CN110954328A - 一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于针对现有的技术缺陷，提供一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，用于测试油润滑滚动轴承的加速使用寿命。本发明的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置包括固定于试验机架上的开关磁阻电机、支承模块，以及用于控制开关磁阻电机工作的控制器，所述支承模块设有用于限位待测滚动轴承的限位部，所述开关磁阻电机的电机轴穿过支承模块的限位部，电机轴上安装有径向加载块；所述支承模块在限位部的旁侧设有润滑油腔室，所述电机轴在对应润滑油腔室的位置设有带油轮。本发明的实验装置可实现对滚动轴承在不同载荷、转速、温度、润滑状况等因素影响下的加速寿命，且控制方便，具有很好的实用性。

Description

一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置

技术领域

本发明属于轴承故障诊断与寿命预测技术领域，尤其涉及一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动滑轴承寿命加速实验装置。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，现代机械装备逐渐趋于多元化和复杂化，服役环境多种多样，变载荷、大扰动和强冲击等恶劣工况屡见不鲜，一旦发生故障，会造成严重的经济损失甚至人员伤亡。因此，对机械装备开展预测与健康管理，实时进行健康评估与预测，基于预测结果订购备件，制定预测性维护策略，对保障机械装备安全服役、提高生产效率和增加经济效益至关重要。

滚动轴承被称为“工业的关节”，在航空航天、风力发电、加工制造、石油工业等诸多工业场景广泛使用，其健康状态对机械装备安全服役性能起着十分重要的作用。据相关统计，旋转机械的失效案例中，其中45%～55%是由于滚动轴承的失效而导致的。因此，许多学者致力于以滚动轴承为典型代表的机械装备预测与健康管理领域的算法研究。然而由于多种困难，生产实际中滚动轴承全寿命周期数据通常难以获取，这造成了支撑滚动轴承预测与健康管理研究的全寿命周期数据不足的困境。滚动轴承加速寿命试验为解决这一数据困局提供了有效的解决方案。因此，设计和制造高性能的滚动轴承寿命加速实验装置是研究性能优异的滚动轴承预测与健康管理算法的重要基础。

就滚动轴承寿命加速实验而言，现有的实验装置在诸多不足，主要表现为：（1）、实验装置的结构通常是电机通过连轴器驱动外接的轴承寿命加速实验模块，这容易导致因两根轴难以完全对中连接而引入附加振动，从而影响轴承实验数据的准确性；（2）、测试不够全面，没有综合考虑采集轴承振动、载荷、转速、温度、润滑状态对其寿命的影响，导致测试结果可信度差；（3）、电机可控性较差，控制模块功能较单一，难以实现对称循环、脉动循环、非对称循环、有规律非稳定、随机非稳定等类型的变载荷加载或变转速驱动。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的技术缺陷，提供一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，用于测试油润滑滚动轴承的加速使用寿命。

本发明的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置包括固定于试验机架上的开关磁阻电机、支承模块，以及用于控制开关磁阻电机工作的控制器，所述支承模块设有用于限位待测滚动轴承的限位部，所述开关磁阻电机的电机轴穿过支承模块的限位部，电机轴上安装有径向加载块；所述支承模块在限位部的旁侧设有润滑油腔室，所述电机轴在对应润滑油腔室的位置设有带油轮。

在实验时，将滚动轴承固定于开关磁阻电机的电机轴上，并利用支承模块的限位部对滚动轴承的轴向和径向进行限位；电机轴转动时，即可带动滚动轴承及径向加载块同步转动。带油轮部分浸泡在润滑油中，其转动时可将润滑油带起甩飞，通过飞溅润滑、油雾润滑（高速时）的方式来润滑轴承。而通过更换不同的质量的径向加载块，可为实验装置提供各种大小的径向载荷。

