CN113218603A - 滚动轴承动-静态刚度检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚动轴承动‑静态刚度检测装置,包括旋转电机,中心轴头部位移传感器Ⅰ、Ⅱ,待检测滚动轴承位移传感器,中心轴尾部位移传传感器Ⅰ、Ⅱ,柔性联轴器,中心轴,支承轴承座,待检测轴承,压力传感器,千斤顶,可变频振动器;旋转电机与中心轴连接,中心轴两端上下分别安装有两个位移传感器;待检测轴承固定安装于中心轴的中间位置,其下端设置有待检测滚动轴承位移传感器,千斤顶和可变频振动器为待检测轴承提供带有震动频率的载荷,压力传感器用于检测载荷的大小。本发明的检测装置实现了在同一装置下对滚动轴承的动、静刚度的测量,且充分考虑载荷频率和轴承转动频率的影响,使轴承动刚度的测量更加准确。

Description

滚动轴承动-静态刚度检测装置及方法
技术领域
本发明涉及轴承质量检测技术领域,具体涉及一种滚动轴承动-静态刚度检测装置及方法。
背景技术
轴承是机械机构中必不可少的零部件,它可以有效地减少机械旋转体运动过程中的摩擦,而轴承的刚度关系着轴承的负载、转速、使用寿命等特性,因此轴承刚度的测量对轴承选用起到了必不可少的参考作用。目前轴承刚度的测量根据测量需求的不同主要有两种不同的形式,一种是为了测量轴承的静刚度而采取轴承静置而外部施加压力最后测量轴承变形量得到载荷与轴承变形的比值测量轴承刚度;另一种是先将轴承周向旋转起来,然后通过施加外部压力测量轴承变形量,同样通过计算二者的比值进而测算出轴承的动刚度。这两种实验方法分别需要应用两种不同的实验装置,测量时耗费时间精力造成大量的不便,并且由于轴承动刚度的测量与施加载荷的频率息息相关,因此传统的对轴承动态刚度的测量没有很好的体现出轴承的刚度特性,而本发明着重解决上述现有技术存在的缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术在测量轴承的静刚度和动刚度时,需要两种完全不同的实验装置,不仅效率低、组装拆卸费时费力、装置费用昂贵,且存在测量误差大、精度较低的技术问题,提供一种滚动轴承动-静态刚度检测装置及方法,实现了在同一装置下对滚动轴承的动、静刚度的测量,且充分考虑载荷频率和轴承转动频率的影响,使轴承动刚度的测量更加准确。
具体而言,技术方案如下:
一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,该装置主要包括:高速旋转电机,中心轴头部位移传感器Ⅰ,待检测滚动轴承位移传感器,中心轴尾部位移传传感器Ⅰ,柔性联轴器,中心轴头部位移传感器Ⅱ,中心轴,中心轴尾部位移传感器Ⅱ,支承轴承座,待检测轴承和载荷施加装置;其中,高速旋转电机的动力输出端通过柔性联轴器与中心轴连接;中心轴的两端上下分别设置有中心轴头部位移传感器Ⅰ和中心轴头部位移传感器Ⅱ、中心轴尾部位移传感器Ⅰ和中心轴尾部位移传感器Ⅱ,待检测轴承固定安装于中心轴的中间位置,待检测轴承的下方设置有待检测滚动轴承位移传感器,两个支承轴承座分别设置于头部位移传感器与待检测轴承、尾部位移传感器与待检测轴承之间,每个支承轴承座内部均设有一个滚动轴承并套在中心轴上,待检测轴承、中心轴和支承轴承座构成了轴承-中心轴系统;载荷施加装置将载荷或者带有频率的载荷在竖直方向上施加于中心轴或者待检测轴承的外环上。
进一步地,载荷施加装置包括底板、中间层升降板和顶板,底板与顶板之间通过丝杠连接,中间层升降板上设置有旋转螺母,旋转螺母套接于丝杠上带动中间层升降上下运动;中间层升降板的顶面两端分别设置有一个千斤顶,顶面中间设置有一个可变频振动器,中间层升降板底面中间设置有一个压力传感器。
进一步地,柔性联轴器包括两个法兰盘、销轴和钢丝绳;两个法兰盘分别用销轴与中心轴和电机主轴相连,法兰盘相对的圆孔通过若干股钢丝绳串联。
进一步地,中心轴与高速旋转电机及中心轴两端的支承轴承座同轴。
进一步地,中心轴头尾两端的两组传感器相对于待检测轴承对称安装。
进一步地,所述位移传感器为非接触式位移传感器
进一步地,所述非接触式位移传感器为电涡流传感器。
本发明还涉及采用上述滚动轴承动-静态刚度检测装置测量轴承静、动刚度以及轴承-中心轴系统在偏心力作用下的临界转速的方法。
有益效果
1.本发明实现了在同一装置下对滚动轴承的动、静刚度的测量,节省了拆装时间与设备加工成本,对现有的技术设备实现了功能拓展;
