CN110595767A - 一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台 - Google Patents

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CN110595767A CN201910812808.2A CN201910812808A CN110595767A CN 110595767 A CN110595767 A CN 110595767A CN 201910812808 A CN201910812808 A CN 201910812808A CN 110595767 A CN110595767 A CN 110595767A
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张建业
周光辉
李嘉瑞
李书震
李若琳
孟建军
冯允佳
谢金池
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Abstract

本发明提供一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台，能用于机械工程及测控仪表类课程实验教学与相关科研工作，主要涉及可以快速更换轴承和齿轮零件、设置调节多种故障的双跨双转子齿轮传动故障模拟系统。实验台可以模拟轴承正常状态、轴承滚动体故障、内圈故障、外圈故障、保持架故障和齿轮正常状态、齿轮断齿、齿轮点蚀故障、两类零件的混合故障，以及齿轮旋转不平衡等故障类型。本发明为旋转机械系统传动系统的状态监测和故障诊断课程提供实验依据和技术指导，且故障类型设置操作快速方便，易于普及推广，为高等学校相关的实验教学与科研工作提供保证。

Description

一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台
技术领域
本发明涉及教学与实验仪器设备技术领域，特别涉及一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台。
背景技术
大型旋转机械是工业生产中的重要设备，因此保证旋转机械的安全运转具有非常有必要的。为了保障机器操作者的安全以及防止灰尘进入机器，旋转机械一般是被外壳封闭的。因此，设备如果发生故障也难以及时发现并维修。机械的振动参数可以反映其运行状况，可以通过监测分析旋转机械运行时产生的振动信号来判断其运行状态是否发生故障。
齿轮和轴承等机械零件直接影响到整个大型机械设备的加工精度、运行可靠性及寿命等性能参数。开展旋转机械状态监测和故障诊断、预测方法的研究，主要是机械设备传动系统中运行的齿轮和轴承等旋转运动零件进行监测和分析。齿轮传动系统故障诊断实验台作为高等工科院校《机械振动》、《精密仪器设计》、《检测技术》、《传感器原理及应用》等多门课程的实验平台，使同学们能够了解现代测试技术、仪器仪表技术和故障诊断技术，熟悉旋转机械故障诊断的基本原理和常用方法，适合测控、机械、机电等多个专业的实验教学，
在促进实验教学的发展以及培养学生的实践能力和创新精神等方面都具有重要的现实意义。但是由于轴系机械零部件的经常会有过渡或过盈的配合关系，导致在现有故障实验台进行教学及科研实验过程中，难以更换安装在轴上的齿轮和轴承等零件，造成实验拆装过程中损伤实验台零部件，并且实验效率低，实验时间长。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台，能用于机械工程及测控仪表类课程实验教学与相关科研工作，主要涉及可以快速更换轴承和齿轮零件、设置调节多种故障的双跨双转子齿轮传动故障模拟系统。所述实验台可以模拟轴承正常状态、轴承滚动体故障、内圈故障、外圈故障、保持架故障和齿轮正常状态、齿轮断齿、齿轮点蚀故障、两类零件的混合故障，以及传动轴线不对中，齿轮旋转不平衡等故障类型。本发明为旋转机械系统传动系统的状态监测和故障诊断课程提供实验依据和技术指导，且故障类型设置操作快速方便，易于普及推广，为高等学校相关的实验教学与科研工作提供保证。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台，包括：实验台架、齿轮故障调节模块、轴承故障与不平衡故障调节模块、不对中调节模块。所述齿轮故障调节模块、轴承故障与不平衡故障调节模块、不对中故障调节模块安装于实验台架上。