上述实验装置直接将待测的滚动轴承安装于电机轴上，可以避免因多根轴难以实现完全对中连接而引入附加振动的影响，从而能有效提高轴承振动检测数据的准确性。开关磁阻电机功能较单多，可以实现对称循环、脉动循环、非对称循环、有规律非稳定、随机非稳定等类型的变载荷加载或变转速驱动，因此采用开关磁阻电机来作为驱动件来进行滚动轴承的寿命测试更为合理。控制器与开关磁阻电机相连，实时检测及控制开关磁阻电机的转速，以精确控制待测滚动轴承的工作情况。

进一步地，所述支承模块安装有用于检测待测滚动轴承温度的温度传感器，所述温度传感器与控制器相连；所述润滑油腔室内安装有用于调节润滑油温度的温度调节单元，以便于实验装置测试不同温度对轴承寿命的影响。上述温度传感器可以为非接触式温度传感器，例如说红外温度传感器等，此处不再赘述。

具体来说，所述温度调节单元为热交换管，所述热交换管的主体位于润滑油腔室内，热交换管的两端延伸至润滑油腔室外。通过在热交换管流通不同温度的流体来调节润滑油的温度，再利用热传递原理来调节滚动轴承的温度。

进一步地，所述润滑油腔室的腔壁设有用于检测润滑油液位的润滑油液位传感器，以及用于调节润滑油液位的漏油孔，所述润滑油液位传感器与控制器相连。润滑油液位传感器可实时检测润滑油腔室内润滑油的液位，从而便于通过控制润滑油的液位高度，来调节待测滚动轴承的润滑程度，例如说，润滑油的液位高度较高时，被带油轮甩至滚动轴承的润滑油量比较多，因此润滑更加充分，而当润滑油的液位高度较低（甚至润滑油与带油轮没有接触）时，被带油轮甩至滚动轴承的润滑油量比较少（甚至没有），因此润滑较差，这样就可以实现不同润滑程度状态下的滚动轴承使用寿命的测试。

进一步地，所述支承模块有两个，并分别位于开关磁阻电机的轴向两侧，且至少一个支承模块与开关磁阻电机之间设有用于为电机轴轴向加载的轴向加载器。设置两个支承模块可同时试验滚动轴承在不同因素影响下的寿命变化情况，提高测试速度，并方便对照，而轴向加载器可为实验装置提供各种大小的轴向载荷，丰富实验条件。

具体来说，所述轴向加载器为电磁吸盘式轴向加载器，电磁吸盘式轴向加载器的转盘固定于开关磁阻电机的电机轴上，电磁吸盘式轴向加载器的两个可产生电磁吸力的定盘分别位于转盘的两侧；电磁吸盘式轴向加载器与控制器相连。控制器可控制定盘所产生的电磁吸力的大小，向转盘施加合适大小的轴向吸力，实现电机轴的轴向载荷的调整。

进一步地，所述支承模块安装有振动传感器，所述振动传感器与控制器相连。振动传感器的安装位置可根据需要布置在支承模块的前侧面（或后侧面）、顶端面、左侧面（或右侧面）等，以便于检测轴承的径向、轴向振动情况。

本发明的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置可实现对滚动轴承在不同载荷、转速、温度、润滑状况等因素影响下的加速寿命，且控制方便，具有很好的实用性。

附图说明

图1为基于开关磁阻电机的油润滑轴承寿命加速实验装置的立体图。

图2为开关磁阻电机的主视图。

图3为支承模块的立体图。

图4为热交换管的安装俯视图。

图5为实验装置的控制原理示意图。

附图标示：1、试验机架；2、开关磁阻电机；21、电机轴；3、支承模块；31、润滑油腔室；4、控制器；5、防震垫片；6、端盖；7、待测滚动轴承；8、限位部；9、径向加载块；10、带油轮；11、热交换管；12、润滑油液位传感器；13、漏油孔；14、轴向加载器；15、位置传感器；16、接口。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提出了一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，用于测试油润滑滚动轴承的加速使用寿命。

如图1、2所示，本实施例的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置包括由槽钢制成的试验机架1，试验机架1的顶面固定有开关磁阻电机2、支承模块3及用于控制开关磁阻电机2工作的控制器4，其中开关磁阻电机2与试验机架1之间设有防震垫片5，以减少开关磁阻电机2的震动。

