CN110954828A - 一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置 - Google Patents

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弓满锋
隋广州
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Abstract

本发明公开了一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，包括轴承，轴承安装在轴承支座上，轴承支座固定在底板上，轴承支座与轴承外圈接触处开有凹槽，凹槽内安装径向伺服电动缸；轴承左端设有连接法兰，连接法兰与轴向伺服电动缸连接；轴承内圈与实验主轴一端固定连接，实验主轴另一端通过皮带传动连接电动机，实验主轴外镀一层绝缘层，实验主轴上设有集电环，集电环与程控电源连接，程控电源与电刷连接，电刷固定在轴承的外圈上；轴承支座上设有电流传感器，电流传感器经采集卡与采集装置相连。本发明采用伺服电动缸，能精确模拟轴承运行过程中所承受的径向力和轴向力，实现快速变换载荷、真实模拟轴承实际受力情况。

Description

一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置
技术领域
本发明涉及轴承领域，特别涉及一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置。
背景技术
随着大功率电机的制造越来越大型化，变流器和电气控制系统也越来越复杂，其内部承轴电流问题明显提高，目前，轴承轴电流损伤成为发电机轴承损伤的主要根源，使轴承成为风力发电机内部最易损坏的部件，轴承工作环境恶劣、承受载荷工况复杂，作为各类装备制造中的关键基础零部件，轴承质量优劣直接决定着装备的性能、可靠性及寿命。
在模拟轴承电蚀损伤的试验中，需要对轴承的实际工况进行模拟，通过在轴承工作时施加轴向力和径向力模拟轴承所承受的载荷，现有技术中大多采用弹簧施加加载力和液压的方式，而弹簧施力不能实现加载力的自动化调整且加载力的调整范围非常有限，加载力方式虽操作简单，但是其控制精度不够精确，并且对施加较小力时不能发挥响应快、控制精度高等优点。
现有的模拟轴承轴电流装置大多从如何消除轴承故障方面研究，对轴电流的产生根源及如何能准确测量电机运行过程中产生的轴电流还比较少，尤其是对于电机在载荷作用下产生的轴电流对电机造成的损伤这一研究更是微乎其微。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，包括轴承，轴承安装在轴承支座上，轴承支座固定在底板上，所述轴承支座与轴承外圈接触处开有凹槽，凹槽内安装径向伺服电动缸，为轴承提供径向力的加载；所述轴承左端设有连接法兰，连接法兰与轴向伺服电动缸连接，轴向伺服电动缸提供的轴向力通过连接法兰施加在轴承外圈上；所述轴承内圈与位于轴承右侧的实验主轴一端固定连接，实验主轴另一端通过皮带传动连接电动机，实验主轴外镀一层绝缘层，实验主轴上设有集电环，集电环的引线端与程控电源连接，程控电源与电刷连接，电刷固定在轴承的外圈上；所述轴承支座上设有电流传感器，电流传感器经采集卡与采集装置相连。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述轴向伺服电动缸固定在电动缸支撑座上，轴向伺服电动缸和电动缸支撑座外面都套有绝缘套筒Ⅰ，电动缸支撑座底部固定在底板上。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述轴承支座和电动缸支撑座的底部均装有绝缘垫片Ⅰ，通过绝缘垫片Ⅰ与底板隔离。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述实验主轴另一端设有上皮带轮，电动机输出轴上设有下皮带轮，上皮带轮与下皮带轮之间通过皮带连接。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，轴承右端设有右端盖。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述轴承支座与轴承之间设有绝缘密封圈。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述径向伺服电动缸外设有绝缘套筒Ⅱ，径向伺服电动缸伸缩部分的滚珠丝杆端口贴有绝缘垫片Ⅱ，通过绝缘垫片Ⅱ与轴承外圈接触。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述轴向伺服电动缸伸缩部分的滚珠丝杆端口贴有绝缘垫片Ⅲ。
上述可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，所述径向伺服电动缸和轴向伺服电动缸均包括缸体和伺服电动机。
本发明的有益效果在于：
1、本发明针对传统采用弹簧和液压缸加载呈现的不足，采用伺服电动缸，其体积小、精度高、操作简单方便，能精确模拟轴承运行过程中所承受的径向力和轴向力，可实现快速变换载荷、真实模拟轴承实际受力情况，为轴承失效分析提供更为接近实际条件的目的。
2、本发明既能模拟轴承在载荷作用下的工况，又能模拟在电流作用下发生电蚀损伤的状况，通过调节径向和轴向伺服电动缸可精确模拟轴承所受径向力和轴向力的大小，通过调节程控电源模拟所施加轴电流的大小，操作简单方便，响应快，控制精度高。
3、本发明装置的轴向力可模拟轴承高速运转状态产生横向振动而引起的轴向位移的力及电机皮带轮运行过程中产生的摩擦力，此设计可减少轴承运行状态的不平衡，减少轴承磨损，延长轴承寿命，并且操作简单方便。
4、本发明在轴承载荷作用一定的情况下，用程控电流源提供电流，产生的电流经电刷传递到轴承的外圈上，集电环安装在实验主轴上，电流经过轴承外圈、滚珠、内圈、实验主轴、集电环与电流源两端的导线连接，最终形成回路，能准确地模拟轴承在有载荷作用的工况下轴电流的运行方向。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中实验主轴部位的放大图。
图3为轴承支座和轴承之间凹槽的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图3所示，一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，包括轴承支座1、轴承2、集电环3、实验主轴4、电刷5、支撑底板6、底板7、电动缸支撑座8、径向伺服电动缸9-1、轴向伺服电动缸9-2、连接法兰10、右端盖11、电动机12、上皮带轮13、凹槽14、下皮带轮15、上位机16、程控电源17、数据采集单元18、传送皮带19、绝缘垫片Ⅰ20。
轴承2安装在轴承支座1上，轴承支座1与轴承2之间设有绝缘密封圈，轴承支座1固定在底板7上，所述轴承支座1与轴承2外圈接触处开有凹槽14，凹槽14内嵌入安装径向伺服电动缸9-1，径向伺服电动缸9-1外设有绝缘套筒Ⅱ，径向伺服电动缸9-1伸缩部分的滚珠丝杆端口贴有绝缘垫片Ⅱ，通过绝缘垫片Ⅱ与轴承2外圈接触，为轴承2提供径向力的加载。
所述轴承2左端设有连接法兰10，连接法兰10与轴向伺服电动缸9-2连接，轴向伺服电动缸9-2伸缩部分的滚珠丝杆端口贴有绝缘垫片Ⅲ，轴向伺服电动缸9-2提供的轴向力通过绝缘垫片Ⅲ、连接法兰10施加在轴承2外圈上。所述轴向伺服电动缸9-2通过支撑底板6固定在电动缸支撑座8上，轴向伺服电动缸9-2和电动缸支撑座8外面都套有绝缘套筒Ⅰ，电动缸支撑座8底部固定在底板7上。
所述轴承支座1和电动缸支撑座8的底部均装有绝缘垫片Ⅰ20，通过绝缘垫片Ⅰ20与底板7隔离。
轴承2右端设有右端盖11，所述轴承2内圈与位于轴承2右侧的实验主轴4一端固定连接，实验主轴4另一端设有上皮带轮13，电动机12输出轴上设有下皮带轮15，上皮带轮13与下皮带轮15之间通过传送皮带19连接。实验主轴4外镀一层绝缘层，实验主轴4上设有集电环3，集电环3的引线端与程控电源17连接，程控电源17的与电刷5连接，电刷5固定在轴承2的外圈上。电动机12经过上皮带轮13和下皮带轮15与实验主轴4连接，调节程控电源17，电流可经过轴承2的内外圈在整个装置中形成回路，进而能准确地模拟轴承2在有载荷作用的工况下轴电流的运行方向。
所述轴承支座1上设有电流传感器，电流传感器经采集卡与采集装置相连。
所述径向伺服电动缸9-1和轴向伺服电动缸9-2均包括缸体和伺服电动机12。
本发明的工作原理如下：
1）载荷力加载部分：通过调节径向伺服电动缸9-1给轴承2提供径向力，调节轴向力伺服电动缸给轴承2提供轴向力，此设计可实现单独的径向力或轴向力的加载，尤其的能模拟出轴承2在只承受轴向力加载的作用下，对轴承2运行状态的影响，也可实现径向力和轴向力同时加载，其操作简单方便；
2）电流加载部分：电流源为程控电源17，实验时，通过调节其参数产生电流，产生的电流经电刷5传递到轴承2的外圈上，集电环3安装在实验主轴4上，轴承支座1外套有绝缘套筒，电流经过轴承2外圈、滚珠、内圈、实验主轴4、集电环3与电流源两端的导线连接，最终形成回路。电流源由程控电源17提供，通过设置程控电源17参数，可达到调节轴承2在不同工况下实际所受到的电流大小的目的。此电流加载装置可准确模拟轴承2在径向力和轴向力一定的实际工况运行下轴电流的运行方向，通过调节程控电源17的参数，即可改变轴承2轴电流的大小。
3）本发明设有数据采集单元18，数据采集单元18包括电流传感器、采集卡和采集装置，能够对轴承2上的电流进行实时采集，电流信号通过电流传感器、采集卡和采集装置，最终储存到上位机16采集系统中，进而为大功率电机轴承2在载荷作用下的电蚀损伤模拟提供实验基础和技术支撑。