所述实验台架包括底座、齿轮托架、下轴承座、上轴承座、传感器、传感器安装架、轴承放置架七个零部件。
所述底座用来安装轴承座，传感器安装架、齿轮托架、轴承放置架等零件，尺寸为600×300×18mm，材料采用Q235A。
所述齿轮托架安装在底座上，在小齿轮轴两端各设置一个，用来放置不参与啮合的另外两个小齿轮，使未啮合的小齿轮与小齿轮轴保持间隙，不与小齿轮轴接触。
所述下轴承座安装在底座上，下轴承座与所述上轴承座之间安装轴承，上轴承座与下轴承座连接固定轴承外圈；大小齿轮轴的上轴承座和下轴承座设计为一个整体，将大齿轮轴和小齿轮轴端部两个不同轴承安装在一个轴承座上；上轴承座与下轴承座一体设计保证了小齿轮轴和大齿轮轴安装的平行度，避免因分离式轴承座安装误差导致两齿轮轴的不平行，更方便拆卸轴承，可节省实验时间。
所述传感器使用的是欧姆龙的E2B_S12MS04_WP_C2 2M型位移传感器，该传感器可用来检测导磁材料，参数为：圆柱型、公制螺纹M12×30、不锈钢外壳、屏蔽型、监测距离4mm、导线引出型，PVC电缆，直径4mm、导线长度2m。实验台共使用4个传感器，在每个轴中心处沿径向呈90°安装两个传感器。
所述传感器安装架用来安装传感器，其底部设有U型导槽，其上部共有两对直径为15mm的传感器安装孔，安装孔轴线呈90°相交。
所述轴承放置架用来放置未工作的轴承，所述轴承包括正常轴承、保持架故障轴承、滚动体故障轴承、多滚动体故障轴承、内圈故障轴承、外圈故障轴承。
所述齿轮故障调节模块包括小齿轮(断齿)、小齿轮(点蚀)、小齿轮轴、小齿轮(正常)、深沟球轴承6300、弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)、永磁直流电动机(55ZY06/A3)。
所述齿轮故障调节模块设置在小齿轮传动轴系上，小齿轮轴采用中间粗两端细的阶梯轴，两端轴承安装的轴肩直径10mm，小齿轮安装位置的轴肩直径15mm；小齿轮沿直径方向设置有M4的螺纹通孔，小齿轮与小齿轮轴使用螺钉紧固连接进行轴向和周向固定；在更换齿轮模拟故障实验时，先松开工作位置小齿轮内部直径方向的紧固螺钉，将被替换小齿轮从15mm直径的轴肩上滑到齿轮托架上；然后将另一个齿轮滑到15mm直径的轴肩上并拧紧螺钉紧固即可完成替换；齿轮托架安装位置小齿轮轴的轴肩直径为10mm，放在齿轮托架上的小齿轮和小齿轮轴不发生接触。
所述小齿轮包括小齿轮(断齿)、小齿轮(点蚀)、小齿轮轴和小齿轮(正常)，小齿轮(正常)用来模拟无故障齿轮传动系统的情况，小齿轮(断齿)和小齿轮(点蚀)分别用来模拟齿轮传动出现断齿和点蚀故障的两种情况。
所述小齿轮轴肩直径10mm的两端安装一对深沟球轴承6300，所述深沟球轴承6300内径为10mm，外径为35mm，在脂润滑条件下最高转速可达转速18000r/min。
所述55ZY系列永磁直流电动机(55ZY06/A3)最高转速可达3700转，可通过Labview数据处理软件进行100-3700r/min的无级调速，模拟齿轮传动系统在高速、中速、低速下的正常和故障运行状态。
所述DR系列弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)用来连接小齿轮轴和永磁直流电动机(55ZY06/A3)，该系列弹性联轴器容许一定大小的传动轴线不对中，便于本实验台设置不对中故障类型，并且能补偿轴线不对中造成的偏差，以避免偏差太大使电机过载而损坏电机。
所述轴承故障与不平衡故障调节模块包括轴承(正常)、大齿轮轴、偏心块、大齿轮、轴承(外圈故障)、轴承(内圈故障)、轴承(单滚动体故障)、轴承(多滚动体故障)、轴承(保持架故障)。