如图3所示，在本实施例中，支承模块3有两个，对称布置于开关磁阻电机2的两侧，可同时试验滚动轴承在不同因素影响下的寿命变化情况，提高测试速度，并方便对照。支承模块3为内部设有润滑油腔室31的箱式结构，支承模块3的两端用端盖6固定并安装密封装置，以防止润滑油外泄以及屏蔽外部环境对待测滚动轴承7的影响。支承模块3一侧的箱壁以及箱盖对应位置处设有用于限位待测滚动轴承7的弧形限位部8（图中未画出箱盖），开关磁阻电机2的电机轴21穿过支承模块3的限位部8，电机轴21的端部位置通过螺纹连接的方式安装有径向加载块9；径向加载块9可采用圆盘状的标准重量的重物来充当，电机轴21的轴心、限位部8的中心，以及径向加载块9的中心高度一致。

电机轴21在对应润滑油腔室31的位置设有带油轮10，带油轮10可采用标准齿轮，也可以采用尼龙材质，尼龙材质具有轻质特点，可减少对试验轴承的影响。带油轮10将润滑油甩到润滑油腔室31的腔壁上，并经过油槽流到轴承上实现油润滑。润滑油腔室31的腔壁为光滑半圆槽，方便润滑油流到油槽上。

支承模块3安装有用于检测待测滚动轴承7温度的温度传感器（图中未画出温度传感器），所述润滑油腔室31内安装有用于调节润滑油温度的温度调节单元，以便于实验装置测试不同温度对轴承寿命的影响。上述温度传感器可以为非接触式温度传感器，例如说红外温度传感器等，此处不再赘述。

如图4所示，在本实施例中，温度调节单元为安装于润滑油腔室31内部下方的热交换管11，所述热交换管11的主体位于润滑油腔室31内，热交换管11的两端延伸至润滑油腔室31外壁的接口16处。通过在热交换管11流通不同温度的流体来调节润滑油的温度，再利用热传递原理来调节滚动轴承的温度。

润滑油腔室31的腔壁设有用于检测润滑油液位的润滑油液位传感器12，腔壁下部设有用于调节润滑油液位的漏油孔13，润滑油液位传感器12可实时检测润滑油腔室31内润滑油的液位，从而便于实时控制润滑油的液位高度，调节待测滚动轴承7的润滑程度，例如说，润滑油的液位高度较高时，被带油轮10甩至滚动轴承的润滑油量比较多，因此润滑更加充分，而当润滑油的液位高度较低（甚至润滑油与带油轮10没有接触）时，被带油轮10甩至滚动轴承的润滑油量比较少（甚至没有），因此润滑较差，这样就可以实现不同润滑程度状态下的滚动轴承使用寿命的测试。通过漏油孔13不仅可以调节润滑油的也为，还方便采集润滑油样品，在润滑油使用过久后可及时更换润滑油，以保证润滑效果。

如图1所示，一个支承模块3与开关磁阻电机2之间设有轴向加载器14，轴向加载器14为电磁吸盘式轴向加载器14，电磁吸盘式轴向加载器14的转盘固定于开关磁阻电机2的电机轴21上，电磁吸盘式轴向加载器14的两个可产生电磁吸力的定盘分别位于转盘的两侧；电磁吸盘式轴向加载器14与控制器4相连。控制器4可控制定盘所产生的电磁吸力的大小，向转盘施加合适大小的轴向吸力，实现电机轴21的轴向载荷的调整，丰富实验条件。

支承模块3安装有振动传感器（图中未画出振动传感器），振动传感器的安装位置可根据需要，利用磁吸方式等布置在支承模块3的前侧面（或后侧面）、顶端面、左侧面（或右侧面）等，以便于检测轴承的径向、轴向振动情况。

在实验时，将滚动轴承固定于开关磁阻电机2的电机轴21上，并利用支承模块3的限位部8对滚动轴承的轴向和径向进行限位；电机轴21转动时，即可带动滚动轴承及径向加载块9同步转动。带油轮10部分浸泡在润滑油中，其转动时可将润滑油带起甩飞，通过飞溅润滑、油雾润滑（高速时）的方式来润滑轴承。而通过更换不同的质量的径向加载块9，可为实验装置提供各种大小的径向载荷。

