CN101839804B

CN101839804B - 电致轴承破坏试验的方法和装置

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Publication number: CN101839804B
Application number: CN2010101202638A
Authority: CN
Inventors: 雒建斌; 解国新; 李刚
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-03-08
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2030-03-08
Also published as: CN101839804A

Abstract

本发明提出一种电致轴承破坏试验的装置，包括：主体机架系统；为所述主轴提供动力的动力装置；对所述试验轴承进行应力加载的加载装置；对所述试验轴承施加外加电场的电场施加装置；记录通过轴承内部的回路电流的电表；和对所述试验轴承的振动变化情况进行测量和分析的振动检测分析装置。本发明提供一种低成本且实用，并能模拟实际工况的考察轴承内部电致破坏行为的方法和装置。

Description

电致轴承破坏试验的方法和装置

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别涉及一种外加电场作用下轴承破坏试验的方法和装置。

背景技术

当电动机在正弦波电源驱动下运行时，通过电机轴的交变磁链容易产生轴电压。这些磁链是由转子和定子槽、分离铁心片之间的连接部分、磁性材料的定向属性和供电电源不平衡等因素引起磁通不平衡而产生的。因此，轴电压会通过轴承的部件与大地连成回路将会产生微电流，因而会对轴承系统带来很大的负面影响。近年来，随着变频交流电动机的广泛使用，轴电压的存在越来越广泛，且轴电压的幅值也不断增高，对轴承的破坏更加明显。另外，电气化列车和高速列车的不断普及，轴电压问题逐渐成为困扰列车正常运行的一个重要问题。因而，对轴承内部的电致破坏本质问题的揭示以及预防措施的提出显得愈加重要和急迫。

然而，目前并没有合适易行的方法和设备能够在试验室进行电致试验。此外，尽管国外少数研究组自制了电腐蚀试验装置，但其显得较为复杂，且和实际工况存在一定的差距。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决在外加电场作用下对轴承破坏性进行试验的问题，并提供一种低成本且实用，并能模拟实际工况的考察轴承内部电致破坏行为的方法和装置。

为达到上述目的，本发明一方面提出一种电致轴承破坏试验的方法，包括以下步骤：提供主体机架系统、电表、动力装置、弹簧加载装置和振动检测分析装置，其中，所述主体机架系统包括主体台架机、固定在所述主体台架机之上的主轴、试验轴承，通过所述弹簧加载装置对所述轴承套的施加的力实现对所述试验轴承的应力加载；通过所述动力装置旋转所述主轴；对所述试验轴承进行应力加载；对所述试验轴承施加外加电场；通过所述电表记录通过轴承内部的回路电流，并通过振动检测分析装置对所述试验轴承的振动变化情况进行测量和分析；和在达到预定试验时间之后，对所述试验轴承进行拆卸和分析。

在本发明的一个实施例中，还包括：对所述主体台架机和所述主轴之间进行绝缘处理，增加绝缘套。

在本发明的一个实施例中，还包括：在所述试验轴承之外增加轴承套，并对所述试验轴承和所述轴承套进行绝缘处理，增加绝缘套。

在本发明的一个实施例中，所述对试验轴承施加外加电场包括：将外加电源的第一端通过电刷与所述主轴接触，其中所述第一端通过所述主轴与所述试验轴承的内侧接触；将所述外加电源的第二端通过导电螺丝与所述试验轴承的外侧接触。

在本发明的一个实施例中，所述导电螺丝穿透所述轴承套，还包括对所述导电螺丝和所述轴承套之间进行绝缘处理。

在本发明的一个实施例中，所述振动检测分析装置包括计算机以及激光测振探测器。

在本发明的一个实施例中，所述动力装置控制所述主轴的转速，且所述转速可调。

本发明另一方面还提出了一种电致轴承破坏试验的装置，包括：主体机架系统，其中，所述主体机架系统包括主体台架机、固定在所述主体台架机之上的主轴、套接在所述主轴之上的试验轴承；为所述主轴提供动力的动力装置；对所述试验轴承进行应力加载的加载装置，所述加载装置包括连接在所述轴承套之上且穿过所述主体台架机的上盖板的螺纹杆、位于所述上盖板之上且由所述螺纹杆穿过的平板钢、套在所述螺纹杆之外且位于所述上盖板和所述平板钢之间的弹簧、和套接在所述螺纹杆上且位于所述平板钢之上的螺母；对所述试验轴承施加外加电场的电场施加装置；记录通过轴承内部的回路电流的电表；和对所述试验轴承的振动变化情况进行测量和分析的振动检测分析装置。

在本发明的一个实施例中，所述主轴通过轴承固定在所述主体台架机之上，且所述主轴和所述轴承之间具有绝缘套。

在本发明的一个实施例中，还包括依次套接在所述试验轴承之外的绝育套和轴承套。

在本发明的一个实施例中，所述电场施加装置包括外加电源、与所述主轴接触的电刷和与所述试验轴承的外侧接触的导电螺丝，其中所述外加电源的第一端与所述电刷连接，并通过所述主轴与所述试验轴承的内侧接触，所述外加电源与所述导电螺丝连接。