所述大齿轮轴为直径15mm的镀铬光轴，大齿轮安装在大齿轮轴中点部位，轴承安装在大齿轮轴两端，大齿轮轴和轴承内圈采用过渡配合，方便实验时拆装轴承，未安装的轴承放置在轴承放置架上；
所述轴承包括轴承(正常)和5个故障轴承，轴承所选择型号为深沟球轴承6202，内径为15mm，外径为35mm；更换1个或两个故障轴承，可以实现轴承故障组合模拟。；
所述大齿轮沿直径方向设置有M4螺纹通孔，大齿轮与大齿轮轴使用螺钉连接进行轴向和周向固定；大齿轮端面圆周方向均布有4个M6螺纹孔和4个M8螺纹孔，连接1个或多个偏心块后可以模拟齿轮传动不平衡故障状态。
所述偏心块由M6或M8螺栓和若干个垫圈组成，在做不平衡故障实验时将偏心块连接到大齿轮端面的上，固定在对应的M6或M8螺纹孔上，实验中可以通过转动不平衡信号的检测来确定偏心块的位置和大小。
所述不对中故障调节模块包括：相交不对中调节螺钉、旋转调节挡块、连接螺钉a、电机调节座、电机支座、平移调节挡块、平行不对中调节螺钉、连接螺钉b、连接螺钉c，该模块可以设置模拟永磁直流电动机(55ZY06/A3)轴线与小齿轮轴轴线平行不对中和相交不对中两种故障类型；
所述电机调节座、旋转调节挡块和平移调节挡块安装在底座上；所述电机调节座中心设置1个沉头通孔，两侧设置2个螺纹孔，四角设置4个U型槽，电机调节座通过安装在4个U型槽的连接螺钉a与底座固定；所述电机支座底部中心设置1个螺纹孔，两侧设置2个沉头通孔及端面设置4个电机安装螺纹孔，电机支座通过安装在两侧的一对连接螺钉b与电机调节座固定，另有穿过电机调节座中心沉头通孔的连接螺钉c安装在电机支座中心的螺纹孔上；所述永磁直流电动机(55ZY06/A3)使用4个螺钉安装在电机支座上，并通过弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)与小齿轮轴连接；
所述平移调节挡块设置有M6的螺纹通孔，螺纹通孔内安装有平行不对中调节螺钉，平行不对中调节螺钉钉头顶住电机调节座并与电机轴线垂直，且平行不对中调节螺钉轴线与电机支座对称线在底座上的投影共线；
所述旋转调节挡块设置有M6的螺纹通孔，螺纹通孔内安装有相交不对中调节螺钉，相交不对中调节螺钉钉头顶住电机支座并与电机轴线平行，且相交不对中调节螺钉轴线与电机轴线在底座上的投影有50mm的偏距；
平行不对中实验模拟故障时，电机调节座在平行不对中调节螺钉作用下，同安装在其上的电机支座和永磁直流电动机一起平移；相交不对中实验模拟故障时，电机调节座固定不动，电机支座在相交不对中调节螺钉作用下，同安装在其上的永磁直流电动机一起旋转；
在进行平行不对中故障模拟实验时，先确认电机支座与电机调节座之间的连接螺钉b已拧紧，再放松电机调节座与底座之间的连接螺钉a，然后顺时针旋转平行不对中调节螺钉，电机调节座将会在平行不对中调节螺钉作用下进行平移；平行不对中调节螺钉大小为M6，螺距为1mm，即螺钉每旋转1周，电机轴线与小齿轮轴的轴线偏距为1mm，将平行不对中偏距调节完成后将连接螺钉a拧紧，即完成平行不对中故障模拟，可开始启动电机进行实验测试。
在进行相交不对中故障模拟实验时，先确认电机调节座与底座之间的连接螺钉a已拧紧，卸除电机支座与电机调节座之间的连接螺钉b；电机支座与电机调节座中心位置还有一个连接螺钉c作为旋转轴；顺时针旋转相交不对中调节螺钉，电机支座在相交不对中调节螺钉作用下带着电机绕联接螺钉c进行旋转；旋转调节螺钉大小为M6，螺距1mm，旋转相交不对中调节螺钉一周，电机支座旋转大约1.15°；将相交不对中角度调节完成后，无须再安装连接螺钉b即完成相交不对中故障模拟，可开始启动电机进行实验测试。
在平行不对中和相交不对中故障模拟实验完成后将电机调节座及电机支座复位，使电机轴线与小齿轮轴处于同轴，弹性联轴器处于无外力状态。