2.本发明在测量轴承刚度的同时,充分考虑中心轴的变形对轴承刚度测量带来的影响,针对中心轴变形不易测量的问题,采用间接方法推算出中心轴中心点的变形,进而推测出轴承的变形,这种方法可以有效的减少中心轴两端支承轴承座和中心轴本身变形对测量结果产生的干扰;
3.本发明充分考虑载荷频率和轴承转动频率的影响,可以根据测量需求而改变轴承旋转频率和外部载荷频率,使轴承动刚度的测量更加准确;
4.本发明可以通过调整电机转速使其和液压缸频率一致,模拟轴承偏心力作用下的转子转动情况,测量滚动轴承-中心轴系统在偏心力作用下的临界转速;
5.柔性联轴器采用法兰盘-钢丝绳的结构,有效的防止了高速旋转电机工作时对待检测轴承振动的干扰,并减少了由于中心轴和待检测轴承变形而对旋转电机的高扭矩的压力需求。
附图说明
图1为本发明的检测装置整体结构示意图;
图2为本发明的柔性联轴器的结构示意图。
附图中各个标记分别为:高速旋转电机1,底座2,中心轴头部位移传感器Ⅰ3,待检测滚动轴承位移传感器4,中心轴尾部位移传感器Ⅰ5,柔性联轴器6,中心轴头部位移传感器Ⅱ7,中心轴8,中心轴尾部位移传感器Ⅱ9,支承轴承座10,待检测轴承11,压力传感器12,丝杠13,可变频振动器14,千斤顶15,中间层升降板16。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明主要目的是测量滚动轴承的动、静刚度,通过对待检测轴承的外环施加载荷的方式,模拟了滚动轴承工作时候的状态,可以简单快捷的测量出轴承的动静刚度。其中,轴承所施加载荷由千斤顶压中间层升降板提供,并根据压力传感器得到载荷的大小,轴承的变形量由5个位移传感器计算得到,最后计算施加载荷与变形的比值得到滚动轴承的刚度。
参见图1,本发明实施例提供了一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,该装置主要包括:高速旋转电机1,底座2,中心轴头部位移传感器Ⅰ3,待检测滚动轴承位移传感器4,中心轴尾部位移传感器Ⅰ5,柔性联轴器6,中心轴头部位移传感器Ⅱ7,中心轴8,中心轴尾部位移传感器Ⅱ9,支承轴承座10,待检测轴承11,压力传感器12,丝杠13,可变频振动器14,千斤顶15,中间层升降板16。具体的,高速旋转电机1设置于底座2的上方,高速旋转电机1的动力输出端通过柔性联轴器6与中心轴8连接,可以防止电机的振动传递到系统上。柔性联轴器6包括两个法兰盘、销轴和钢丝绳;两个法兰盘分别用销轴与中心轴和电机主轴相连,法兰盘相对的圆孔通过若干股钢丝绳串联,这种钢丝绳联轴器减少了电机与中心轴旋转时对同心度的依赖,也降低了电机转动时的振动传递。中心轴的两端上下分别设置有中心轴头部位移传感器Ⅰ和中心轴头部位移传感器Ⅱ、中心轴尾部位移传感器Ⅰ和中心轴尾部位移传感器Ⅱ,待检测轴承11固定安装于中心轴的中间位置,待检测轴承的内环随中心轴的旋转而旋转,待检测轴承11的下方设置有待检测滚动轴承位移传感器4,两个支承轴承座10分别设置于头部位移传感器与待检测轴承、尾部位移传感器与待检测轴承之间,每个支承轴承座内部均设有一个滚动轴承并套在中心轴上,用来保证中心轴的转动,支承轴承座对中心轴起到支承固定的作用。其中,待检测轴承11、中心轴8和支承轴承座10构成了轴承-中心轴系统。该装置还包括底板、中间层升降板16和顶板,底板与顶板之间通过丝杠13连接,中间层升降板16上设置有旋转螺母,旋转螺母套接于丝杠13上带动中间层升降16上下运动。中间层升降板16的顶面两端分别设置有一个千斤顶15,顶面中间设置有一个可变频振动器14,中间层升降板16底面中间设置有一个压力传感器12,工作时,通过旋转螺母与丝杠配合带动中间层升降板16运动至合适位置,启动千斤顶15将载荷通过中间层升降板16及压力传感器12施加于中心轴8或者待检测轴承11的外环上,在施加轴向载荷的同时,可变频振动器14提供所需的震动频率。
在安装过程中保证中心轴8与旋转电机1及中心轴两端的支承轴承座10同轴,中心轴8头尾两端的两组传感器需要相对于待检测轴承11对称安装,用来精确测量中心轴8两端的位移,待检测轴承11正下方的待检测滚动轴承位移传感器4用来测量系统的整体变形量。
