CN110823572A

CN110823572A - 一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置

Info

Publication number: CN110823572A
Application number: CN201911105094.8A
Authority: CN
Inventors: 蒋会明; 袁静; 赵倩; 邵云飞; 许冲; 吴龙
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2020-02-21

Abstract

本发明提供了一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，包括：机架组件，包括放置于地面上的底座面板、设置在底板侧边的第一铰杆与第二铰杆、与第一铰杆连接的支架面板、固定在支架面板上的密封罩、设置在密封罩前端的轴承固定板、设置在密封罩后端的抽气接口、围绕密封罩外部设置的铜管以及与第二铰杆连接并与支架面板连接的导杆；转动组件，包括与支架面板固定连接的底板、电机座、电机、联轴器、与该联轴器连接的主轴、设置在主轴两端的轴承座、设置在轴承座前端的密封环、设置在轴承座内部的角接触球轴承以及设置在主轴中部的飞轮体；以及信号采集组件，包括加速度传感器、温度传感器以及电涡流传感器。

Description

一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置

技术领域

本发明属于航天航空领域，具体涉及一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置。

背景技术

动量轮系统是高精度航天器常用的姿态控制和姿态稳定核心部件，航天器通过动量轮系统实现在太空中的姿态稳定、姿态机动以及运动轨道的有效控制。角接触球轴承作为航天器动量轮系统的关键部件，其组件出现故障或失效时，将直接导致航天器姿态调整能力的降低甚至丧失。航天器高可靠性地、高稳定地运行要求动量轮轴承组件能够在较长的任务时间内始终稳定可靠地工作，因此开展动量轮轴承故障检测及其机理研究极其重要。由于航天任务特殊性与空间环境复杂性，使得航天器飞轮轴承的性能退化评估与传统轴承存在很大差异；另外，航天器飞轮系统的振动特性、工作电流、输出转矩等动态响应受到轴承故障、转子不平衡、变转速、交变温度等多因素耦合影响，电流、轴温、振动等单一信号难以真实、有效地表征轴承性能退化过程，需要深入挖掘多源信号中蕴含的性能退化信息。然而，现有的试验手段大多基于单一因素可变条件下、进行单一物理源信号采集，难以准确探究航天器工作环境下动量轮轴承的真实运行状况。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置。

本发明提供了一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，具有这样的特征，包括：机架组件，包括放置于地面上的底座面板、竖直设置在底座面板侧边中的第一铰杆与第二铰杆、与第一铰杆连接的支架面板、通过螺栓固定在支架面板上的密封罩、设置在密封罩前端的轴承固定板、设置在密封罩后端的抽气接口、围绕密封罩外部设置的铜管以及与第二铰杆连接并与支架面板连接的导杆；转动组件，包括与支架面板固定连接的底板、固定设置在底板一侧的电机座、安装在电机座中的电机、设置在电机座与底板之间并与电机连接的联轴器、与该联轴器连接的主轴、设置在主轴两端的两个轴承座、设置在轴承座前端的密封环、设置在轴承座内部的角接触球轴承以及设置在主轴中部的位于两个轴承座之间的飞轮体；以及信号采集组件，包括安装在轴承座上的用于采集轴承振动信号的加速度传感器与用于采集轴承温度信号的温度传感器以及安装在密封罩上的用于采集飞轮体径向位移信号的电涡流传感器，其中，设置于飞轮体两侧的两个轴承座，一个轴承座固定在轴承固定板中，另一个轴承座固定在底板上，并通过固定在支架面板上的底板来将飞轮体、主轴以及角接触球轴承固定置于密封罩中。

在本发明提供的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，密封罩的后端还设有插头，电机还设有外部驱动组件来进行驱动控制，信号采集组件还设有外部信号采集器来进行信号采集，外部驱动组件和外部信号采集器均通过插头来与电机和信号采集组件进行连接。

在本发明提供的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，第一铰杆的数量为两个，对称设置在底座面板的侧边中，第一铰杆与底座面板以及支架面板形成转动副。

在本发明提供的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，第二铰杆的数量为两个，对称设置在底座面板的侧边中，第二铰杆与导杆形成移动副。