Claims (9)

1.一种可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，包括轴承，轴承安装在轴承支座上，轴承支座固定在底板上，其特征在于：所述轴承支座与轴承外圈接触处开有凹槽，凹槽内安装径向伺服电动缸，为轴承提供径向力的加载；所述轴承左端设有连接法兰，连接法兰与轴向伺服电动缸连接，轴向伺服电动缸提供的轴向力通过连接法兰施加在轴承外圈上；所述轴承内圈与位于轴承右侧的实验主轴一端固定连接，实验主轴另一端通过皮带传动连接电动机，实验主轴外镀一层绝缘层，实验主轴上设有集电环，集电环的引线端与程控电源连接，程控电源与电刷连接，电刷固定在轴承的外圈上；所述轴承支座上设有电流传感器，电流传感器经采集卡与采集装置相连。
2.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述轴向伺服电动缸固定在电动缸支撑座上，轴向伺服电动缸和电动缸支撑座外面都套有绝缘套筒Ⅰ，电动缸支撑座底部固定在底板上。
3.根据权利要求2所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述轴承支座和电动缸支撑座的底部均装有绝缘垫片Ⅰ，通过绝缘垫片Ⅰ与底板隔离。
4.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述实验主轴另一端设有上皮带轮，电动机输出轴上设有下皮带轮，上皮带轮与下皮带轮之间通过皮带连接。
5.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：轴承右端设有右端盖。
6.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述轴承支座与轴承之间设有绝缘密封圈。
7.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述径向伺服电动缸外设有绝缘套筒Ⅱ，径向伺服电动缸伸缩部分的滚珠丝杆端口贴有绝缘垫片Ⅱ，通过绝缘垫片Ⅱ与轴承外圈接触。
8.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述轴向伺服电动缸伸缩部分的滚珠丝杆端口贴有绝缘垫片Ⅲ。
9.根据权利要求1所述的可双向电动加载的电机轴承电流损伤模拟装置，其特征在于：所述径向伺服电动缸和轴向伺服电动缸均包括缸体和伺服电动机。
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