进一步地,本发明实施例提供了一种采用滚动轴承动-静态刚度检测装置测量轴承静刚度的方法,具体包括:测量滚动轴承的静刚度时,首先不安装待检测轴承11,然后将中间层升降板16放松调整至合适位置,并由千斤顶15对中心轴8施加载荷,载荷大小F通过压力传感器12给出具体数值,同时通过待检测滚动轴承位移传感器4得到中心轴8和轴两端的支承轴承座10的整体变形量H1,将中间层升降板16抬起后把待检测轴承11安装在中心轴8上,重复上述操作步骤并令千斤顶15对中心轴8和待检测轴承11施加相同的载荷F,通过待检测滚动轴承位移传感器4得到中心轴8、轴两端的支承轴承座10和待检测轴承11的整体变形量H2,则待检测轴承在载荷F的作用下实际变形量为H2-H1,根据轴承刚度的定义,则待检测轴承的实际径向刚度为
Figure BDA0003015848810000041
进一步地,本发明实施例提供了一种采用滚动轴承动-静态刚度检测装置测量轴承动刚度的方法,具体包括:测量滚动轴承的动刚度时,将待检测轴承11与各部件安装好之后,将中间层升降板16放松调整至合适位置,由高速旋转电机1将轴承-中心轴系统旋转起来,并由千斤顶15、可变频振动器14对待检测轴承外环施加带有震动频率的载荷,载荷大小F通过压力传感器12测量出时间压力曲线,同时通过中心轴头部位移传感器Ⅰ3和中心轴头部位移传感器Ⅱ7分别得到中心轴头部的时间位移曲线H1、H2,则中心轴头部的实际时间位移曲线为
Figure BDA0003015848810000042
同理通过中心轴尾部位移传感器Ⅰ5和中心轴尾部位移传感器Ⅱ9分别得到中心轴8尾部的时间位移曲线H3、H4,则中心轴尾部的实际时间位移曲线为
Figure BDA0003015848810000043
进而可以推算出中心轴的正中心位置的实际位移曲线为
Figure BDA0003015848810000044
待检测轴承连带中心轴的整体位移曲线H5通过待检测滚动轴承位移传感器4测出,则待检测轴承11在外部载荷F作用下的实际变形曲线为
Figure BDA0003015848810000045
最后得到待检测轴承11的真实径向刚度K的具体表达式为
Figure BDA0003015848810000051
测量过程中可以根据实际需求改变高速旋转电机1旋转频率和可变频振动器14的外部载荷施加的频率,从而绘制出滚动轴承刚度随载荷频率和自转频率变化的曲线,使轴承的动刚度测量更加的精确。
进一步地,本发明实施例还提供了一种采用滚动轴承动-静态刚度检测装置测量轴承-中心轴系统在偏心力作用下的临界转速的方法,具体包括:调整高速旋转电机1的旋转频率和可变频振动器14挤压轴承的频率达到同步,利用可变频振动器14模拟滚动轴承的偏心力,随着高速旋转电机1转速和可变频振动器14振动频率的提升,配合待检测滚动轴承位移传感器4测量系统的振幅,轴承-中心轴系统振幅随着频率的提升在某一转速下达到最大值,此时即为系统的一阶临界转速。
上述内容仅为本发明的较佳实施例,并非用于限制本发明的实施方案,本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神,可以十分方便地进行相应的变通或修改,故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,该装置主要包括:高速旋转电机(1),中心轴头部位移传感器Ⅰ(3),待检测滚动轴承位移传感器(4),中心轴尾部位移传传感器Ⅰ(5),柔性联轴器(6),中心轴头部位移传感器Ⅱ(7),中心轴(8),中心轴尾部位移传感器Ⅱ(9),支承轴承座(10),待检测轴承(11)和载荷施加装置;其中,高速旋转电机(1)的动力输出端通过柔性联轴器(6)与中心轴(8)连接;中心轴的两端上下分别设置有中心轴头部位移传感器Ⅰ(3)和中心轴头部位移传感器Ⅱ(7)、中心轴尾部位移传感器Ⅰ(5)和中心轴尾部位移传感器Ⅱ(9),待检测轴承(11)固定安装于中心轴(8)的中间位置,待检测轴承(11)的下方设置有待检测滚动轴承位移传感器(4),两个支承轴承座(10)分别设置于头部位移传感器与待检测轴承、尾部位移传感器与待检测轴承之间,每个支承轴承座内部均设有一个滚动轴承并套在中心轴上,待检测轴承(11)、中心轴(8)和支承轴承座(10)构成了轴承-中心轴系统;载荷施加装置将载荷或者带有频率的载荷在竖直方向上施加于中心轴(8)或者待检测轴承(11)的外环上。
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,载荷施加装置包括底板、中间层升降板(16)和顶板,底板与顶板之间通过丝杠(13)连接,中间层升降板(16)上设置有旋转螺母,旋转螺母套接于丝杠(13)上带动中间层升降(16)上下运动;中间层升降板(16)的顶面两端分别设置有一个千斤顶(15),顶面中间设置有一个可变频振动器(14),中间层升降板(16)底面中间设置有一个压力传感器(12)。
