CN106568599A - 一种滚动轴承三向振动测量仪及测量方法 - Google Patents

一种滚动轴承三向振动测量仪及测量方法 Download PDF

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黄迪山
李鹏
石德昱
王旭帅
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    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
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Abstract

本发明公开了一种滚动轴承三向振动测量仪及测量方法，测量仪包括实验台、轴承驱动装置、待测轴承、传感器、磁座、数据采集器、计算机、轴承加载装置。测量方法为数据采集器将传感器拾取的模拟物理信号转换成计算机处理的数字信号，通过计算主振动方向分贝值，能全面评价滚动轴承的振动水平；通过积分处理，能将振动加速度信号转变为速度信号和位移信号。本发明可以使用空间主振动分贝值评价轴承振动水平，更为客观，准确；在仅使用单个传感器的情况下同时测量空间三个方向（径向，轴向，周向）的振动加速度，速度，位移，操作方便，成本低廉。

Description

一种滚动轴承三向振动测量仪及测量方法
技术领域
本发明涉及轴承振动测量领域，特别涉及一种滚动轴承三向振动测量仪及测量方法。
背景技术
观察现有的国内外的滚动轴承振动测量仪器产品，并查阅滚动轴承振动测试的行业标准JB/T5314-2013、JB/T10237-2014以及JB/T10236-2014，发现其均是以单一方向振动即径向振动为基础进行轴承振动评价。然而，考虑到圆锥滚子轴承和角接触球轴承的特殊形状构造，它们在运行时不仅存在径向振动，同时还存在轴向和周向振动，若仅仅只用一个方向振动评定轴承振动状态是不够全面的。因此，研究和探索轴承三向振动测量技术，有助于全面的评价轴承的振动水平。
在按照滚动轴承振动测试的行业标准分别对滚动轴承振动加速度和振动速度测量时，传统的轴承振动测量仪需要分别使用振动加速度传感器和振动速度传感器，以及在在测量轴承振动位移时需要单独配备非接触式位移传感器和信号采集器，测量成本较高，传感器安装定位不便。因此，研究使用同一传感器同时测量不同振动参数的测量方法是很有必要的。
发明内容
本发明主要解决现有轴承振动测量仪测量灵活性差、仅能单独测量轴承的单个方向振动和测量成本高的问题，提供一种滚动轴承三向振动测量仪及测量方法，能够实现同时对轴承三向振动加速度、速度、位移的测量，用轴承空间主振动反映轴承实际振动大小，较之用单方向振动值更加客观。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种滚动轴承三向振动测量仪，包括实验台、轴承驱动装置、待测轴承、传感器、磁座、数据采集器、计算机、轴承加载装置，所述的实验台一侧固定轴承驱动装置，另一侧固定轴承加载装置，所述待测轴承的内圈与轴承驱动装置通过间隙配合连接，所述轴承加载装置在待测轴承的外圈于施加轴向力，所述传感器通过螺纹连接有微型磁性座，快速在待测轴承外圈上定位，所述传感器与数据采集器，数据采集器与计算机均通过导线连接。
进一步地，所述轴承驱动装置采用静压主轴为待测轴承提供运转的动力，待测轴承的内圈与静压主轴通过间隙配合连接。
进一步地，所述轴承加载装置采用气缸为待测轴承提供测量所需的轴向力。
进一步地，所述传感器为三向振动加速度传感器，同时测量出待测轴承的径向、轴向、周向的振动加速度。
所述的数据采集器将传感器所拾取的振动模拟物理信号经过A/D转换成计算机能够处理的数字信号；计算机测试操作界面，是基于虚拟仪器平台开发，与数据采集器的通信，完成振动数据采集，实现振动积分处理，分贝显示，动态参数监控，故障报警以及数据库存储等功能。
一种滚动轴承三向振动测量方法，使用上述的滚动轴承三向振动测量仪，包括如下步骤：
1)利用传感器测得待测轴承的三个方向振动加速度信号；
2)将上述的三个方向振动加速度信号进行50～10000Hz频段滤波，并分别计算三个方向的加速度有效值；
3)将上述的通带内的三向加速度有效值进行主振动分贝计算，得到主振动方向的振动分贝值：其中，A是主振动方向加速度有效值，aX，aY，aX分别是空间三个方向的振动加速度有效值，L是主振动方向的振动分贝值；a0为参考加速度；
4)构造积分小波其中，t为时间变量，fH和fL分别为最高和最低截止频率，fi为谐波分量频率，在fH和fL之间变化，w(t)为窗函数，ha(t)在频域内是由一系列等间距中心频率的窗函数线性叠加而成的一个带通滤波器，这一系列窗函数傅里叶谱的峰值不同，通带带宽由窗函数w(t)的主瓣宽度及小波个数决定，其边带衰减由窗函数的旁瓣衰减决定；分别对传感器得到的轴向，径向，周向的振动加速度信号与积分小波进行一次卷积和二次卷积，得到轴向，径向和周向的振动速度和振动位移信号。
本发明与现有技术比较，具有显而易见的实质性特点和优点：
本发明可以使用空间主振动分贝值评价轴承振动水平，更为客观，准确；在仅使用单个传感器的情况下同时测量空间三个方向(径向，轴向，周向)的振动加速度，速度，位移，操作方便，成本低廉。
附图说明
图1是本发明中滚动轴承三向振动测量仪结构示意图。
图2是本发明中滚动轴承三向振动测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示，一种滚动轴承三向振动测量仪，包括实验台1、轴承驱动装置2、待测轴承3、传感器4、磁座5、数据采集器6、计算机7、轴承加载装置8，所述的实验台1一侧固定轴承驱动装置2，另一侧固定轴承加载装置8，轴承驱动装置2采用静压主轴为待测轴承3提供运转的动力；轴承加载装置8采用气缸为待测轴承3提供测量所需的轴向力；运转速度和轴向加载力依照轴承振动试验行业标准进行确定；待测轴承3的内圈与静压主轴通过间隙配合链接，便于更换不同的轴承；轴承加载装置8在待测轴承3的外圈于施加轴向力，以满足测试标准；所述的传感器4为CA-YD-193T型三向振动加速度传感器，三向振动加速度传感器可以同时测量出轴承的径向z、轴向y、周向x振动加速度，并在传感器4下方利用螺纹链接有微型磁座5，可快速在待测轴承3外圈上定位，方便快捷；所述的数据采集器6为YE6231型微型动态数据采集器，可将传感器4所拾取的模拟物理信号经过A/D转换成计算机能够处理的数字信号。
如图2所示，一种滚动轴承三向振动测量方法，通过计算机7上基于虚拟仪器语言开发测试软件，通过USB接口与数据采集器6的通信，将采集的三向加速度信号积分为三向速度信号和三向位移信号，计算径向，轴向，周向振动分贝值和主振动方向分贝值。在测量时间里程内对峭度，裕度，峰度等参数动态监控，生成趋势曲线。对长时间内突发的异常振动指标超过设定范围的，发出警报。能将不同轴承参数以及相应的测量数据存储在数据库中，方便调用和离线分析。
所述的主振动方向分贝值是由径向，轴向，周向加速度有效值值计算得到，其中A是主振动方向加速度有效值，aX，aY，aX分别是空间三个方向的振动加速度有效值，L是主振动方向的分贝值；a0为参考加速度，其值为9.81×10- 3m/s2。
积分小波算法为其中，t为时间变量，fH和fL分别为最高和最低截止频率，fi为谐波分量频率，在fH和fL之间变化，w(t)为窗函数，ha(t)在频域内是由一系列等间距中心频率的窗函数线性叠加而成的一个带通滤波器。在实际测量过程中构造的积分小波参数为fL＝50Hz,fH＝10000Hz，w(t)为Gauss窗，分别对传感器4得到的轴向，径向，周向的振动加速度信号与积分小波进行一次卷积和二次卷积，得到轴向，径向和周向的振动速度和振动位移信号，该滤波器具有出色的积分能力，加速度信号与该滤波器卷积后，能准确得到速度和位移信号，相位滞后π/2，幅值相差0.15％。