在本发明提供的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置中，还可以具有这样的特征：其中，轴承座与主轴之间还安装有储油环，该储油环中装有润滑油，用于在主轴转动时给角接触球轴承润滑。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，因为设有密封罩与抽气接口，并能通过抽气接口抽气来使得密封罩中为真空环境，所以，能够给位于密封罩内的主轴、飞轮体以及角接触球轴承模拟提供实际航天工作环境；因为设有电机来控制主轴进行转动、变速以及正反转，所以，能够对主轴转速进行方便的控制；因为设有第一铰杆并与底座面板和支架面板形成转动副，设有第二铰杆并与导杆形成移动副，所以，能够简便的对空间位置条件进行控制；因为密封罩外设有铜管，该铜管能够通过循环液氮或热水来进行制冷或加热，所以，能够便捷的对温度条件进行控制；因为设有加速度传感器、电涡流传感器以及温度传感器，所以，能够同时采集轴承振动信号、飞轮体径向位移信号以及轴承温度信号，进行全方位的监测。因此，本发明的一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置能够便捷地模拟实际航天工作环境，有助于对不同工况、不同故障下的角接触球轴承的故障检测和故障机理进行实验研究。

附图说明

图1是本发明的实施例中的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置的整体结构示意图；

图2是本发明的实施例中的转动组件的结构示意图；

图3是本发明的实施例中的转动组件的剖面图；

图4是本发明的实施例中的加速度传感器与温度传感器的安装位置示意图；

图5是本发明的实施例中的电涡流传感器的安装位置示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

图1是本发明的实施例中的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置的整体结构示意图。

如图1所示，本实施例提供了一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置100，具有机架组件10、转动组件20、信号采集组件30以及驱动组件40。

机架组件10包括放置于地面上的底座面板11、竖直设置在底座面板11侧边中的第一铰杆12与第二铰杆13、与第一铰杆12连接的支架面板14、通过螺栓固定在支架面板14上的密封罩15、设置在密封罩15前端的轴承固定板16、设置在密封罩15后端的抽气接口17、围绕密封罩15外部设置的铜管18以及与第二铰杆13连接并与支架面板14连接的导杆19。

第一铰杆12的数量为两个，对称设置在底座面板11的侧边中，第一铰杆12与底座面板11以及支架面板14形成转动副。

第二铰杆13的数量为两个，对称设置在底座面板11的侧边中，第二铰杆13与导杆19形成移动副。

本实施例中，第一铰杆12与第二铰杆13形成的转动副与移动副相互配合工作，通过抬起或放下支架面板14来使得支架面板14能够相对底座面板11进行空间位置变动。

本实施例中，抽气接口17通过外接气泵，利用气泵抽气来使得密封罩15内形成真空环境。

本实施例中，铜管18通过循环液氮或热水来进行制热或制冷。

图2是本发明的实施例中的转动组件的结构示意图，图3是本发明的实施例中的转动组件的剖面图。

如图2和图3所示，转动组件20包括与支架面板14固定连接的底板21、固定设置在底板21一侧的电机座22、安装在电机座22中的电机23、设置在电机座23与底板21之间并与电机23连接的联轴器24、与该联轴器24连接的主轴25、设置在主轴25两端的两个轴承座26、设置在轴承座26前端的密封环27、设置在轴承座26内部的角接触球轴承28以及设置在主轴25中部的位于两个轴承座26之间的飞轮体29。

设置于飞轮体29两侧的两个轴承座26，一个轴承座26固定在轴承固定板16中，另一个轴承座26固定在底板21上，并通过固定在支架面板14上的底板21来将飞轮体29、主轴25以及角接触球轴承28固定置于密封罩15中。

轴承座26与主轴25之间还安装有储油环210，该储油环210中装有润滑油，用于在主轴25转动时给角接触球轴承28润滑。

密封罩15的后端还设有与电机23连接的插头110，电机23还设有驱动组件40来进行驱动，驱动组件40通过连接插头110来控制电机23进行动作，来控制电机启动、变速以及正反转。

密封罩15的后端还设有插头110，电机23还设有外部驱动组件40来进行驱动控制，信号采集组件30还设有外部信号采集器来进行信号采集，外部驱动组件40和外部信号采集器均通过插头110来与电机23和信号采集组件30进行连接，从而控制电机23完成启动、变速以及正反转的动作，同时保证对各类信号数据完成采集。

本实施例中，该插头110为航空密封插头，拥有密封性能来保证密封罩15的密封性。

图4是本发明的实施例中的加速度传感器与温度传感器的安装位置示意图，图5是本发明的实施例中的电涡流传感器的安装位置示意图。

如图4和图5所示，信号采集组件30包括安装在轴承座26上的用于采集轴承振动信号的加速度传感器31与用于采集轴承温度信号的温度传感器32以及安装在密封罩15上的用于采集飞轮体径向位移信号的电涡流传感器33。

