CN111076935A - 轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置,包括采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；将所述试验载荷谱输入至控制系统，将所述轮边电机固定在三轴向振动台上，使用所述试验载荷谱通过功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生与实际道路使用振动环境一致的三轴向振动载荷；实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。本发明采集精度高，可操作性强，确保有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力环境，可以很好满足复杂环境的高精度测量要求。
Description
技术领域
本发明涉及轮边电机的轴承测量的技术领域，尤其是指一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置。
背景技术
轮边电机的轴承在实际使用过程中承受各种动态冲击载荷，它是影响电机轴承疲劳寿命的一个重要因素。由于轴承游隙的存在导致在实际道路载荷振动环境下电机轴承的内外圈会存在持续时间很短的动态冲击载荷，而在实际情况下，由于空间限制无法布置传感器，因此无法进行有效测量。
现有为了测试所述动态冲击载荷，采用单轴振动台激励，此方法无法真实有效模拟实际的道路载荷中的多轴向振动环境，同时驱动振动台的激励载荷谱一般不是该电机的实测道路载荷谱，故其轴承所产生的振动响应和实际情况有很大差异，无法有效模拟该电机在实际使用中的真实道路振动情况。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法有效模拟电机在实际使用中的真实道路振动情况的问题，从而提供一种可以有效模拟电机在实际使用中的真实道路振动情况的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明的一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，包括如下步骤：采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；将所述试验载荷谱输入至控制系统，将所述轮边电机固定在三轴向振动台上，所述功率放大器与三轴向振动台相连，使用所述试验载荷谱通过所述功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生与实际道路使用振动环境一致的三轴向振动载荷；实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。
在本发明的一个实施例中，所述采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动数据的方法为：在所述轮边电机的固定安装脚位置布置第一加速度传感器，用于采集所述轮边电机在实际使用环境中的道路振动载荷谱。
在本发明的一个实施例中，对所述振动载荷谱进行处理的方法为：按照损伤一致的原则对采集的道路振动载荷谱进行压缩、外推、叠加和时域重构等处理得到试验载荷谱。
在本发明的一个实施例中，所述实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应的方法为：在所述轮边电机的定子上安装轴向监测传感器和径向监测传感器，同时在所述轮边电机的定子上安装第二加速度传感器，用于采集所述三轴向振动台在振动的过程中所述轮边电机的转子相对定子的振动情况。
本发明还提供了一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，包括：第一采集处理系统，用于采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；控制系统，所述控制系统与所述第一采集处理系统相连，将所述试验载荷谱输入至所述控制系统，所述控制系统与功率放大器相连，使用所述试验载荷谱通过功率放大器驱动三轴向振动台同时产生三个轴向的激振力，且所述轮边电机置放在所述三轴向振动台上；第二采集处理系统，所述第二采集处理系统与所述控制系统相连，用于实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。
在本发明的一个实施例中，所述三轴向振动台上分别设有X轴振动台、Y轴振动台和Z轴振动台，其中所述X轴振动台、Y轴振动台和Z轴振动台互相正交，所述轮边电机设置在振动台面上，所述振动台面同时与所述X轴振动台、Y轴振动台和Z轴振动台连接。
在本发明的一个实施例中，所述轮边电机上设有轴向监测传感器和径向监测传感器。
在本发明的一个实施例中，所述轮边电机的定子上设有传感器安装夹具，所述轴向监测传感器和径向监测传感器安装在所述传感器安装夹具上
在本发明的一个实施例中，所述振动台面上设有电机夹具体，所述轮边电机固定在所述电机夹具体上。
