CN104374470B - 滚动轴承噪声检测及故障诊断平台 - Google Patents

Abstract

本发明属于滚动轴承检测技术领域；本发明滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，包括仪器本体，驱动装置，辅助装置，控制面板和数据采集处理装置；其中，仪器本体为滚动轴承噪声监测及故障诊断仪器的支撑结构，仪器本体上各处分别安装驱动装置、辅助装置部分部件和数据采集处理装置部分部件；驱动装置包括电动机、电动机附属结构和皮带传动结构；辅助装置包括液压站、液压缸、芯轴、加载装置、铜顶柱和隔声装置；数据采集处理装置包括噪声传感器、噪声传感器支架和DASP系统；本发明的有益效果：通过一种有独立隔音装置且可对滚动轴承各向噪音进行检测的设备，提高滚动轴承检测精度的同时降低了设备成本。

Description

滚动轴承噪声检测及故障诊断平台

技术领域：

本发明属于滚动轴承检测技术领域，特别涉及用于检测滚动轴承质量和诊断滚动轴承故障的设备。

技术背景：

轴承是装备制造业中重要的、关键的基础零部件，直接决定着重大装备和主机产品的性能、质量和可靠性，被誉为装备制造的“心脏”部件，轴承是国家重大技术装备的关键零部件。据统计,旋转机械的故障有30%是轴承故障引起的，滚动轴承噪声质量的好坏, 直接影响主机的工作性能。随着精密机械的发展以及一般机器产品精度的不断提高, 对轴承的噪声也提出了严格的要求。滚动轴承噪声对环境的污染，一直是国内外轴承工程界关注的问题。

滚动轴承噪声主要包括固有噪声，因加工形状误差产生的噪声，伤痕、夹杂物、缺油等使用不当引起的噪声。噪声信号经过与外界噪声的分离，进行时域分析、频域分析、基于希尔伯特包络谱分析，得出轴承质量的好坏及故障类型。噪声信号的时域分析主要是在噪声信号的幅值上进行各种处理，这种方法计算简单、显示直观、容易理解，在简单故障诊断中应用非常广泛。常用的信号幅域统计参数包括有效值、峭度、峰值因数、偏态指标、峭度指标、裕度因数、脉冲因数、峰态因数等，本测试仪器主要利用有效值、峭度、峰值因数来评价噪声信号。频域分析方法是在综合利用特征参数对滚动轴承进行简易诊断后,即判断轴承是否有故障,发现故障后进一步通过噪声信号的频谱分析,以判明故障的类别和原因。因为频谱分析法有诸多优点,这使其成为故障诊断中应用最多的方法。频谱图的幅值主要采用两种表示法:一种以振幅(均方根值或峰值)形式表示,称为幅值谱;另一种以能量形式表示,称为功率谱。幅值谱分析是直接对采样所得的时域信号进行傅立叶变换,求得关于该时域信号的频率构成信息,在各种分析方法中,傅立叶变换是频谱分析的基础。功率谱分析是对随机信号用统计方式进行表示，通过建立自相关函数完整地反映随机信号的特定统计平均量值。通过频域分析轴承噪声信号，可以有效的判断轴承质量好坏。轴承故障诊断由于滚动轴承噪声信号的不平稳特性，合理地选择信号处理方法对于确保故障诊断系统的精确性很重要。不准确的信号分析会导致故障诊断系统多次错误报警，降低故障诊断的准确性。基于希尔伯特包络谱分析通过小波分析和希尔伯特变换来分析轴承噪声信号。小波分析具有对信号的自适应性，能识别振动信号的突变成分；噪声信号经希尔伯特变换后得到其包络谱，由包络谱获得故障特征信息，可以有效判断轴承故障类型。轴承噪声信号通过以上三种分析方法，可以有效地判断出轴承噪声大小、轴承故障类型，实现了轴承检测及故障诊断的目的。

目前大多数滚动轴承检测装置通过轴承自身发出的振动信号，通过速度传感器或加速度传感器采集轴承径向振动信号，经过处理后得出轴承质量的好坏。但是这种装置只能测试轴承径向振动信号，而不能测试轴向和其它方向的振动信号；这种装置注重振动仪器喇叭所发出的声音，并不是直接测试轴承噪声信号来判断轴承质量。因此，检测出来的轴承并不代表是正真意义上的低噪音轴承或超静音轴承。在工作中，对于超静音机械（空调器、精密主轴等）而言，一般将声音的单位dB作为性能指标因素，这是低振动轴承难以胜任的。通过这种仪器检测出来的轴承很难成为真正意义上低噪声轴承，更不可能与国外知名公司生产的低噪声轴承相竞争。少数滚动轴承检测装置通过噪声信号来判断轴承质量，要求在消声室进行测量。但是这种测量装置需要建立专门的消声室，代价昂贵。