通过调节电机调节座和电机支座的位置来模拟平行不对中和相交不对中故障，相比调节永磁直流电动机位置或小齿轮轴位置更方便和科学。如果通过调节小齿轮轴的位置来达到不对中，将会影响大小齿轮之间的啮合，从而影响故障实验台测试结果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台结构图；
图2是实验台架；
图3是齿轮故障调节模块；
图4是小齿轮结构图；
图5是大齿轮结构图；
图6是齿轮工作位置安装剖视图；
图7是小齿轮(正常、点蚀、断齿)快速更换示意图；
图8是小齿轮轴结构图；
图9是小齿轮点蚀故障模拟示意图；
图10是小齿轮断齿故障模拟示意图；
图11是轴承故障与不平衡故障调节模块；
图12是轴承快速更换示意图；
图13是不对中故障调节模块；
图14是不对中故障调节模块俯视图；
图15是相交不对中故障调节模拟剖视图。
图中：1、实验台架；1.1、底座；1.2、齿轮托架；1.3、下轴承座；1.4、上轴承座；1.5传感器；1.6；传感器安装架；1.7、轴承放置架；
2、齿轮故障调节模块；2.1、小齿轮(断齿)；2.2、小齿轮(点蚀)；2.3、小齿轮轴；2.4、小齿轮(正常)；2.5、深沟球轴承6300；2.6、弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)；2.7、永磁直流电动机(55ZY06/A3)；
3、轴承故障调节模块；3.1、轴承(正常)；3.2、大齿轮轴；3.3、偏心块；3.4、大齿轮；3.5、轴承(外圈故障)；3.6、轴承(内圈故障)；3.7、轴承(单滚动体故障)；3.8、轴承(多滚动体故障)；3.9、轴承(保持架故障)；
4、不对中故障调节模块；4.1、相交不对中调节螺钉；4.2、旋转调节挡块；4.3、连接螺钉a；4.4电机调节座、；4.5、电机支座；4.6、平移调节挡块；4.7、平行不对中调节螺钉；4.8、连接螺钉b；4.9、连接螺钉c。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，列举以下实施例，并配合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台可以进行如下实验：
(1)齿轮故障模拟实验
齿轮故障调节模块2包括小齿轮(断齿)2.1、小齿轮(点蚀)2.2、小齿轮轴2.3、小齿轮(正常)2.4、深沟球轴承63002.5、弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)2.6、永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7。
所述齿轮故障调节模块2设置在小齿轮传动轴系上，小齿轮轴2.3采用中间粗两端细的阶梯轴，两端轴承2.4安装的轴肩直径为10mm，小齿轮2.1、2.2、2.4安装位置的轴肩直径为15mm；小齿轮2.1、2.2、2.4沿直径方向设置有螺纹通孔，小齿轮2.1、2.2、2.4与小齿轮轴2.3之间可通过螺钉紧固连接，进行轴向和周向固定；在进行故障模拟实验更换齿轮时，先松开工作位置小齿轮内直径方向的紧固螺钉，将被替换小齿轮2.1、2.2、2.4从小齿轮轴2.3直径15mm的轴肩上滑到齿轮托架1.2上；然后将另一个小齿轮2.1、2.2、2.4滑到直径15mm的轴肩上，并预紧小齿轮2.1、2.2、2.4内部紧固螺钉即可完成替换，齿轮托架1.2位置小齿轮轴2.3的轴肩直径为10mm，放在齿轮托架上1.2的小齿轮2.1、2.2、2.4和小齿轮轴2.3不发生接触。
所述小齿轮包括小齿轮(断齿)2.1、小齿轮(点蚀)2.2、小齿轮轴2.3、小齿轮(正常)2.4；其中小齿轮(正常)2.4用来模拟无故障齿轮传动系统的情况，小齿轮(断齿)2.1和小齿轮(点蚀)2.2分别用来模拟齿轮传动中出现断齿和点蚀故障的两种情况。
所述小齿轮轴肩直径为10mm两端安装一对深沟球轴承6300，所述深沟球轴承6300内径为10mm，外径为35mm，在脂润滑条件下最高转速可达转速18000r/min。