在本发明的一个实施例中，所述导电螺丝穿过所述轴承套和绝缘套，并与所述轴承套电学非接触。

本发明实施例的优点在于，采用了台架上部的弹簧加载方式，一方面使得下部的试验轴承运转过程的稳定性得到较好的保证，另一方面拆卸更加方便实用，同时节约了成本。另外，本发明实施例还采用多处绝缘设计，在不影响轴承正常工作的前提下充分保证了系统的安全性。其次，本发明实施例直接采用激光非接触测振系统，避免了多个试验轴承之间振动测试的耦合和干扰以及电场的引入对测振系统的损坏。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的电致轴承破坏试验的装置的原理图；

图2为本发明实施例优选地电致轴承破坏试验的装置的示意图；

图3为本发明实施例的主体台架机1的示意图；

图4为本发明实施例的电场施加装置示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，为本发明实施例的电致轴承破坏试验的装置的原理图。该电致轴承破坏试验的装置包括主体机架系统100、该主体机架系统100其中可至少包括主体台架机、固定在主体台架机之上的主轴、套接在主轴之上的试验轴承。该装置还包括为主轴提供动力的动力装置200、对试验轴承进行应力加载的加载装置300、对试验轴承施加外加电场的电场施加装置400、记录通过轴承内部的回路电流的电表500和对试验轴承的振动变化情况进行测量和分析的振动检测分析装置600。这样，本发明实施例能够通过加载装置300对试验轴承施加应力并通过电场施加装置400对试验轴承施加外加电场，从而能够模拟外加电场作用下轴承的运动情况，从而利用该装置进行电致轴承破坏试验。

以下将以具体实施例的方式对上述原理图进行简单介绍，需要说明的是以下具体实施例的技术细节对于本领域技术人员来说可用多种方式实现，但这些方式在不脱离上述思想的变化范围之内均应包含在本发明的保护范围之内。

如图2所示，为本发明实施例优选地电致轴承破坏试验的装置的示意图。该装置包括引入电场的轴承系统主体台架机1、显示记录通过轴承内部的回路电流的多用途电表2、提供回路电流的外接电源3、控制电机运动的控制箱4，以及测试试验轴承振动的振动检测分析装置5，包括电脑、控制器和激光测振探测器等。

其中，如图3所示，为本发明实施例的主体台架机1的示意图。该主体台架机1包括主轴9，该主轴9通过支撑轴承17固定在台架侧板10之上，且主轴9由电机6通过皮带7和皮带轮8提供旋转动力源以带动主轴9之上的试验轴承模块18或21(图3中的虚框所示)运转从而进行试验，其中，为了保证轴电压的释放途径只能通过试验轴承内部，则需要在主轴9两端的支撑轴承17与台架侧板10之间进行绝缘处理，例如可增加绝缘套16，例如优选为尼龙绝缘套，当然本发明实施例也可采用其他材质的绝缘套。

试验轴承模块18或21主要包括试验轴承22，如试验角接触轴承(型号为7205A)、依次套接在试验轴承22之外的尼龙绝缘套23和轴承套24，如45号钢轴承套。尼龙绝缘套23隔断了试验轴承22外部和轴承套24的回路，从而使得试验轴承22和台架机体(台架侧板10、台架上盖板11和台架基座25)实现了绝缘。

在本发明的一个实施例中，加载装置包括连接在轴承套24之上且穿过主体台架机的上盖板11的螺纹杆14、位于上盖板11之上且由螺纹杆14穿过的平板钢13、套在螺纹杆14之外且位于上盖板11和平板钢13之间的弹簧12、和套接在螺纹杆14上且位于平板钢13之上的螺母15。对试验轴承22加载的具体操作如下：利用螺母15向下移动改变平钢板13的位置来控制弹簧的压缩变形量，这样弹簧对平钢板13产生反弹力并有拉动螺纹杆14向上的趋势，从而实现对试验轴承模块18或21加载的目的。通过计算校核，优选地，本装置弹簧的弹性系数为1kg/cm，选用螺纹杆14直径为6mm，平钢板13直径为50mm。

需要说明的是，以上加载装置的实施例仅是本发明的一个优选方式，通过弹簧加载一方面使得下部的试验轴承运转过程的稳定性得到较好的保证，另一方面拆卸方便实用，同时节约了成本。但是本领域技术人员应该知道可通过多种方式或装置达到向试验轴承22施加应力的目的，这些方式或装置也均应包含在本发明的保护范围之内。

如图4所示，为本发明实施例的电场施加装置示意图。在本发明的一个实施例中，电场施加装置包括外加电源3、与主轴9接触的电刷19和与试验轴承22的外侧接触的导电螺丝26，其中外加电源3的第一端与电刷19连接，并通过主轴9与试验轴承22的内侧接触，外加电源3与导电螺丝26相连接。具体地，外加电源3的第一端通过多用途电表2后接到插在绝缘尼龙座20的电刷19上，并将电刷19与旋转的主轴9接触。此时由于主轴和轴承内侧接触，因而电源的第一端实际上接到了试验轴承22的内侧。外加电源3的第二端接到试验轴承系统18或21的导电螺丝26(直径为4mm)上，该螺丝拧在尼龙绝缘套23的螺纹孔内并顶到试验角轴承22的外侧从而实现电接触。此外，导电螺丝26穿过轴承套24的螺丝对心的大孔(孔径为8mm)，从而保证导电螺丝26和轴承套24的电学非接触。

