.噪声与振动控制.基于虚拟仪器技术的滚动轴承故障诊断实验台的设计.2008(2))，能方便地进行滚动轴承的故障模拟及诊断。
而目前的故障模拟实验台都是基于单个装置的故障模拟，只能分别对如轴承、齿轮的故障进行模拟实验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将滚动轴承与齿轮箱结合起来，分别进行各自的故障设置，实验中不但能够模拟各自的故障状态，还可以同时模拟轴承-齿轮的故障状态，使得故障特征更加接近现场实际情况的轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括第一直流可调速电动机，第一直流可调速电动机的输出轴通过弹性联轴器与齿轮箱体的输入轴相连，输入轴通过联轴器与轴承箱体的传动轴相连，其特点是，轴承箱体的心轴上设置有可换轴承套，在可换轴承套的一侧设置有支撑箱体，支撑箱体内设置有顶尖及调节顶尖的顶尖调节螺钉，在支撑箱体与可换轴承套之间还设置有与顶尖相连接的顶盘，所说的齿轮箱体内输入轴上套装有输入轴滑移齿轮，输入轴滑移齿轮上还设置有第一拔叉，在齿轮箱体内还设置有齿轮箱中间轴及伸出齿轮箱体外并与第二直流可调速电机相连的齿轮箱输出轴，在齿轮箱中间轴上设置有中间轴小齿轮和中间轴大齿轮，中间轴大齿轮与输入轴滑移齿轮相啮合，在齿轮箱输出轴上设置有与中间轴小齿轮相啮合的输出轴滑移齿轮，且在该输出轴滑移齿轮上设置有第二拨叉。
本发明的齿轮箱体内分别设置有支撑输入轴、齿轮箱中间轴及齿轮箱输出轴的滚动轴承；轴承箱体内还设置有支撑轴承箱体传动轴的滑动轴承；可换轴承套的上端设置有防止可换轴承套径向晃动的限位装置，该限位装置包括与试验台相连接的加载底座，该加载底座上固定有两个直角三角架，两个直角三角架的一个三角端与加载底座轴连接并能够绕轴旋转，另一角上通过螺栓与圆盘连接，最后一角上设置有带有挂钩的配重，在圆盘与可换轴承套上还设置有轴承套固定丝；齿轮箱输出轴通过输出轴联轴器与第二直流可调速电机相连。
由于本发明的实验台不但能够模拟各自的故障转台，还可以同时模拟轴承-齿轮的故障状态，使得故障特征更加接近现场实际情况，更方便地将实验研究与生产实际结合，研究人员能够进行现场先验知识积累，便于实际的故障监测与诊断。另外，本发明实验台还可运用于教学实践中，提高学习认知水平。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括第一直流可调速电动机1，第一直流可调速电动机1的输出轴通过弹性联轴器3与齿轮箱体5的输入轴2相连，输入轴2通过联轴器8与轴承箱体18的传动轴9相连，轴承箱体18内还设置有支撑轴承箱体传动轴9的滑动轴承11，轴承箱体18的心轴12上设置有可换轴承套13，在可换轴承套13的一侧设置有支撑箱体16，支撑箱体16内设置有顶尖15及调节顶尖15的顶尖调节螺钉14，在支撑箱体16与可换轴承套13之间还设置有与顶尖15相连接的顶盘17，所说的齿轮箱体5内输入轴2上套装有输入轴滑移齿轮6，输入轴滑移齿轮6上还设置有第一拔叉7，在齿轮箱体5内还设置有齿轮箱中间轴21及伸出齿轮箱体5外并与第二直流可调速电机22相连的齿轮箱输出轴24，所说的齿轮箱输出轴24通过输出轴联轴器23与第二直流可调速电机22相连；输入轴2、齿轮箱中间轴21及齿轮箱输出轴24分别通过齿轮箱体5内的滚动轴承4支撑，在齿轮箱中间轴21上设置有中间轴小齿轮20和中间轴大齿轮19，中间轴大齿轮19与输入轴滑移齿轮6相啮合，在齿轮箱输出轴24上设置有与中间轴小齿轮20相啮合的输出轴滑移齿轮25，且在该输出轴滑移齿轮25上设置有第二拨叉26。本发明在可换轴承套13的上端设置有防止可换轴承套13径向晃动的限位装置，该限位装置包括两个直角三角架28，加载底座31，加载底座31通过两个T型螺钉与试验台底座连接，同时两个三角架28的一个三角端与加载底座的中间部位用轴连接并能够绕轴旋转，加载配块30，是开槽圆柱形的，此加重原理及结构和磅秤加载秤砣类似，通过改变三角架28上的挂钩29上配重30的个数，来改变可换轴承套13的径向载荷。另一角上固定有圆盘27，在圆盘27与可换轴承套13上还设置有轴承套固定丝10。
装置实验原理及工作过程：
本实验台不但能够模拟齿轮、轴承各自的故障状态，还可以同时模拟轴承-齿轮的复合故障状态，使得模拟的故障更加贴近实际的工作状况。其工作过程如下：第一直流可调速电动机1作为动力源装置，通过弹性联轴器3与输入轴2连接，齿轮箱体5内设置有输入轴2、齿轮箱中间轴21和齿轮箱输出轴24，齿轮箱输入轴2上有输入轴滑移齿轮6，它有三个滑移位置。