上述实验装置直接将待测的滚动轴承安装于电机轴21上，可以避免因多根轴难以实现完全对中连接而引入附加振动的影响，从而能有效提高轴承振动检测数据的准确性。开关磁阻电机2功能较单多，可以实现对称循环、脉动循环、非对称循环、有规律非稳定、随机非稳定等类型的变载荷加载或变转速驱动，因此采用开关磁阻电机2来作为驱动件来进行滚动轴承的寿命测试更为合理。开关磁阻电机2设有位置传感器15，以用于检测电机的转子位置，便于控制器4计算开关磁阻电机2转子的实际转速（即待测滚动轴承7的转速）。

如图5所示，控制器4分别与轴向加载器14、温度传感器、润滑油液位传感器12、开关磁阻电机2（包括开关磁阻电机2的功率变换器、电流检测装置、位置传感器15等）、振动传感器相连，控制器4控制轴向加载器14来调整电机轴21的轴向载荷，并通过温度传感器来实时检测待测滚动轴承7的温度，以及通过润滑油液位传感器12来检测润滑油的液位。控制器4是整套调速系统的核心，综合处理各个传感器的反馈信息，然后对功率变换器发出控制信号，实现功率变换器对开关磁阻电机2（即图中的SRM）的驱动，以精确控制待测滚动轴承7的工作情况。功率变换器负责向开关磁阻电机2提供运行所需要的能量，由蓄电池或者交流电经过整流后得到的直流电供电。

整套实验装置结合开关磁阻电机2强大的可控性，控制器4通过相关控制算法可实现对称循环、脉动循环、非对称循环、有规律非稳定、随机非稳定等类型的变载荷加载或变转速驱动，进而实现不同载荷、转速、温度、润滑状态等因素影响下的油润滑滚动轴承的加速寿命测试，并控制在轴承振动、温度、润滑状态等超过预设值时实验装置能够自动停机，具有结构简单、功能全面、可控性强、测试准确（附加振动少）等优点，可以用它产生高质量的滚动轴承全寿命周期数据，从而满足滚动轴承寿命预测与健康管理研究的需求。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体设计并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于包括固定于试验机架上的开关磁阻电机、支承模块，以及用于控制开关磁阻电机工作的控制器，所述支承模块设有用于限位待测滚动轴承的限位部，所述开关磁阻电机的电机轴穿过支承模块的限位部，电机轴上安装有径向加载块；所述支承模块在限位部的旁侧设有润滑油腔室，所述电机轴在对应润滑油腔室的位置设有带油轮。

2.根据权利要求1所述的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于所述支承模块安装有用于检测待测滚动轴承温度的温度传感器，所述温度传感器与控制器相连；所述润滑油腔室内安装有用于调节润滑油温度的温度调节单元。

3.根据权利要求2所述的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于所述温度调节单元为热交换管，所述热交换管的主体位于润滑油腔室内，热交换管的两端延伸至润滑油腔室外。

4.根据权利要求3所述的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于所述润滑油腔室的腔壁设有用于检测润滑油液位的润滑油液位传感器，以及用于调节润滑油液位的漏油孔，所述润滑油液位传感器与控制器相连。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于所述支承模块有两个，并分别位于开关磁阻电机的轴向两侧，且至少一个支承模块与开关磁阻电机之间设有用于为电机轴轴向加载的轴向加载器。

6.根据权利要求5所述的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于所述轴向加载器为电磁吸盘式轴向加载器，电磁吸盘式轴向加载器的转盘固定于开关磁阻电机的电机轴上，电磁吸盘式轴向加载器的两个可产生电磁吸力的定盘分别位于转盘的两侧；电磁吸盘式轴向加载器与控制器相连。

7.根据权利要求1所述的基于开关磁阻电机的油润滑滚动轴承寿命加速实验装置，其特征在于所述支承模块安装有振动传感器，所述振动传感器与控制器相连。

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