CN107014613A - 基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,第一顶轴、第二顶轴的花键轴分别与第一套轴、第二套轴一端的花键孔配合,第一顶轴、第二顶轴的阶梯轴顶住实验滚动轴承的内圈,第一套轴另一端与驱动电机相连,第二套轴另一端与转矩转速仪一端相连,转矩转速仪另一端与加载电机相连;螺杆夹紧装置夹紧实验滚动轴承的外圈;驱动电机和第一带座轴承安装在驱动端底座上,第二带座轴承、转矩转速仪和加载电机安装在加载端底座上,驱动端底座、螺杆夹紧装置和加载端底座安装在基座台上。本发明能够对多种规格的滚动轴承进行故障模拟实验,且拆装方便,数据采集可靠、完备。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承实验台,尤其涉及一种基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台。
背景技术
滚动轴承是现代机械设备中一种非常重要的标准零件,其支撑着机械设备中的旋转轴,并起着降低旋转运动摩擦系数和保证回转精度的作用。在很多情况下,滚动轴承运行环境为高温、高转速或者变转速、重载荷或者变载荷工况,如高速列车、风力发电机、矿山机械与汽车等;此外,滚动轴承还可能会运行于润滑不良、异物侵入等恶劣工况下。这些因素使得滚动轴承容易出现点蚀、裂纹、磨损或者剥落等损伤,而滚动轴承损伤最终又会引发机械设备故障,其后果轻则使得设备停机,造成经济损失,重则导致安全事故。因此,有必要研究或者探索行之有效的滚动轴承状态监测与故障预测、诊断方法,以提高机械设备的运行效率与生产效益。而为达到研究或者探索的目的,则通常需要构建一套合适的滚动轴承故障模拟实验台。
滚动轴承安装基本上都是外圈固定、内圈可旋转,但滚动轴承一旦安装之后,安装机构就很难改变。由于滚动轴承的规格非常多,宽度与内、外圈直径不尽相同,设计加工出的一个特定安装机构通常只适用于某一规格的滚动轴承。这使得目前大多数的滚动轴承故障模拟实验台通常只能对某一规格的滚动轴承进行实验。而若要在这些实验台上对其它规格的滚动轴承进行实验,则需对滚动轴承的安装机构进行大幅度改动,时间与经济成本较高。
发明内容
针对现有的滚动轴承故障模拟实验台难以对多规格的滚动轴承进行实验的局限性,本发明的目的在于提供一种基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,本发明利用两个可更换的顶轴和两个可移动弧形滑块的组合来对不同内径规格的滚动轴承进行安装,从而对滚动轴承进行故障模拟实验,其结构简单、拆装方便。
本发明采用的技术方案是:
一种基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:包括基座台、驱动电机、第一套轴、第一顶轴、实验滚动轴承、第二顶轴、第二套轴、螺杆夹紧装置、转矩转速仪和加载电机;第一顶轴的花键轴与第一套轴的花键孔配合,第二顶轴的花键轴与第二套轴的花键孔配合,第一顶轴、第二顶轴的阶梯轴顶住实验滚动轴承内圈,第一套轴的另一端贯穿第一带座轴承,通过第一弹性联轴器与驱动电机伸出轴相连,第二套轴的另一端贯穿第二带座轴承,通过第二弹性联轴器与转矩转速仪一端伸出轴相连,转矩转速仪另一端伸出轴通过第三弹性联轴器与加载电机伸出轴相连;螺杆夹紧装置夹紧实验滚动轴承的外圈;驱动电机和第一带座轴承安装在驱动端底座上,第二带座轴承、转矩转速仪和加载电机安装在加载端底座上,驱动端底座、螺杆夹紧装置和加载端底座安装在基座台上。
进一步地,所述螺杆夹紧装置包括双向螺杆、第一弧形滑块、第二弧形滑块、直线光轴、手柄和支架;第一弧形滑块、第二弧形滑块通过上端的螺纹孔对称地安装在双向螺杆两端的螺杆中,双向螺杆安装在支架上端的孔中,直线光轴贯穿第一弧形滑块、第二弧形滑块下端的光孔安装在支架下端的孔中,手柄安装在双向螺杆的一端,所述实验滚动轴承被夹紧在第一弧形滑块与第二弧形滑块的中间。
进一步地,所述基座台上加工有T形槽。
进一步地,所述驱动电机内部安装有光电编码器。
进一步地,所述第一顶轴与所述第二顶轴阶梯轴的直径与所述实验滚动轴承的内径相同,阶梯轴的长度之和小于所述实验滚动轴承的宽度;所述第一顶轴与所述第二顶轴可以更换为花键轴尺寸相同但阶梯轴尺寸不同的新顶轴。