在本发明的一个实施例中，所述轮边电机的定子上设有第二加速度传感器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法及装置，采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱，由于使用实测的道路载荷作为驱动谱，保证了可靠的振动激励源，确保真实可靠的振动输入；将所述试验载荷谱输入至控制系统，将所述轮边电机置放在三轴向振动台上，使用所述试验载荷谱通过功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生三个轴向的激振力，所述激振力传递到所述轮边电机后再传递到待测轴承的内外圈，从而有利于有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力；实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷，由于更好的模拟了实际振动应力环境，激励被测电机的轴承内外圈产生与使用环境一致的振动响应，从而更精确的模拟实际振动应力环境；另外，本方法由于原理简单采集精度高，可操作性强，确保有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力环境，可以很好满足该类复杂环境的高精度测量要求。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法的示意图；
图2是本发明轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置的示意图；
图3是图2中电机夹具体的放大图。
说明书附图标记说明：10-三轴振动台，11-X轴振动台，12-Y轴振动台，13-Z轴振动台，14-振动台面，20-轮边电机，21-电机夹具体，30-传感器安装夹具，31-轴向监测传感器，32-径向监测传感器。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，包括如下步骤：步骤S1：采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；步骤S2:将所述试验载荷谱输入至控制系统，将所述轮边电机固定在三轴向振动台上，使用所述试验载荷谱通过功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生与实际道路使用振动环境一致的三轴向振动载荷；步骤S3:实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。
本实施例所述轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，所述步骤S1中，采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱，由于使用实测的道路载荷作为驱动谱，保证了可靠的振动激励源，确保真实可靠的振动输入；所述步骤S2中，将所述试验载荷谱输入至控制系统，将所述轮边电机固定在三轴向振动台上，使用所述试验载荷谱通过功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生与实际道路使用振动环境一致的三轴向振动载荷，所述振动载荷传递到所述轮边电机后再传递到待测轴承的内外圈，从而有利于有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力；所述步骤S3中，实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷，由于更好的模拟了实际振动应力环境，激励被测电机的轴承内外圈产生与使用环境一致的振动响应，从而更精确的模拟实际振动应力环境；另外，本方法由于原理简单采集精度高，可操作性强，确保有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力环境，可以很好满足该类复杂环境的高精度测量要求。
所述采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动数据的方法为：在所述轮边电机的固定安装脚位置布置第一加速度传感器，用于采集所述轮边电机在实际使用环境中的道路振动载荷谱，从而可以保证精确的采集所述轮边电机在实际使用环境下的道路载荷谱。本发明在实际使用时，在所述轮边电机的四个固定安装脚各布置一个所述第一加速度传感器。
对所述振动载荷谱进行处理的方法为：按照损伤一致的原则对采集的道路振动载荷谱进行压缩、外推、叠加和时域重构等处理得到试验载荷谱，在保证原载荷谱疲劳损伤的同时，明显压缩载荷谱的时间历程最终生成试验载荷谱，使用实测道路载荷谱分析处理并编制试验载荷谱为了获取可靠的环境振动激励源，确保真实可靠的振动输入。
所述实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应的方法为：在所述轮边电机的定子上安装轴向监测传感器和径向监测传感器，同时在所述轮边电机的定子上安装第二加速度传感器，用于采集所述三轴向振动台在振动的过程中所述轮边电机的转子相对定子的振动情况，从而可以实时采集所述轮边电机转子相对定子的振动响应。其中所述轮边电机的转子和所述轴承内圈连接；所述轮边电机的定子和所述轴承外圈相连。
本实施例中，所述轴向监测传感器和径向监测传感器是非接触式电涡流传感器，所述非接触式电涡流传感器可以实时采集所述轮边电机轴承内圈连接的转子相对于所述轮边电机的定子的实时振动响应，不但原理简单，而且采集精度稿，传感器体积小，可操作性强，具有良好的耐振动性能，可以很好的满足该类复杂环境的高精度测量要求。
实施例二