(1)单独模拟轴承实故障：当输入轴滑移齿轮6处于最左边时，齿轮箱中间轴21没有齿轮与该输入轴滑移齿轮6啮合，此时相当于只给轴承箱体的传动轴施加动力，可以单独模拟轴承实验台的故障。轴承实验台上的轴承箱体传动轴9通过联轴器8与输入轴2连接，轴承箱体心轴12与轴承箱体传动轴9配合，轴承箱体心轴12输出端是与滚动轴承相配合的轴颈，可换轴承套13上可以更换不同故障状态的轴承(滚动体剥落、保持架断裂、外圈磨损、内圈磨损等)，顶尖15通过连接的顶盘17可以将轴承及轴承套做轴向固定，顶尖调节螺钉14可以调节轴向顶紧压力。圆盘27通过轴承套固定丝10可以对可换轴承套13做径向的固定，防止工作时轴承套晃动。
(2)单独模拟齿轮故障：将输入轴滑移齿轮6调至中间或右边的位置，使其与中间轴大齿轮19啮合，同时将心轴12上的可换轴承套13去掉，即相当于空载。当输入轴滑移齿轮6处于中间或右边的位置时，齿轮箱中间轴21和齿轮箱输出轴24工作。齿轮箱中间轴21上的齿轮故障状态情况如下：如图所示，从左至右齿轮分别是正常齿轮、齿面剥落齿轮、齿轮偏心齿轮、齿面点蚀齿轮、正常齿轮。当输入轴滑移齿轮6处于中间状态时齿轮箱就有齿面点蚀齿轮工作，此时如将输出轴滑移齿轮25通过第二拨叉26调至左边位置，则实验中只模拟齿面点蚀故障，如将输出轴滑移齿轮25调至中间或右边位置时，齿轮箱就有两种故障状态的齿轮工作，这样就可以同时模拟两种故障齿轮的工作状态(齿面点蚀和齿面剥落、齿面点蚀和齿轮偏心)。当输入轴滑移齿轮6处于右边位置时，同样可以单独模拟一种故障状态(正常、齿面剥落、齿轮偏心)。
(3)齿轮-轴承混合故障：将可换轴承套13装载不同轴承(滚动体剥落、保持架断裂、外圈磨损、内圈磨损等)，并用顶盘17顶紧和圆盘27径向固定，将输入轴滑移齿轮6调至中间或右边位置时，此时可以参照上面齿轮故障模拟的方法，同时模拟出齿轮-轴承的混合故障，使得实验模拟故障更能反映实际的生产实际情况。
本发明可用于旋转机械振动监测与诊断领域，能够全面、客观、准确地分别模拟滚动轴承的故障(如外圈故障、内圈故障、滚动体故障、保持架故障等)、齿轮故障(如齿面剥落、轮齿偏心、轮齿折断、齿面点蚀等)及轴承-齿轮的综合故障状态。通过拨叉换位机构拨动齿轮的组合排列结果，还可以在运行中连续地观察两对齿轮的耦合故障信号以及齿轮从正常到发生故障的信号变化过程。

Claims (5)

1、一种轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台，包括第一直流可调速电动机(1)，第一直流可调速电动机(1)的输出轴通过弹性联轴器(3)与齿轮箱体(5)的输入轴(2)相连，输入轴(2)通过联轴器(8)与轴承箱体(18)的传动轴(9)相连，其特征在于：轴承箱体(18)的心轴(12)上设置有可换轴承套(13)，在可换轴承套(13)的一侧设置有支撑箱体(16)，支撑箱体(16)内设置有顶尖(15)及调节顶尖(15)的顶尖调节螺钉(14)，在支撑箱体(16)与可换轴承套(13)之间还设置有与顶尖(15)相连接的顶盘(17)，所说的齿轮箱体(5)内输入轴(2)上套装有输入轴滑移齿轮(6)，输入轴滑移齿轮(6)上还设置有第一拔叉(7)，在齿轮箱体(5)内还设置有齿轮箱中间轴(21)及伸出齿轮箱体(5)外并与第二直流可调速电机(22)相连的齿轮箱输出轴(24)，在齿轮箱中间轴(21)上设置有中间轴小齿轮(20)和中间轴大齿轮(19)，中间轴大齿轮(19)与输入轴滑移齿轮(6)相啮合，在齿轮箱输出轴(24)上设置有与中间轴小齿轮(20)相啮合的输出轴滑移齿轮(25)，且在该输出轴滑移齿轮(25)上设置有第二拨叉(26)。
2、根据权利要求1所述的轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台，其特征在于：所说的齿轮箱体(5)内分别设置有支撑输入轴(2)、齿轮箱中间轴(21)及齿轮箱输出轴(24)的滚动轴承(4)。
3、根据权利要求1所述的轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台，其特征在于：所说的轴承箱体(18)内还设置有支撑轴承箱体传动轴(9)的滑动轴承(11)。
4、根据权利要求1所述的轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台，其特征在于：所说的可换轴承套(13)的上端设置有防止可换轴承套(13)径向晃动的限位装置，该限位装置包括与试验台相连接的加载底座(31)，该加载底座(31)上固定有两个直角三角架(28)，两个直角三角架(28)的一个三角端与加载底座(31)轴连接并能够绕轴旋转，另一角上通过螺栓与圆盘(27)连接，最后一角上设置有带有挂钩(29)的配重(30)，在圆盘(27)与可换轴承套(13)上还设置有轴承套固定丝(10)。
5、根据权利要求1所述的轴承-齿轮多故障耦合模拟实验台，其特征在于：所说的齿轮箱输出轴(24)通过输出轴联轴器(23)与第二直流可调速电机(22)相连。
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