所述DR系列弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)2.6用来连接小齿轮轴2.3和永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7，该系列弹性联轴器容许一定大小的传动轴线不对中，便于本实验台设置不对中故障类型，并且能补偿不对中故障类型造成的偏差，以避免偏差太大使得电机无法转动而损坏电机。
所述55ZY系列永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7最高转速可达3700r/min，可通过Labview数据处理软件进行100-3700r/min之间的无级调速，模拟齿轮传动系统在高速、中速、低速下的正常运行及故障状态。
齿轮故障模拟实验步骤如下：
1)确认实验台架1上各螺钉均已预紧，永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7处于对中位置，小齿轮(正常)2.4处于工作位置，大齿轮3.4上未安装偏心块，安装在大齿轮轴3.2上两端为轴承(正常)3.1；
2)启动永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7，并按照实验要求调节电机转速，记录小齿轮(正常)2.4与大齿轮3.4啮合工况下的检测数据；
3)将小齿轮(正常)2.4与小齿轮轴2.3之间的紧固螺钉松开。将传感器安装架1.6与底座1.1的连接螺钉松开；
4)将传感器安装架1.6往外拉，让当前小齿轮(正常)2.4向右移到齿轮托架1.2上，将边齿轮托架1.2上的小齿轮(点蚀)2.2移动到小齿轮轴2.3上15mm的轴肩上并紧固；
5)启动永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7，并按照实验要求调节电机2.7转速，记录小齿轮(点蚀)2.2情况下的检测数据；
6)根据实验内容，更换小齿轮(断齿)2.1，重复以上操作，记录相应的实验数据；
7)齿轮故障实验完毕，将各零件复位。
(2)轴承故障模拟实验
轴承故障与不平衡故障调节模块3包括轴承(正常)3.1、大齿轮轴3.2、偏心块3.3、大齿轮3.4、轴承(外圈故障)3.5、轴承(内圈故障)3.6、轴承(单滚动体故障)3.7、轴承(多滚动体故障)3.8、轴承(保持架故障)3.9。
大齿轮轴3.2为直径15mm的镀铬光轴，大齿轮3.4安装在大齿轮轴3.2中点部位，轴承安装在大齿轮轴3.2两端，大齿轮轴3.2和轴承内圈采用过渡配合，方便实验时拆装轴承；
所述轴承安装在大齿轮轴3.2两端，包括轴承(正常)3.1和5个故障轴承3.5-3.9，所有轴承型号为深沟球轴承6202，内径为15mm，外径为35mm；更换一个或两个故障轴承，可以实现轴承故障组合；
更换轴承时只需将上轴承座1.4与下轴承座1.3之间的连接螺钉取出，再将上轴承座1.4取下就可直接拿出轴承。由于本发明的齿轮传动系统故障模拟实验台在运行时处于空载状态，大齿轮轴3.2和轴承内圈过渡配合使用轴承拉马工具能轻松拆卸轴承，省去了轴承热拆或冷装的复杂过程，可大大简化实验台的拆卸操作流程、节省实验时间。
轴承故障模拟实验步骤如下：
1)确认实验台架1上各螺钉均已预紧，永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7处于对中位置，大齿轮3.4上未安装偏心块，轴承3.1和小齿轮2.4均是正常无故障零件；
2)启动永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7，并按照实验要求调节电机转速，记录轴承3.1正常情况下的检测数据；
3)将下轴承座1.3与上轴承座1.4之间的连接螺钉松开，依次换上故障轴承3.5-3.9。
4)将下轴承座1.3与上轴承座1.4之间的连接螺钉预紧，记录轴承3.5-3.9故障情况下的检测数据；
5)轴承故障实验完毕，将各零件复位。
(3)不对中故障模拟实验