基于以上考虑，本发明设计的滚动轴承噪声检测及故障诊断平台通过噪声传感器拾取轴承自身发出的噪声信号，经过处理分析来判断轴承噪声大小、质量的好坏。而不是目前大部分仪器通过振动速度或加速度传感器测试轴承振动信号，经过处理分析，由仪器喇叭发出的声音来衡量轴承噪声质量。这符合低噪声、超静噪音轴承的检测要求；并且通过自主设计的隔声箱有效地隔离外界噪声，减少了专门建立消声室的花费，减少了检测环境的限制。

发明内容：

本发明滚动轴承噪声检测及故障诊断平台发明目的：设计一种具有独立隔音结构，且能对轴承包括轴向和径向在内的各向噪声进行检测的设备。

本发明滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，包括仪器本体，驱动装置，辅助装置，控制面板和数据采集处理装置；其中，仪器本体为滚动轴承噪声监测及故障诊断仪器的支撑结构，仪器本体上各处分别安装驱动装置、辅助装置部分部件和数据采集处理装置部分部件；驱动装置包括电动机、电动机附属结构和皮带传动结构；辅助装置包括液压站、液压缸、芯轴、加载装置、铜顶柱和隔声装置；数据采集处理装置包括噪声传感器、噪声传感器支架和DASP系统；隔声装置为隔声箱，加载装置安装在隔声箱一端，连接液压缸并安装铜顶柱；芯轴安装在隔声箱一端与加载装置相对，连接驱动装置；噪声传感器支架、噪声传感器安装在隔声箱内，通过数据线连接DASP系统；噪声传感器支架包括横杆和竖杆，横杆固定在隔声箱上部，竖杆安装在横杆上，竖杆可沿横杆移动且伸出长度可调，竖杆上设计有关节轴。

电机与仪器本体之间设置有减震垫；隔声箱为双层结构，中间填充玻璃棉，内壁贴有吸声材料；驱动装置与加载装置连接的一端选用动静压主轴，其配用的高压油由液压站提供；电动机配有变频器，转速可调；隔声箱安装有对称位置的法兰盘，液压缸穿过法兰盘与加载装置连接，驱动装置穿过法兰盘与芯轴连接，上述法兰盘内侧安装有Y型密封圈。

芯轴与驱动装置的连接为可拆卸连接，换用不同的芯轴可适应不同尺寸的滚动轴承，扩大适用范围并提高检测精度。

控制面板用于布置主要的操作按钮如液压站相关控制按钮、电动机相关控制按钮、液压缸相关控制按钮等，控制面板固定在仪器本体上。

本发明滚动轴承噪声检测及故障诊断平台的有益效果：通过一种有独立隔音装置且可对滚动轴承各向噪音进行检测的设备，提高滚动轴承检测精度的同时降低了设备成本，对企业提高滚动轴承质量水平起很大帮助。

附图说明：

图1为本发明滚动轴承噪声检测及故障诊断平台结构示意图；

图2为本发明滚动轴承噪声检测及故障诊断平台加载装置局部结构示意图；

图中，底板1、立柱2、电机板3、顶块4、顶杆5、减震垫6、电机7、主动皮带轮8、顶面9、台面10、控制面板11、皮带轮罩12、主轴箱13、前法兰14、动静压主轴15、芯轴16、测试轴承17、隔声箱18、噪声传感器支架竖杆19、噪声传感器20、噪声传感器支架横杆21、隔声箱门22、铜顶柱23、前加载盘24、后加载盘25、后法兰26、液压缸27、液压缸支架28。