在本发明的一个实施例中，振动检测分析装置包括计算机以及激光测振探测器，将激光测振探测器测振的激光点打到轴承套24上面，可通过激光测振探测器监测试验轴承运转过程中由于破坏所带来的振动变化情况。本发明实施例直接采用激光非接触测振系统，避免了多个试验轴承之间振动测试的耦合和干扰以及电场的引入对测振系统的损坏。

使用上述的电致轴承破坏试验的装置进行试验的方法包括以下步骤：

步骤S101，提供上述的电致轴承破坏试验的装置，并将试验轴承安装在上述装置的主轴之上。

步骤S102，通过动力装置旋转主轴，其转速可调节。

步骤S103，对试验轴承进行应力加载。

步骤S104，对试验轴承施加外加电场。

步骤S105，通过电表记录通过轴承内部的回路电流，并通过振动检测分析装置对试验轴承的振动变化情况进行测量和分析。

步骤S106，在达到预定试验时间之后，对试验轴承进行拆卸和分析。例如，可将试验轴承拆卸开并对钢球和滚道进行后续试验分析以判断电场对轴承的破坏。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种电致轴承破坏试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供主体机架系统、电表、动力装置、弹簧加载装置、振动检测分析装置、试验轴承之外的绝缘套和轴承套，其中，所述主体机架系统包括主体台架机、固定在所述主体台架机之上的主轴、试验轴承，通过所述弹簧加载装置对所述轴承套施加的力实现对所述试验轴承的应力加载；

通过所述动力装置旋转所述主轴；

对所述试验轴承施加外加电场；

通过所述电表记录通过轴承内部的回路电流，并通过振动检测分析装置对所述试验轴承的振动变化情况进行测量和分析；和

在达到预定试验时间之后，对所述试验轴承进行拆卸和分析。

2.如权利要求1所述的电致轴承破坏试验的方法，其特征在于，还包括：对所述主体台架机和所述主轴之间进行绝缘处理，增加绝缘套。

3.如权利要求1所述的电致轴承破坏试验的方法，其特征在于，所述对试验轴承施加外加电场包括：

将外加电源的第一端通过电刷与所述主轴接触，其中所述第一端通过所述主轴与所述试验轴承的内侧接触；

将所述外加电源的第二端通过导电螺丝与所述试验轴承的外侧接触。

4.如权利要求3所述的电致轴承破坏试验的方法，其特征在于，所述导电螺丝穿透所述轴承套，还包括对所述导电螺丝和所述轴承套之间进行绝缘处理。

5.如权利要求1所述的电致轴承破坏试验的方法，其特征在于，所述振动检测分析装置包括计算机以及激光测振探测器。

6.如权利要求1所述的电致轴承破坏试验的方法，其特征在于，所述动力装置控制所述主轴的转速，且所述转速可调。

7.一种电致轴承破坏试验的装置，其特征在于，包括：

主体机架系统，其中，所述主体机架系统包括主体台架机、固定在所述主体台架机之上的主轴、套接在所述主轴之上的试验轴承；

依次套接在所述试验轴承之外的绝缘套和轴承套；

为所述主轴提供动力的动力装置；

对所述试验轴承进行应力加载的加载装置，所述加载装置包括连接在所述轴承套之上且穿过所述主体台架机的上盖板的螺纹杆、位于所述上盖板之上且由所述螺纹杆穿过的平板钢、套在所述螺纹杆之外且位于所述上盖板和所述平板钢之间的弹簧、套接在所述螺纹杆上且位于所述平板钢之上的螺母；

对所述试验轴承施加外加电场的电场施加装置；

记录通过轴承内部的回路电流的电表；和

对所述试验轴承的振动变化情况进行测量和分析的振动检测分析装置。

8.如权利要求7所述的电致轴承破坏试验的装置，其特征在于，其中，所述主轴通过轴承固定在所述主体台架机之上，且所述主轴和所述轴承之间具有绝缘套。

9.如权利要求7所述的电致轴承破坏试验的装置，其特征在于，所述电场施加装置包括外加电源、与所述主轴接触的电刷和与所述试验轴承的外侧接触的导电螺丝，其中所述外加电源的第一端与所述电刷连接，并通过所述主轴与所述试验轴承的内侧接触，所述外加电源与所述导电螺丝连接。

10.如权利要求9所述的电致轴承破坏试验的装置，其特征在于，所述导电螺丝穿过所述轴承套和绝缘套，并与所述轴承套电学非接触。

11.如权利要求7所述的电致轴承破坏试验的装置，其特征在于，所述振动检测分析装置包括计算机以及激光测振探测器。

12.如权利要求7所述的电致轴承破坏试验的装置，其特征在于，所述动力装置控制所述主轴的转速，且所述转速可调。