CN105157920A - 一种超微型转子动平衡测试摆架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超微型转子动平衡测试摆架,包括支承平台，支承平台上设有用于卡装待测滚子的装卡结构，支承平台支承设置在弹性支承件上；所述支承平台上设有加速度传感器，加速度传感器通过导线用于与振动信号测量系统相连。通过设置在支承平台上的加速度传感器进行超微型转子动不平衡量的测量，使得测量范围较激光测位移传感器更宽，测量过程中不会出现振幅过大而超出测量范围。

Description

一种超微型转子动平衡测试摆架
技术领域
本发明属于机械动力学与振动测试技术领域，具体涉及一种超微型转子动平衡测试摆架。
背景技术
根据统计资料，正常工况下，高速滚动轴承失效的主要原因已不再是疲劳剥落，而是占总失效率70％以上的表面损伤和腐蚀。常见的故障主要有高速轻载打滑蹭伤、高温卡死、保持架断裂、磨损等。仅靠提高轴承零件的精度如圆度、波纹度和粗糙度等并不能有效改善上述问题。
高速精密滚动轴承中的微型圆柱滚子直径≤10mm、长径比接近1:1、质量3-5g、不平衡质量≤10mg、表面光滑且驱动难度大。具有不平衡量的微型轴承滚子在高速旋转时会产生周期性的离心力，这会在轴承滚道表面产生附加的动压力，影响滚道的接触应力，加剧滚子的公转打滑、自传滑动，加快滚子表面磨损，对保持架造成冲击，激励保持架产生共振，会导致保持架疲劳破坏，恶化轴承润滑状态。因此，需开对以微型圆柱滚子为代表的超微型转子动平衡检测方法进行研究。
为测量摆架在超微型转子动不平衡量驱动下产生的微弱摆架振动，现有的测量方法是将速度传感器直接安装于摆架之上进行测量，但该方法造成摆架附加质量较大，无法满足超微型转子动不平衡量的测量要求。授权公告号为CN203083773U的专利文件公开了一种超微型转子动平衡测量设备，该设备采用基于激光测距原理的非接触方式测量超微型转子动不平衡量(如图1所示)，在支承待测超微型转子的支承装置上设置阻尼装置，通过调整阻尼大小调整系统共振时的放大因子，使支承装置变为待测超微型转子不平衡量的机械放大器，即将待测超微型转子的微小不平衡量引起的测量系统振动放大，通过激光测距传感器测量其振动位移，实现了在较低的转速下对超微型转子的动平衡的测量。由于采用了非接触式的激光测距传感器，减小了动平衡测量系统的附加质量。
但是，由于激光测距传感器测量范围较小，超微型转子摆架刚度较小，且实际测量过程中摆架振动位移较大，因此很容易超出测量范围。同时，由于激光测距传感器体积较大，因此，仅能在振动的一侧进行测量，造成测量结果不精确。另外，激光测距传感器成本较高，不利于系统的更换与推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种超微型转子动平衡测试摆架，用以解决现有技术中的超微型转子动不平衡量测量的测量容易超出测量范围的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种超微型转子动平衡测试摆架,包括支承平台，支承平台上设有用于卡装待测滚子的装卡结构，支承平台支承设置在弹性支承件上；所述支承平台上设有加速度传感器，加速度传感器通过导线用于与振动信号测量系统相连。
所述加速度传感器是MEMS传感器。
所述支承平台包括一个滚子支承板，所述装卡结构为在滚子支承板中心部位对向固定设置的四个档止杆；所述档止杆为三棱柱，其中一条棱用于与待测滚子接触。
所述滚子支承板为矩形电路板，所述矩形电路板两端分别设置有加速度传感器，所述两个加速度传感器的连线方向与滚子滚动方向一致。
所述电路板上前后对称开有若干个圆孔。
所述弹性支承件固定安装在摆架底座上；所述摆架底座上设置有挡止固定杆，所述挡止固定杆的端部设置一个用于向待测滚子伸出的、限制其径向动作的滚子档止。
所述加速度传感器导线为软细线。
本发明的有益效果是：通过设置在支承平台上的加速度传感器进行超微型转子动不平衡量的测量，使得测量范围较激光测位移传感器更宽，测量过程中不会出现振幅过大而超出测量范围。
在振动的两侧安装加速度传感器进行测量，使得测量结果更加精确。
将集成了加速度传感器的电路板直接作为超微型转子测试摆架中的微型转子支承面，能够显著减少摆架质量。
MEMS加速度传感器为惯性传感器，可直接安装在摆架上，没有安装距离等要求，可弥补采用转速传感器和激光位移传感器在超微型转子动不平衡量测量中的不足。与基于激光测距原理的测量方法相比避免了测试前的激光对焦操作，具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量生产、易于集成等优点。采用MEMS传感器所获信号为摆架振动加速度值，通过积分可以得到摆架的振动速度或振动位移，并可根据需要按照加速度、速度或位移解算不平衡量。且系统平衡转速越高，加速度数值越为敏感、对测量越为有利。
采用两根软细线将传感器信号接入数据采集系统以避免电缆弹性对摆架振动特性的干扰。
附图说明
图1是现有技术中的超微型转子动平衡测量装备的结构图；
图2是本发明实施例的结构图；
图3是本发明实施例的零件爆炸示意图；
图4是本发明实施例的转子支承平面的底部视图；
图5是本发明实施例的MEMS电路板静力学分析图；
图6是本发明实施例的MEMS电路板第一弹性应变分析图；
图7是本发明实施例的MEMS电路板第二弹性应变分析图；
图8是本发明实施例的MEMS电路板第一振动模态分析图；
图9是本发明实施例的MEMS电路板第二振动模态分析图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图2-4所示，本发明的超微型转子动平衡测试摆架包括：滚子挡止1，滚子支承座2，MEMS电路板即滚子支承板3，MEMS传感器导线4，MEMS传感器5，摆架弹性支杆6，摆架底座7，挡止固定杆定位螺栓8，挡止固定杆9，滚子挡止固定螺母10。
其中，摆架底座7固定于测试系统平面上，其上表面设置有4个用于安装摆架弹性支杆6的安装孔和1个用于固定L型挡止固定杆9的定位孔，4根摆架弹性支杆6底部粘连安装于摆架底座7上。MEMS电路板3采用电焊方式将其焊接于弹性支杆6的顶部作为被测滚子支承板，在该电路板上前后对称开有数个圆孔以减少摆架整体质量。将两个MEMS加速度传感器5焊接于MEMS电路板3下表面，并用MEMS传感器导线4将其与振动信号测量系统相连。在MEMS电路板3上表面中心处对向固定设置四个三棱柱挡止杆构成滚子支承座2，所述滚子支承座2用于盛放待测滚子。采用定位螺栓8将挡止固定杆9固定安装于摆架底座7上表面，滚子挡止1穿过挡止固定杆9顶端处的过孔并调整至适当高度，之后用挡止固定螺母10将其从挡止固定杆两侧夹紧固定，以防止测试过程中滚子高速转动飞离摆架。
在上述实施例中，所述加速度传感器是MEMS传感器，作为其他实施方式，所述加速度传感器为其他加速度传感器。
在上述实施例中，所述装卡结构为在滚子支承板中心部位对向固定设置的四个三棱柱挡止杆。作为其他实施方式，所述支承平台为V形的支承块。
在上述实施例中，所述滚子支承板为矩形电路板，将加速度传感器及其外围电阻集成，能够有效减少支承平台的重量，提高系统的灵敏度。同时，在电路板下表面沿滚子滚动的方向设置有两个加速度传感器，使得检测结果更加精确，还能保证电路板两端的重量平衡。作为其他实施方式，所述加速度传感器可以只设置一个。
在上述实施例中，所述加速度传感器焊接在电路板上，能够有效减小电路板质量。作为其他实施方式，所述加速度传感器采用插接的方式固定到在电路板上。
在上述实施例中，所述弹性支承件包括摆架底座，摆架底座上表面粘连有4根摆架弹性支杆。作为其他实施方式，所述弹性支承件是支承弹簧。
在上述实施例中，所述摆架底座上设置有挡止固定杆，所述挡止固定杆的端部设置有过孔，滚子挡止穿过孔并被定位螺栓固定。作为其他实施方式，所述挡止固定杆设置在支承平台上。
在上述实施例中，所述加速度传感器导线的软细线是漆包线或者线芯等软质细线。能够避免电缆弹性对摆架振动特性的干扰。
为验证采用MEMS电路板3作为摆架支承平面对超微型转子动平衡测试未构成影响，采用有限元分析电路板静力学、弹性力学及动力学特性，请参阅图5-图9。图5是MEMS电路板3的静力学特性分析及总体变形情况，如图所示，最大变形位置发生于电路板平面中央处颜色最深区域，最大变形0.21μm，说明摆架并未发生明显变形；图6为MEMS电路板弹性变形应变分析，最大应变发生于弹性支杆固定安装孔处，约为5.59×10-7，因此弹性应变影响可忽略不计；图7为MEMS电路板整体等效弹性应变分析，与图6分析结果相近；图8和图9分别为MEMS电路板的一阶和二阶模态特性分析，如图所示，MEMS电路板自身一阶和二阶共振频率约为9.3KHz和14.6KHz，远高于测试过程中的平衡转速且不会发生共振。