优选地,所述试验台还包括电气控制系统,所述电气控制系统包括整流模块、第一变频器、第二变频器、直流母线、控制单元、可编程逻辑控制器和第一工控机;整流模块与直流母线连接,第一变频器与所述驱动电机连接,第二变频器与所述加载电机连接,第一变频器与第二变频器通过直流母线相互连接,第一变频器、第二变频器同时连接到控制单元上,控制单元与可编程逻辑控制器连接,可编程逻辑控制器与第一工控机连接。
优选地,所述实验台还包括测试系统,所述测试系统包括振动传感器、光电隔离器、模拟量输入模块、数字量I/O模块、机箱和第二工控机;振动传感器安装在所述第一弧形滑块或者所述第二弧形滑块上,并与模拟量输入模块连接;所述转矩转速仪经由光电隔离器与数字量I/O模块连接;模拟量输入模块、数字量I/O模块安装在机箱上,机箱与第二工控机连接。
本发明具有的有益效果是:
1、两个顶轴结构简单,加工与拆装方便,通过更换不同尺寸的顶轴,可以安装不同内径规格的滚动轴承,两个可相对移动的弧形滑块则可以夹紧不同外径规格的滚动轴承,因而实验台能够对多规格的滚动轴承进行实验。
2、驱动端底座、螺杆夹紧装置和加载端底座均可以在基座台上沿T形槽移动,因此能够方便地安装与拆卸实验滚动轴承。
3、为滚动轴承状态监测与故障预测、诊断方法的研究与探索提供了一个良好的实验平台。
附图说明
图1是本发明的等轴侧视图;
图2是本发明的正视图;
图3是本发明的实验滚动轴承内圈安装的爆炸图;
图4是本发明的实验滚动轴承内圈安装的结构示意图;
图5是本发明的螺杆夹紧装置的结构示意图;
图6是本发明的电气控制系统的架构示意图;
图7是本发明的测试系统的架构示意图。
图中:基座台1、驱动电机2、第一弹性联轴器3、第一带座轴承4、第一套轴5、第一顶轴6、实验滚动轴承7、第二顶轴8、第二套轴9、第二带座轴承10、第二弹性联轴器11、转矩转速仪12、第三弹性联轴器13、加载电机14、驱动端底座15、加载端底座16、双向螺杆17、第一弧形滑块18、第二弧形滑块19、直线光轴20、手柄21、支架22、整流模块23-1、第一变频器23-2、第二变频器23-3、直流母线23-4、控制单元23-5、可编程逻辑控制器23-6和第一工控机23-7、振动传感器24-1、光电隔离器24-2、模拟量输入模块24-3、数字量I/O模块24-4、机箱24-5、第二工控机24-6。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1~图7,一种基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:包括基座台1、驱动电机2、第一套轴5、第一顶轴6、实验滚动轴承7、第二顶轴8、第二套轴9、螺杆夹紧装置、转矩转速仪12和加载电机14。
本实施例中实验滚动轴承7为6006深沟球轴承,内径30mm,外径55mm,宽度15mm。第一顶轴6与第二顶轴8阶梯轴的直径与实验滚动轴承7的内径相同,阶梯轴的长度均为5mm,阶梯轴的长度之和小于实验滚动轴承7的宽度。第一顶轴6的花键轴与第一套轴5的花键孔配合,第二顶轴8的花键轴与第二套轴9的花键孔配合,第一顶轴6、第二顶轴8的阶梯轴顶住实验滚动轴承7内圈;第一套轴5的另一端贯穿第一带座轴承4,通过第一弹性联轴器3与驱动电机2伸出轴相连,第二套轴9的另一端贯穿第二带座轴承10,通过第二弹性联轴器11与转矩转速仪12一端伸出轴相连,矩转速仪12另一端伸出轴通过第三弹性联轴器13与加载电机14伸出轴相连。驱动电机2为变频调速三相异步电机,选用安徽皖南的YVF2-100L1-4型号,额定功率为2.2kW,额定转速为3000rpm,额定转矩7.3Nm,驱动电机2内部还安装有100线的测速用光电编码器,以实现驱动电机2的转速闭环控制。转矩转速仪12选用北京新宇航测控的JN338-A系列直连式转矩转速传感器,转矩量程为20Nm,转速量程为6000rpm。加载电机14的型号与驱动电机2一致,但没有安装光电编码器,且工作于发电状态。螺杆夹紧装置夹紧实验滚动轴承7的外圈。驱动电机2和第一带座轴承4安装在驱动端底座15上,第二带座轴承10、转矩转速仪12和加载电机14安装在加载端底座16上,驱动端底座15、螺杆夹紧装置和加载端底座16通过螺栓安装在基座台1上的T形槽中。
螺杆夹紧装置包括双向螺杆17、第一弧形滑块18、第二弧形滑块19、直线光轴20、手柄21和支架22。第一弧形滑块18、第二弧形滑块19通过上端的螺纹孔对称地安装在双向螺杆17两端的螺杆中;双向螺杆17安装在支架22上端的孔中;直线光轴20贯穿第一弧形滑块18、第二弧形滑块19下端的光孔安装在支架22下端的孔中;手柄21安装在双向螺杆17的一端,通过手动旋转手柄21,可以带动双向螺杆17旋转,驱使第一弧形滑块18、第二弧形滑块19同时往中间移动,从而夹紧实验滚动轴承7的外圈。