如图2和图3所示，本实施例提供一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，包括第一采集处理系统，用于采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；控制系统，所述控制系统与所述第一采集处理系统相连，将所述试验载荷谱输入至所述控制系统，所述控制系统与功率放大器相连，所述功率放大器与三轴向振动台相连，使用所述试验载荷谱通过所述功率放大器驱动所述三轴向振动台10同时产生三个轴向的激振力，且所述轮边电机20置放在所述三轴向振动台10上；第二采集处理系统，所述第二采集处理系统与所述控制系统相连，用于实时采集所述轮边电机20的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。
本实施例提供一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，包括第一采集处理系统，用于采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱，由于使用实测的道路载荷作为驱动谱，保证了可靠的振动激励源，确保真实可靠的振动输入；控制系统，所述控制系统与所述第一采集处理系统相连，将所述试验载荷谱输入至所述控制系统，所述控制系统与功率放大器相连，所述功率放大器与三轴向振动台10相连，使用所述试验载荷谱通过所述功率放大器驱动所述三轴向振动台10同时产生三个轴向的激振力，且所述轮边电机20置放在所述三轴向振动台10上，所述激振力传递到所述轮边电机20后再传递到待测轴承的内外圈，从而有利于有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力；第二采集处理系统，所述第二采集处理系统与所述控制系统相连，用于实时采集所述轮边电机20的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷，由于更好的模拟了实际振动应力环境，激励被测电机的轴承内外圈产生与使用环境一致的振动响应，从而更精确的模拟实际振动应力环境；另外，本方法由于原理简单采集精度高，可操作性强，确保有效的模拟真实使用环境中的多轴振动应力环境，可以很好满足该类复杂环境的高精度测量要求。
如图2和图3所示，所述三轴向振动台10上分别设有X轴振动台11、Y轴振动台12和Z轴振动台13，其中所述X轴振动台11、Y轴振动台12和Z轴振动台13互相正交，所述轮边电机20设置在振动台面14上，所述振动台面14同时与所述X轴振动台11、Y轴振动台12和Z轴振动台13连接，通过所述功率放大器驱动所述三轴向振动台10同时产生与实际道路使用振动环境一致的三轴向振动载荷，所述振动载荷通过所述振动台面14传递到所述轮边电机20，从而实现对所述轮边电机20产生三个方向的振动激励，有利于模拟实际道路载荷振动过程中轴承内外圈所受到的动态冲击载荷。
为了监测三轴向振动过程中所述轮边电机20的转子相对定子的振动情况，所述轮边电机20上设有轴向监测传感器31和径向监测传感器32。具体地，所述轮边电机20的定子上设有轴向监测传感器31和径向监测传感器32。其中所述轮边电机20的旋变端设有传感器安装夹具30，所述传感器安装夹具30固定在所述轮边电机20的定子上，所述轴向监测传感器31和径向监测传感器32安装在所述传感器安装夹具30上；为了精确的监测轴向位移，所述径向传感器32的数量可以为两个。作为一种变形，为了准确的采集所述轮边电机20在振动过程中的产生振动响应，在所述轮边电机20的旋变端的对侧，即所述轮边电机20的花键端也设有传感器安装夹具30，所述传感器安装夹具30上设有轴向监测传感器31和径向监测传感器32，从而利于提高测量的准确性。
本实施例中，所述传感器安装夹具30与所述轮边电机20使用6颗M6螺钉固定；另外，所述传感器安装夹具30需满足在试验频段的三轴向具有足够刚度，一阶频率高于试验上限频率且大于所述轮边电机20转速频率的10倍以上。如本次测试中电机转速2000r/min≈33.3Hz，即夹具一阶频率需＞333Hz。
为了保证测量的准确性，所述振动台面14上设有电机夹具体21，所述轮边电机20固定在所述电机夹具体21上，从而可以有效的将所述三轴向振动台10同时产生三个轴向的激振力通过所述振动台面14以及电机夹具体21传递到所述轮边电机20上，从而实现对所述轮边电机20产生三个方向的振动激励，有利于模拟实际道路载荷振动过程中轴承内外圈连接的定转子所受到的动态冲击载荷。另外，为有效模拟轮边电机20的实际安装状态并保证良好的振动传递能力，所述电机夹具体21的三个方向一阶频率需大于试验载荷谱上限频率。
所述轮边电机20的定子上设有第二加速度传感器，通过所述第二加速度传感器可以监测振动过程中轴承外圈连接的定子所受到的振动响应情况。具体地，所述轮边电机20的定子振动情况通过在端盖和机座靠近轴承室的位置布置第二加速度传感器进行监测，其中所述第二加速度传感器的数量可以为两个，且为接触式的三向加速度传感器。
本发明中，所述轮边电机20的转子和定子将监测到的振动实时信号由所述第二采集处理系统进行采集存储，通过对采集的实时数据的分析处理，计算得到所述轮边电机20在模拟实际道路载荷振动过程中轴承内外圈连接的定转子所受到的动态冲击载荷，为下一步的轴承疲劳寿命分析提供依据。具体地，可以精确测量所述轮边电机轴承内外圈连接的定转子振动时间历程，再经过一系列的数据分析处理技术得到有效的动态冲击载荷谱，用于计算轴承疲劳寿命并应用于产品设计选型，保证使用过程的可靠性。