不对中故障调节模块包括：相交不对中调节螺钉4.1、旋转调节挡块4.2、连接螺钉a4.3、电机调节座4.4、电机支座4.5、平移调节挡块4.6、平行不对中调节螺钉4.7、连接螺钉b4.8、连接螺钉c 4.9，该模块可以设置模拟永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7轴线与小齿轮轴2.3轴线平行不对中和相交不对中两种故障；
电机调节座4.4、旋转调节挡块4.2和平移调节挡块4.6安装在底座1.1上；所述电机调节座4.4中心设置1个沉头通孔，两侧设置2个螺纹孔，四角设置4个U型槽，电机调节座4.4通过安装在4个U型槽的连接螺钉a 4.3与底座1.1固定；电机支座4.5底部中心设置1个螺纹孔，两侧设置2个沉头通孔及端面设置4个电机安装螺纹孔，电机支座4.5通过安装在两侧的一对连接螺钉b 4.8和安装在中心的连接螺钉c 4.9与电机调节座4.4固定；永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7通过4个电机安装螺纹孔安装在电机支座4.5上，通过弹性联轴器(DR-6×10-D25L40)2.6与小齿轮轴2.3连接；
平移调节挡块4.6设置有M6的螺纹通孔，螺纹通孔内安装有平行不对中调节螺钉4.7，平行不对中调节螺钉4.7钉头顶住电机调节座4.4并与永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7轴线垂直，且平行不对中调节螺钉4.7轴线与电机支座4.5对称线在底座1.1上的投影共线；
旋转调节挡块4.2设置有M6的螺纹通孔，螺纹通孔内安装有相交不对中调节螺钉4.1，相交不对中调节螺钉4.1钉头顶住电机支座4.5并与永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7轴线平行，且相交不对中调节螺钉4.1轴线与电机2.7轴线在底座1.1上的投影有50mm的偏距；
不对中故障模拟实验步骤如下：
1)确认实验台架1上各螺钉均已预紧，永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7处于轴线对中位置，大齿轮上3.4无偏心块，轴承和齿轮均是正常无故障零件。
2)进行平行不对中故障模拟实验时，先确认电机支座4.5与电机调节座4.4之间的连接螺钉b 4.8已拧紧，再放松电机调节座4.4与底座之间的连接螺钉a 4.3，然后顺时针旋转平行不对中调节螺钉4.7进行调节，电机调节座4.4将会在平行不对中调节螺钉4.7作用下进行平移；平行不对中调节螺钉4.7大小为M6，螺距为1mm，即螺钉每旋转1圈，电机2.7轴线与小齿轮轴2.3的轴线偏距为1mm，将平行不对中偏距调节完成后，将连接螺钉a 4.3拧紧即完成平行不对中故障模拟，可开始启动电机2.7进行实验测试。
3)在进行相交不对中故障模拟实验时，先确认电机调节座4.4与底座1.1之间的连接螺钉a 4.3已拧紧，卸除电机支座4.5与电机调节座4.4之间的连接螺钉b 4.8；电机支座4.5与电机调节座4.4中心位置还有一个连接螺钉c 4.9，顺时针旋转相交不对中调节螺钉4.1，电机支座4.5在相交不对中调节螺钉4.1作用下带着电机2.7绕联接螺钉c 4.9进行旋转；旋转调节螺钉大小为M6，螺距1mm，旋转相交不对中调节螺钉4.1一周，电机支座4.5旋转大约1.15°；将相交不对中角度调节完成后，无须再安装连接螺钉b 4.8即完成相交不对中故障模拟，可开始启动电机2.7进行实验测试。
4)在平行不对中和相交不对中故障模拟实验完成后，将电机调节座4.4及电机支座4.5复位，使电机2.7轴线与小齿轮轴2.3轴线处于同轴状态，弹性联轴器2.6处于无外力状态。
(4)不平衡故障模拟实验
不平衡故障在大齿轮3.4上进行模拟，大齿轮3.4沿直径方向设置有螺纹通孔，大齿轮3.4与大齿轮轴3.2之间可通过螺钉紧固连接，进行轴向和周向固定；大齿轮3.4端面圆周方向均布有4个M6螺纹孔和4个M8螺纹孔，连接1个或多个偏心块3.3后可以模拟齿轮传动不平衡故障。