实验台电气控制系统包括整流模块23-1、第一变频器23-2、第二变频器23-3、直流母线23-4、控制单元23-5、可编程逻辑控制器23-6和第一工控机23-7。电气控制系统采用西门子SINAMICS S120 伺服控制系统来实现,其中整流模块23-1选用额定功率为5kW的非调节电源模块,第一变频器23-2、第二变频器23-3均选用额定功率为2.7kW的单轴电机模块,控制单元23-5选用CU 320控制器。整流模块23-1接入工业三相电,并连接到直流母线23-4上,第一变频器23-2通过DRIVE-CLiQ电缆与驱动电机2连接,第二变频器23-3通过DRIVE-CLiQ电缆与加载电机14连接,第一变频器23-2与第二变频器23-3通过直流母线23-4相互连接,第一变频器23-2、第二变频器23-3通过DRIVE-CLiQ电缆连接到控制单元23-5上,控制单元23-5通过以太网与可编程逻辑控制器23-6连接,可编程逻辑控制器23-6通过以太网与第一工控机23-7连接。
实验台测试系统包括振动传感器24-1、光电隔离器24-2、模拟量输入模块24-3、数字量I/O模块24-4、机箱24-5和第二工控机24-6。其中,模拟量输入模块24-3选用NI 9324数据采集卡,数字量I/O模块24-4选用NI 9401数据采集卡,机箱24-5选用NI cDAQ-9132机箱。振动传感器24-1安装在第一弧形滑块18 或者第二弧形滑块19 上,并与模拟量输入模块24-3连接;转矩转速仪12经由光电隔离器24-2与数字量I/O模块24-4连接。模拟量输入模块24-3、数字量I/O模块24-4安装在机箱24-5上,机箱24-5与第二工控机24-6连接。测试系统的数据采集软件部分由第二工控机24-6上的NI LabView编程实现。
电气控制系统与驱动电机2、加载电机14构成电封闭系统。驱动电机2采用转速控制方式,可以使其在额定转速内以任一恒定转速或者按照某一函数变化的转速进行旋转。加载电机14采用转矩控制方式,可以在额定转矩内施加任一恒定的载荷,因此,加载电机14工作于发电状态,其产生的电能可以反馈到直流母线23-4中再供驱动电机2使用,整流模块23-1只需从工业三相电中获取少量电能来补偿系统运行损耗的能量以及加载电机14加载所需的能量,从而使实验台达到节能的目的。
本实施例中,实验滚动轴承7的内圈、外圈或者滚动体上可以通过人工的方法设置所要研究的点蚀、裂纹、磨损、剥落或者它们的组合等故障损伤。在实验台的运行过程中,转矩转速仪12测量实验台的转速、转矩数据,对实验台的工况进行监测,振动传感器24-1采集实验滚动轴承7的振动数据。最后利用采集到的振动数据和转速、转矩数据,可以对滚动轴承的状态监测与故障预测、诊断方法进行研究与探索。
本实施例中实验滚动轴承7可以更换为内径相同但外径不同的深沟球轴承,如6206、6306深沟球轴承,此时第一顶轴6与第二顶轴8不需要更换。
本实施例中实验滚动轴承7可以更换为其它内径规格的深沟球轴承,此时只需将第一顶轴6与第二顶轴8更换,更换后两根新顶轴花键轴的尺寸与第一顶轴6或者第二顶轴8的相同,阶梯轴的直径与更换后深沟球轴承的内径相同,阶梯轴的长度之和小于更换后深沟球轴承的宽度。
进一步地,本实施例中实验滚动轴承7可以更换为其它类型的滚动轴承,如角接触轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承等,此时只需将第一顶轴6与第二顶轴8更换成阶梯轴直径与更换后滚动轴承内径相同、阶梯轴长度之和小于更换后滚动轴承宽度的两根新顶轴。
以上实施例仅供说明本发明之用,而非对本发明的限制,有关技术领域的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变换或变型,因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴,应由各权利要求所限定。
Claims (7)