具体实施方式：

滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，包括仪器本体、驱动装置、辅助装置、控制面板11、数据采集处理装置。仪器本体是滚动轴承噪声检测及故障诊断平台检测诊断的支撑部分，主要包括台面10、顶面9、立柱2、挡板、底板1、脚轮。驱动装置是滚动轴承噪声检测及故障诊断平台执行机构的驱动部分，主要包括主动部件（电机7、电机板3、减震垫6、顶块4、顶杆5、变频器、主动皮带轮8、A型普通平键、A型普通V带），从动部件（主轴箱体13、动静压主轴15、从动皮带轮、皮带轮罩12、A型普通平键）。辅助装置是滚动轴承噪声检测及故障诊断平台的一些配套部件，包括液压站（液压站电动机、变量叶片泵、3位4通电磁阀、减压阀、油压表、液压缸27、液压缸支架28、油箱、油管、液压站支架、脚轮），加载装置（前加载盘24、后加载盘25）、芯轴16、铜顶柱23（3个），隔声装置（隔声箱18、隔声箱门22、前法兰14、后法兰26、Y密封圈、玻璃棉）。控制面板11是滚动轴承噪声检测及故障诊断平台的控制部分，主要是控制操作的按钮（液压站电机开按钮、主轴电动机开按钮、液压缸进给按钮、液压缸退回按钮、液压缸保持按钮、主轴电机关按钮、液压站电机关按钮）。数据采集处理装置是滚动轴承噪声检测及故障诊断平台噪声信号拾取、处理、分析的部分，包括噪声传感器20、噪声传感器支架（横杆21、竖杆19）、DASP系统。

支撑部件的台面10材料为3mmQ235- A .F，台面10与加强筋焊接在一起，通过螺钉固定在顶面9上；顶面9材料为5mmQ235- A .F，用40×80×5mm的矩形方钢焊接而成，顶面9焊接在立柱2上；立柱2材料为5mmQ235- A .F，用40×80×5mm和40×40×3mm的矩形方钢焊接而成；挡板材料为2mmQ235- A .F，焊接在立柱2的侧面；底板1材料为Q235- A .F，底板1与加强筋焊接在立柱2底面；脚轮材料为橡胶轮，通过螺栓固定在立柱2上。驱动部分的电动机选用370W、卧式、220V、1440r/min的电动机，电动机固定在减震垫6上；减震垫6材料为丁晴橡胶和冷拉型钢，固定在电机板3上；电机板3材料为45号钢，电机板3上减震垫6孔可以允许电机7左右移动，实现皮带松紧的调节，电机板3固定在立柱2上；顶块4固定材料为45号钢，固定在电机板3上，通过顶杆5防止电机7的左右的摆动；主动皮带轮8通过A型普通V带与电机7连接；变频器实现电机7的变速，使动静压主轴15转速达到1200r/min、1800r/min、3000r/min。从动部件的主轴箱13固定在台面10左端，动静压主轴15通过A型普通平键与从动皮带轮连接，皮带轮罩12固定在台面10上，将皮料轮与皮带遮蔽，芯轴16通过表面的2号莫氏外锥与动静压主轴15伸出端的2号莫氏内锥连接。辅助装置的液压站支撑架上安装脚轮，方便移动，同时液压站与测试部分开（大约相距3米）；液压缸27固定在液压缸支架28上。液压缸支架28材料为3mmQ235- A .F,固定在台面10右端。加载装置固定在液压缸27的自由伸出端部，前加载盘24与后加载盘25通过螺栓连接，铜顶柱23固定在前盘上，顶在测试轴承17的外圈上，使外圈固定，不随主轴转动。隔声装置固定在台面10中间位置，隔声箱18和隔声箱门22材料为3mmQ235- A .F和25mm玻璃棉，两者通过折页连接；前后法兰26上内安有Y密封圈，前法兰14固定在隔声箱18的左侧，对动静压主轴15端起密封的作用；后法兰26固定在隔声箱18的右侧，对液压缸27端起密封的作用。控制面板11固定在台面10的左前方。噪声传感器20支架横杆21固定在隔声箱18内，竖杆19固定在横杆21上，能够上下、左右移动，噪声传感器20固定在竖杆19上，噪声传感器20通过数据线与DASP系统连接。仪器表面喷塑白色。

隔声箱18做成内外双层，中间填充玻璃棉，有效地隔离外界的噪声；内层贴吸声材料，吸收测试轴承17发出的噪声，减少声反射。

前后法兰26内部有Y型密封圈槽。前法兰14与动静压主轴15接触，安装两个Y型密封圈；后法兰26与液压缸27伸出端接触，安装一个Y型密封圈。有效的对隔声箱18孔进行密封，提高隔声箱18的隔声效果。

加载盘前后两个盘通过螺栓固定，前盘上有三个凸型槽，凸形槽下端放螺母，用于紧固铜顶柱23；当施加载荷时，螺母顶在后盘上；铜顶柱23可以在凸形槽内沿径向移动，满足不同轴承尺寸的测试要求；前盘上贴有刻度尺，保证三个铜顶柱23顶在轴承17外圈的同一轴径上。