本实施例的一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置100的使用过程如下：首先将抽气接口17连接气泵，启动气泵，将密封罩15中抽至真空，模拟太空中真空环境工况，通过密封罩15外的铜管18循环液氮或热水来进行加热或冷却，模拟太空温度交变环境，通过驱动组件40来启动电机23，电机23提供5000rpm的转速和25Nms的角动量并进行转动速度的改变，电机23带动联轴器24转动，联轴器24带动主轴25和飞轮体29转动，位于轴承座26上的加速度传感器31、位于密封罩15上的电涡流传感器33和位于轴承座26上的温度传感器32检测相应的物理属性数据来用于轴承故障检测及机理研究，主轴25和飞轮体29转动工作时，储油环210中的润滑油由于离心力，作用于角接触球轴承28，从而在主轴25转动的时候给予角接触轴承28润滑。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，因为设有密封罩与抽气接口，并能通过抽气接口抽气来使得密封罩中为真空环境，所以，能够给位于密封罩内的主轴、飞轮体以及角接触球轴承模拟提供实际航天工作环境；因为设有电机来控制主轴进行转动、变速以及正反转，所以，能够对主轴转速进行方便的控制；因为设有第一铰杆并与底座面板和支架面板形成转动副，设有第二铰杆并与导杆形成移动副，所以，能够简便的对空间位置条件进行控制；因为密封罩外设有铜管，该铜管能够通过循环液氮或热水来进行制冷或加热，所以，能够便捷的对温度条件进行控制；因为设有加速度传感器、电涡流传感器以及温度传感器，所以，能够同时采集轴承振动信号、飞轮体径向位移信号以及轴承温度信号，进行全方位的监测。因此，本实施例的一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置能够便捷地模拟实际航天工作环境，有助于对不同工况、不同故障下的角接触球轴承的故障检测和故障机理进行实验研究。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims

1.一种可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，其特征在于，包括：

机架组件，包括放置于地面上的底座面板、竖直设置在所述底座面板侧边中的第一铰杆与第二铰杆、与所述第一铰杆连接的支架面板、通过螺栓固定在所述支架面板上的密封罩、设置在所述密封罩前端的轴承固定板、设置在所述密封罩后端的抽气接口、围绕所述密封罩外部设置的铜管以及与所述第二铰杆连接并与所述支架面板连接的导杆；

转动组件，设置在所述密封罩中，包括与所述支架面板固定连接的底板、固定设置在所述底板一侧的电机座、安装在所述电机座中的电机、设置在所述电机座与所述底板之间并与所述电机连接的联轴器、与该联轴器连接的主轴、设置在所述主轴两端的两个轴承座、设置在所述轴承座前端的密封环、设置在所述轴承座内部的角接触球轴承以及设置在所述主轴中部的位于两个所述轴承座之间的飞轮体；以及

信号采集组件，包括安装在所述轴承座上的用于采集轴承振动信号的加速度传感器与用于采集轴承温度信号的温度传感器以及安装在所述密封罩上的用于采集飞轮体径向位移信号的电涡流传感器，

其中，设置于所述飞轮体两侧的两个所述轴承座，一个所述轴承座固定在所述轴承固定板中，另一个所述轴承座固定在所述底板上，并通过固定在所述支架面板上的所述底板来将所述飞轮体、所述主轴以及所述角接触球轴承固定置于所述密封罩中。

2.根据权利要求1所述的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，其特征在于：

其中，所述密封罩的后端还设有插头，

所述电机还设有外部驱动组件来进行驱动控制，所述信号采集组件还设有外部信号采集器来进行信号采集，

所述外部驱动组件和所述外部信号采集器均通过所述插头来与所述电机和所述信号采集组件进行连接。

3.根据权利要求1所述的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，其特征在于：

其中，所述第一铰杆的数量为两个，对称设置在所述底座面板的侧边中，

所述第一铰杆与所述底座面板以及所述支架面板形成转动副。

4.根据权利要求1所述的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，其特征在于：

其中，所述第二铰杆的数量为两个，对称设置在所述底座面板的侧边中，

所述第二铰杆与所述导杆形成移动副。

5.根据权利要求1所述的可模拟多种工况的动量轮轴承故障研究试验装置，其特征在于：

其中，所述轴承座与所述主轴之间还安装有储油环，该储油环中装有润滑油，用于在所述主轴转动时给所述角接触球轴承润滑。