1.一种基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:包括基座台(1)、驱动电机(2)、第一套轴(5)、第一顶轴(6)、实验滚动轴承(7)、第二顶轴(8)、第二套轴(9)、螺杆夹紧装置、转矩转速仪(12)和加载电机(14);第一顶轴(6)的花键轴与第一套轴(5)的花键孔配合,第二顶轴(8)的花键轴与第二套轴(9)的花键孔配合,第一顶轴(6)、第二顶轴(8)的阶梯轴顶住实验滚动轴承(7)内圈,第一套轴(5)的另一端贯穿第一带座轴承(4),通过第一弹性联轴器(3)与驱动电机(2)伸出轴相连,第二套轴(9)的另一端贯穿第二带座轴承(10),通过第二弹性联轴器(11)与转矩转速仪(12)一端伸出轴相连,转矩转速仪(12)另一端伸出轴通过第三弹性联轴器(13)与加载电机(14)伸出轴相连;螺杆夹紧装置夹紧实验滚动轴承(7)的外圈;驱动电机(2)和第一带座轴承(4)安装在驱动端底座(15)上,第二带座轴承(10)、转矩转速仪(12)和加载电机(14)安装在加载端底座(16)上,驱动端底座(15)、螺杆夹紧装置和加载端底座(16)安装在基座台(1)上。
2.根据权利要求1所述的基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:所述螺杆夹紧装置包括双向螺杆(17)、第一弧形滑块(18)、第二弧形滑块(19)、直线光轴(20)、手柄(21)和支架(22);第一弧形滑块(18)、第二弧形滑块(19)通过上端的螺纹孔对称地安装在双向螺杆(17)两端的螺杆中,双向螺杆(17)安装在支架(22)上端的孔中,直线光轴(20)贯穿第一弧形滑块(18)、第二弧形滑块(19)下端的光孔安装在支架(22)下端的孔中,手柄(21)安装在双向螺杆(17)的一端,所述实验滚动轴承(7)被夹紧在第一弧形滑块(18)与第二弧形滑块(19)的中间。
3.根据权利要求1所述的基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:所述基座台(1)上加工有T形槽。
4.根据权利要求1所述的基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:所述驱动电机(2)内部安装有光电编码器。
5.根据权利要求1所述的基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:所述第一顶轴(6)与所述第二顶轴(8)阶梯轴的直径与所述实验滚动轴承(7)的内径相同,阶梯轴的长度之和小于所述实验滚动轴承(7)的宽度;所述第一顶轴(6)与所述第二顶轴(8)可以更换为花键轴尺寸相同但阶梯轴尺寸不同的新顶轴。
6.根据权利要求5所述的基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:所述试验台还包括电气控制系统,所述电气控制系统包括整流模块(23-1)、第一变频器(23-2)、第二变频器(23-3)、直流母线(23-4)、控制单元(23-5)、可编程逻辑控制器(23-6)和第一工控机(23-7);整流模块(23-1)与直流母线(23-4)连接,第一变频器(23-2)与所述驱动电机(2)连接,第二变频器(23-3)与所述加载电机(14)连接,第一变频器(23-2)与第二变频器(23-3)通过直流母线(23-4)相互连接,第一变频器(23-2)、第二变频器(23-3)同时连接到控制单元(23-5)上,控制单元(23-5)与可编程逻辑控制器(23-6)连接,可编程逻辑控制器(23-6)与第一工控机(23-7)连接。
7.根据权利要求5所述的基于双顶轴安装的螺杆夹紧式多规格滚动轴承故障模拟实验台,其特征在于:所述实验台还包括测试系统,所述测试系统包括振动传感器(24-1)、光电隔离器(24-2)、模拟量输入模块(24-3)、数字量I/O模块(24-4)、机箱(24-5)和第二工控机(24-6);振动传感器(24-1)安装在所述第一弧形滑块(18)或者所述第二弧形滑块(19)上,并与模拟量输入模块(24-3)连接;所述转矩转速仪(12)经由光电隔离器(24-2)与数字量I/O模块(24-3)连接;模拟量输入模块(24-3)、数字量I/O模块(24-4)安装在机箱(24-5)上,机箱(24-5)与第二工控机(24-6)连接。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170804 |
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