3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,柔性联轴器(6)包括两个法兰盘、销轴和钢丝绳;两个法兰盘分别用销轴与中心轴和电机主轴相连,法兰盘相对的圆孔通过若干股钢丝绳串联。
4.根据权利要求1所述的一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,中心轴(8)与高速旋转电机(1)及中心轴两端的支承轴承座(10)同轴。
5.根据权利要求1所述的一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,中心轴(8)头尾两端的两组传感器相对于待检测轴承(11)对称安装。
6.根据权利要求1所述的一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,所述位移传感器为非接触式位移传感器。
7.根据权利要求6所述的一种滚动轴承动-静态刚度检测装置,其特征在于,所述非接触式位移传感器为电涡流传感器。
8.一种采用如权利要求2所述的检测装置测量轴承静刚度的方法,具体包括:测量滚动轴承的静刚度时,首先不安装待检测轴承(11),然后将中间层升降板(16)放松调整至合适位置,并由千斤顶对中心轴(8)施加载荷,载荷大小F通过压力传感器(12)给出具体数值,同时通过待检测滚动轴承位移传感器(4)得到中心轴(8)和轴两端的支承轴承座(10)的整体变形量H1,将中间层升降板(16)抬起后把待检测轴承(11)安装在中心轴(8)上,重复上述操作步骤并令千斤顶(15)对中心轴(8)和待检测轴承(11)施加相同的载荷F,通过待检测滚动轴承位移传感器(4)得到中心轴(8)、轴两端的支承轴承座(10)和待检测轴承(11)的整体变形量H2,则待检测轴承在载荷F的作用下实际变形量为H2-H1,根据轴承刚度的定义,则待检测轴承的实际径向刚度为
Figure FDA0003015848800000021
9.一种采用如权利要求2所述的检测装置测量轴承动刚度的方法,具体包括:测量滚动轴承的动刚度时,将待检测轴承(11)与各部件安装好之后,将中间层升降板(16)放松调整至合适位置,由高速旋转电机(1)将轴承-中心轴系统旋转起来,并由千斤顶(15)、可变频振动器(14)对待检测轴承外环施加带有频率的载荷,载荷大小F通过压力传感器(12)测量出时间压力曲线,同时通过中心轴头部位移传感器Ⅰ(3)和中心轴头部位移传感器Ⅱ(7)分别得到中心轴头部的时间位移曲线H1、H2,则中心轴头部的实际时间位移曲线为
Figure FDA0003015848800000022
同理通过中心轴尾部位移传感器Ⅰ(5)和中心轴尾部位移传感器Ⅱ(9)分别得到中心轴(8)尾部的时间位移曲线H3、H4,则中心轴尾部的实际时间位移曲线为
Figure FDA0003015848800000023
进而可以推算出中心轴的正中心位置的实际位移曲线为
Figure FDA0003015848800000024
待检测轴承连带中心轴的整体位移曲线H5通过待检测滚动轴承位移传感器(4)测出,则待检测轴承(11)在外部载荷F作用下的实际变形曲线为
Figure FDA0003015848800000025
最后得到待检测轴承(11)实时的真实径向刚度K的具体表达式为
Figure FDA0003015848800000026
测量过程中可以根据实际需求改变高速旋转电机(1)旋转频率和变频液压缸(14)的外部载荷施加的频率,从而绘制出滚动轴承刚度随载荷频率和自转频率变化的曲线,使轴承的动刚度测量更加的精确。
10.一种采用如权利要求2所述的检测装置测量轴承-中心轴系统在偏心力作用下的临界转速的方法,具体包括:调整高速旋转电机(1)的旋转频率和可变频振动器(14)挤压轴承的频率达到同步,利用可变频振动器(14)模拟滚动轴承的偏心力,随着高速旋转电机(1)转速和可变频振动器(14)振动频率的提升,配合待检测滚动轴承位移传感器(4)测量系统的振幅,轴承-中心轴系统振幅随着频率的提升在某一转速下达到最大值,此时即为系统的一阶临界转速。
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