偏心块3.3由M6或M8螺栓和若干个质量垫圈组成，在进行不平衡故障实验时将偏心块3.3连接到大齿轮3.4端面的上，固定在对应的M6或M8螺纹孔上，实验中可以通过检测转动不平衡信号来确定偏心块3.3的固定位置和质量大小。
不平衡故障模拟实验步骤如下：
1)确认实验台架1上各螺钉均已预紧，永磁直流电动机(55ZY06/A3)2.7处于轴线对中位置，大齿轮上3.4无偏心块，轴承和齿轮均是正常无故障零件；
2)启动电机2.7，观察正常运行情况下大齿轮轴3.2的信号和检测结果；
3)根据实验内容将不同质量偏心块3.3安装到大齿轮3.4端面的M6螺纹孔和M8螺纹孔上，记录不同不平衡故障状态下实验检测结果；
4)不平衡实验完毕，拆除不平衡偏心块3.3，将各其余零件复位。
本发明所述的一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台，可以很方便的更换齿轮，更换轴承时可将轴系两端的轴承上盖松开，直接快速更换相同材料和几何参数不同故障类型轴系，无需拆卸轴系上的齿轮和两端的轴承；可设置轴线不对中故障及不平衡故障，能在最大限度地节约时间进行教学和科研，同时本发明的设计技术方案保持了齿轮更换前后的传动系统的精度，对于精确验证齿轮故障诊断算法具有重要意义。
以上对本发明的具体实施进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例而已，并被认为不用于限制本发明的实施范围；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种快速更换零件的齿轮传动系统故障模拟实验台，包括：实验台架、齿轮故障调节模块、轴承故障与不平衡故障调节模块，所述齿轮故障调节模块、轴承故障与不平衡故障调节模块安装于实验台架上；
所述实验台架包括底座、齿轮托架、下轴承座、上轴承座、传感器、传感器安装架、轴承放置架；所述齿轮托架安装在底座上，在小齿轮轴两端各设置一个，放置不参与啮合的两个小齿轮；所述下轴承座安装在底座上，下轴承座与所述上轴承座之间安装轴承，大小齿轮轴的上轴承座和下轴承座设计为一个整体，将大齿轮轴和小齿轮轴端部两个不同轴承安装在一个轴承座上；所述传感器安装架用来安装传感器，其底部设有U型导槽，其上部共有两对直径为15mm的传感器安装孔，安装孔轴线呈90°相交；
所述齿轮故障调节模块包括小齿轮(断齿)、小齿轮(点蚀)、小齿轮轴、小齿轮(正常)、深沟球轴承6300、弹性联轴器、永磁直流电动机；齿轮故障调节模块设置在小齿轮传动轴系上，小齿轮轴采用中间粗两端细的阶梯轴，两端轴承安装的轴肩直径10mm，小齿轮安装位置的轴肩直径15mm；小齿轮沿直径方向设置有M4的螺纹通孔，小齿轮与小齿轮轴使用螺钉紧固连接进行轴向和周向固定；齿轮故障模拟实验时，先松开工作位置小齿轮内部直径方向的紧固螺钉，将被替换小齿轮从15mm直径的轴肩上滑到齿轮托架上；然后将另一个齿轮滑到15mm直径的轴肩上并拧紧螺钉紧固即可完成替换；齿轮托架安装位置小齿轮轴的轴肩直径为10mm，放在齿轮托架上的小齿轮和小齿轮轴不发生接触；小齿轮(断齿)和小齿轮(点蚀)分别用来模拟齿轮传动出现断齿和点蚀故障情况；小齿轮轴肩直径10mm的两端安装深沟球轴承6300；所述弹性联轴器用来连接小齿轮轴和永磁直流电动机；
所述轴承故障与不平衡故障调节模块包括轴承(正常)、大齿轮轴、偏心块、大齿轮、轴承(外圈故障)、轴承(内圈故障)、轴承(单滚动体故障)、轴承(多滚动体故障)、轴承(保持架故障)；所述大齿轮轴为直径15mm的镀铬光轴，大齿轮安装在大齿轮轴中点部位，轴承安装在大齿轮轴两端，大齿轮轴和轴承内圈采用过渡配合，所述大齿轮沿直径方向设置有M4螺纹通孔，大齿轮与大齿轮轴使用螺钉紧固连接进行轴向和周向固定，大齿轮端面圆周方向均布有4个M6螺纹孔和4个M8螺纹孔，连接1个或多个偏心块后可以模拟齿轮传动不平衡故障状态。
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