所述控制系统是振动控制仪；所述第二采集处理系统包括动态信号采集分析仪。本发明将试验载荷谱输入所述振动控制仪，使用该试验载荷谱驱动所述三轴振动台10同时产生三个轴向的激振力，激振力通过所述电机夹具体21传递到所述轮边电机20后再传递到待测轴承的内外圈，其中所述轴承外圈和所述轮边电机的定子连接，在合适位置布置三向加速度传感器采集此处的三方向加速度振动响应；所述轮边电机轴承内圈与所述轮边电机转子连接，由于所述轮边电机20处于额定转速状态只能选择非接触测量方式，本发明在所述轮边电机20转子两端各设置三个相互正交的高精度的电涡流传感器，通过设计刚性良好的所述传感器安装夹具30将所述电涡流传感器固定在所述轮边电机20的旋变端和花键端，非接触式实时采集所述轮边电机转子相对定子的位移，并分析处理得到最终电机轴承的动态冲击载荷，从而实现在试验室中模拟道路载荷谱振动环境下测量额定转速下轮边电机轴承所受动态冲击载荷。
另外，本发明不一定局限于新能源汽车的轮边电机的轴承测量，可以包含其它存在振动环境下需要精确测量轴承动态振动冲击响应的领域。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；
步骤S2：将所述试验载荷谱输入至控制系统，将所述轮边电机固定在三轴向振动台上，使用所述试验载荷谱通过功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生与实际道路使用振动环境一致的三轴向振动载荷；
步骤S3：实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。
2.根据权利要求1所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，其特征在于：所述采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动数据的方法为：在所述轮边电机的固定安装脚位置布置第一加速度传感器，用于采集所述轮边电机在实际使用环境中的道路振动载荷谱。
3.根据权利要求1所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，其特征在于：对所述振动载荷谱进行处理的方法为：按照损伤一致的原则对采集的道路振动载荷谱进行压缩、外推、叠加和时域重构等处理得到试验载荷谱。
4.根据权利要求1所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量方法，其特征在于：所述实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应的方法为：在所述轮边电机的定子上安装轴向监测传感器和径向监测传感器，同时在所述轮边电机的定子上安装第二加速度传感器，用于采集所述三轴向振动台在振动的过程中所述轮边电机的转子相对定子的振动情况。
5.一种轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，其特征在于，包括：
第一采集处理系统，用于采集所述轮边电机在实际道路载荷中的振动载荷谱，对所述振动载荷谱进行处理得到试验载荷谱；
控制系统，所述控制系统与所述第一采集处理系统相连，将所述试验载荷谱输入至所述控制系统，所述控制系统与功率放大器相连，所述功率放大器与三轴向振动台相连，使用所述试验载荷谱通过所述功率放大器驱动所述三轴向振动台同时产生三个轴向的激振力，且所述轮边电机固定在所述三轴向振动台上；
第二采集处理系统，所述第二采集处理系统与所述控制系统相连，用于实时采集所述轮边电机的定子和转子的振动响应，并分析处理得到电机轴承的动态冲击载荷。
6.根据权利要求5所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述三轴向振动台上分别设有X轴振动台、Y轴振动台和Z轴振动台，其中所述X轴振动台、Y轴振动台和Z轴振动台互相正交，所述轮边电机设置在振动台面上，所述振动台面同时与所述X轴振动台、Y轴振动台和Z轴振动台连接。
7.根据权利要求5所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述轮边电机上设有轴向监测传感器和径向监测传感器。
8.根据权利要求7所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述轮边电机的定子上设有传感器安装夹具，所述轴向监测传感器和径向监测传感器安装在所述传感器安装夹具上。
9.根据权利要求6所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述振动台面上设有电机夹具体，所述轮边电机固定在所述电机夹具体上。
10.根据权利要求5所述的轮边电机轴承动态冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述轮边电机的定子上设有第二加速度传感器。
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|---|---|---|---|---|
| CN111766064A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-10-13 | 中国航发贵阳发动机设计研究所 | 一种舰载主轴轴承冲击试验方法 |
| CN111797749A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-20 | 江铃汽车股份有限公司 | 电动卡车控制器支架结构振动激励载荷计算方法及系统 |
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2019
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