Claims (5)

1.一种滚动轴承三向振动测量仪，其特征在于，包括实验台(1)、轴承驱动装置(2)、待测轴承(3)、传感器(4)、磁座(5)、数据采集器(6)、计算机(7)、轴承加载装置(8)，所述的实验台(1)一侧固定轴承驱动装置(2)，另一侧固定轴承加载装置(8)，所述待测轴承(3)的内圈与轴承驱动装置(2)通过间隙配合连接，所述轴承加载装置(8)在待测轴承(3)的外圈于施加轴向力，所述传感器(4)通过螺纹连接有微型磁性座(5)，快速在待测轴承(3)外圈上定位，所述传感器(4)与数据采集器(6)，数据采集器(6)与计算机(7)均通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承三向振动测量仪，其特征在于，所述轴承驱动装置(2)采用静压主轴为待测轴承(3)提供运转的动力，待测轴承(3)的内圈与静压主轴通过间隙配合连接。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承三向振动测量仪，其特征在于，所述轴承加载装置(8)采用气缸为待测轴承(3)提供测量所需的轴向力。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承三向振动测量仪，其特征在于，所述传感器(4)为三向振动加速度传感器，同时测量出待测轴承(3)的径向、轴向、周向的振动加速度。
5.一种滚动轴承三向振动测量方法，使用如权利要求1所述的滚动轴承三向振动测量仪，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用传感器(4)测得待测轴承(3)的三个方向振动加速度信号；
2)将上述的三个方向振动加速度信号进行50～10000Hz频段滤波，并分别计算三个方向的加速度有效值；
3)将上述的通带内的三向加速度有效值进行主振动分贝计算，得到主振动方向的振动分贝值：其中，A是主振动方向加速度有效值，aX，aY，aX分别是空间三个方向的振动加速度有效值，L是主振动方向的振动分贝值；a0为参考加速度；
4)构造积分小波其中，t为时间变量，fH和fL分别为最高和最低截止频率，fi为谐波分量频率，在fH和fL之间变化，w(t)为窗函数，ha(t)在频域内是由一系列等间距中心频率的窗函数线性叠加而成的一个带通滤波器，这一系列窗函数傅里叶谱的峰值不同，通带带宽由窗函数w(t)的主瓣宽度及小波个数决定，其边带衰减由窗函数的旁瓣衰减决定；分别对传感器(4)得到的轴向，径向，周向的振动加速度信号与积分小波进行一次卷积和二次卷积，得到轴向，径向和周向的振动速度和振动位移信号。
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