Claims (7)

1.一种超微型转子动平衡测试摆架,包括支承平台，支承平台上设有用于卡装待测滚子的装卡结构，支承平台支承设置在弹性支承件上；其特征在于:所述支承平台上设有加速度传感器，加速度传感器通过导线用于与振动信号测量系统相连。
2.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测试摆架,其特征在于:所述加速度传感器是MEMS传感器。
3.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测试摆架,其特征在于:所述支承平台包括一个滚子支承板，所述装卡结构为在滚子支承板中心部位对向固定设置的四个档止杆；所述档止杆为三棱柱，其中一条棱用于与待测滚子接触。
4.根据权利要求3所述的超微型转子动平衡测试摆架,其特征在于:所述滚子支承板为矩形电路板，所述矩形电路板两端分别设置有加速度传感器，所述两个加速度传感器的连线方向与滚子滚动方向一致。
5.根据权利要求4所述的超微型转子动平衡测试摆架,其特征在于:所述电路板上前后对称开有若干个圆孔。
6.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测试摆架,其特征在于:所述弹性支承件固定安装在摆架底座上；所述摆架底座上设置有挡止固定杆，所述挡止固定杆的端部设置一个用于向待测滚子伸出的、限制其径向动作的滚子档止。
7.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测试摆架，其特征在于：所述加速度传感器导线为软细线。
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