噪声传感器20支架横杆21、竖杆19上开槽，通过一个螺栓紧固，竖杆19可以沿横杆21横向、纵向移动，横杆21、竖杆19上贴有刻度尺，满足不同轴承尺寸与噪声传感器20不同测试距离的要求。

选用动静压主轴15，其振动、噪声小，回转精度高，易启动；动静压主轴15的高压油由液压站提供。

主轴电动机配有变频器，实现动静压主轴151200r/min、1800r/min、3000r/min不同的转速，满足不同轴承尺寸不同测试速度的要求，其操作简单、方便。

芯轴16是动静压主轴15与测试轴承17的中间过渡轴，芯轴16外端根据不同测试轴承17的内圈尺寸加工为不同尺寸，满足不同轴承尺寸的测试，增大了动静压主轴15对不同轴承尺寸的使用范围；芯轴16上加工有螺纹，方便芯轴16的拆卸。

液压站与仪器测试部分分开，减小液压站自身噪声对测试轴承17噪声的影响，而且减小了仪器本体的承重量。

使用时，打开隔声箱门22，将测试轴承17安装在芯轴16上，根据轴承型号调节铜顶柱23在加载盘上的位置；按下液压站电机7开按钮，液压站向动静压主轴15输送高压油，将动静压主轴15悬浮；按下主轴电动机开按钮，动静压主轴15带动测试轴承17转动；按下液压缸27进给按钮，根据不同轴承尺寸调节减压阀输出一定的加载力，此时铜顶柱23将轴承17外圈固定；关闭隔声箱门22，噪声传感器20开始采集测试轴承17的噪声信号，采集信号时间大约30秒；采集信号结束，按下液压缸27退回按钮；液压缸27退回后，按下液压缸27保持按钮，此时液压站不再向液压缸27输送高压油；按下主轴电机7关按钮，最后按下液压站电机7关按钮。由噪声传感器20采集到的轴承噪声信号传给DASP系统处理、分析，得出测试轴承17噪声大小或轴承的故障类型。

Claims (5)

1.滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，其特征在于:包括仪器本体，驱动装置，辅助装置，控制面板和数据采集处理装置；

其中，仪器本体为滚动轴承噪声检测及故障诊断平台的支撑结构，仪器本体上各处分别安装驱动装置、辅助装置部分部件和数据采集处理装置部分部件；驱动装置包括电动机、电动机附属结构和皮带传动结构；辅助装置包括液压站、液压缸、芯轴、加载装置、铜顶柱和隔声装置；数据采集处理装置包括噪声传感器、噪声传感器支架和DASP系统；加载装置包括前加载盘和后加载盘，前加载盘和后加载盘通过螺栓固定，前加载盘上有三个凸形槽，凸形槽下端放螺母，用于紧固铜顶柱，当施加载荷时，螺母顶在后加载盘上，铜顶柱能够在凸形槽内沿径向移动，满足不同轴承尺寸的测试要求；前盘上贴有刻度尺，保证三个铜顶柱顶在轴承外圈的同一轴径上；

隔声装置为隔声箱，加载装置安装在隔声箱一端，连接液压缸并安装铜顶柱；芯轴安装在隔声箱一端与加载装置相对，连接驱动装置；噪声传感器支架、噪声传感器安装在隔声箱内，通过数据线连接DASP系统；

噪声传感器支架包括横杆和竖杆，横杆固定在隔声箱上部，竖杆安装在横杆上，竖杆可沿横杆移动且伸出长度可调，竖杆上设计有关节轴；所述电动机与仪器本体之间设置有减震垫。

2.如权利要求1所述的滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，其特征在于：所述隔声箱为双层结构，中间填充玻璃棉，内壁贴有吸声材料。

3.如权利要求1所述的滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，其特征在于：所述加载装置与驱动装置连接的一端选用动静压主轴，其配用的高压油由液压站提供。

4.如权利要求1所述的滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，其特征在于：所述电动机配有变频器，转速可调。

5.如权利要求1所述的滚动轴承噪声检测及故障诊断平台，其特征在于：所述隔声箱安装有对称位置的法兰盘，液压缸穿过法兰盘与加载装置连接，驱动装置穿过法兰盘与芯轴连接，上述法兰盘内侧安装有Y型密封圈。