CN113514722B - 滚动轴承导电性检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了滚动轴承导电性检测方法，通过加载螺柱轴向套、加载弹簧、加载螺母、加载底盖、压力传感器和轴承盖实现对滚动轴承外圈的加载，且压力传感器和轴承盖之间设置绝缘垫片；通过电机驱动实验台主轴，进而驱动滚动轴承内圈，且连接电机输出轴与实验台主轴的联轴器采用绝缘材料。本发明通过对润滑脂、润滑油的击穿电压以及运行时的电流和电压进行采集，并通过数据处理获得润滑脂、润滑油的导电性能，可用于检测滚动轴承在不同润滑脂、润滑油润滑下的导电性，从而开发具有高导电性能的润滑脂、润滑油，减少轴承电腐蚀和电蚀，对提高城市轨道交通、高速动车组、电动汽车、电动机和发电机等系统使用寿命具有重要意义。

Description

滚动轴承导电性检测方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种滚动轴承导电性检测方法。

背景技术

滚动轴承是旋转机械的核心部件，它具有摩擦阻力小、机械效率高、具有互换性等优点，在高速动车组、城市轨道交通、电动汽车、电动机和发电机上广泛应用。然而在上述应用领域轴承电气故障频频发生，轴承电气故障已成为制约上述系统使用寿命的一个重要问题。轴承电气故障为电腐蚀和电蚀，而电腐蚀和电蚀的产生主要与电流和电压有关。

解决轴承电气故障主要有接地、提高轴承绝缘性和提高润滑界面导电性三种方法。而接地会影响轴承调速特性，绝缘轴承不仅改变了放电过程还限制了转子热量的流失，而提高润滑界面的导电性是一种改善轴承电气故障的可靠方法。润滑脂是滚动轴承中最常用的润滑剂类型,滚动轴承中约80％-90％采用润滑脂润滑。导电润滑脂可以形成更多的导电通路，由于形成了电通道，有导电润滑脂的滚动接触区域的电流密度低于没有导电润滑脂的滚动接触区的电流密度。从能耗上看，在受限区域内瞬间释放大量能量时，绝缘界面在放电过程中容易被腐蚀，导电性好的界面积累的能量较少，在减小接触电阻的同时减少电弧侵蚀，又能保持接触区良好的减摩抗磨性能。因而测试并开发具有高导电性能润滑脂，减少轴承电气故障对提高城市轨道交通、高速动车组、电动汽车、电动机和发电机系统使用寿命具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种滚动轴承导电性检测方法。

本发明滚动轴承导电性检测方法，具体如下：

步骤一、将底板水平固定在实验台支撑架上；将电机的底座与底板固定，电机的输出轴通过角接触球轴承支承在轴承座上；将轴承座固定在底板上；角接触球轴承避免电机的输出轴直接承受轴向载荷。然后将轴套套在电机的输出轴上，并与角接触球轴承的内圈接触。

步骤二、将导电滑环的外圈固定在实验台支撑架上，且导电滑环与电机的输出轴同轴设置；然后，将实验台主轴的底部轴段与导电滑环的内圈固定，并将实验台主轴的底部轴段伸出导电滑环外的部分与联轴器的顶端固定，联轴器的底端与电机的输出轴固定，且联轴器的底端与轴套顶端接触；联轴器采用绝缘材料。

步骤三、将清洗后的被测滚动轴承套入实验台主轴顶端，被测滚动轴承的内圈底端与实验台主轴的轴肩接触；将轴承盖套在被测滚动轴承的外圈上，并使轴承盖内侧壁开设的环形槽口的槽底与被测滚动轴承的外圈接触。

步骤四、将绝缘垫片固定在轴承盖上，压力传感器固定在绝缘垫片上，加载底盖固定在压力传感器上。

步骤五、将加载螺柱轴向套固定在顶板上；将加载弹簧套在加载螺柱的底部螺纹段上，并将加载螺母与加载螺柱的底部螺纹段连接；然后将加载螺柱的顶部螺纹段和中部光滑段穿过顶板的中心孔以及加载螺柱轴向套，加载螺柱的中部光滑段与加载螺柱轴向套构成滑动副，加载弹簧的两端分别与顶板底面和加载螺母顶面接触；接着，将限位螺母与加载螺柱的顶部螺纹段连接，使限位螺母的底面与加载螺柱轴向套的顶面接触；最后，将顶板水平固定在实验台支撑架上，并使加载螺柱的底端端面与加载底盖顶面接触。

步骤六、将控制器经步进电机驱动器与电机连接；将直流稳压电源通过导线与导电滑环外圈的导线接口连接，将导电滑环内圈的导线接口通过导线与实验台主轴连接，实验台主轴与被测滚动轴承的内圈接触，被测滚动轴承的外圈与轴承盖接触，轴承盖通过导线与直流稳压电源连接，形成闭合通路。

步骤七、旋转加载螺母增加载荷，使加载螺母向加载弹簧施加载荷，加载弹簧对加载螺母和加载螺柱施加向下的载荷，加载螺柱再对加载底盖、压力传感器、绝缘垫片和轴承盖施加向下的载荷，最终载荷由轴承盖作用在被测滚动轴承的外圈上；当压力传感器检测到载荷达到设定值时停止旋转加载螺母。

步骤八、设置直流稳压电源的初始电压，然后开启直流稳压电源，启动电机，运行设定时间一，并在设定时间一内每隔一段时间采集一次直流稳压电源数显表上的电流和电压数据。

步骤九、电机运行设定时间一后停止运行，并关闭直流稳压电源，旋转加载螺母使得轴承盖对被测滚动轴承的外圈卸载；然后，根据采集的所有电流和电压数据求出平均电流和平均电压，并根据平均电流和平均电压利用欧姆定律计算出闭合通路的电阻。最后，将顶板连同加载螺柱轴向套、限位螺母、加载螺柱、加载弹簧和加载螺母从实验台支撑架上卸下，将轴承盖连同绝缘垫片、压力传感器和加载底盖一起取下，将被测滚动轴承从实验台主轴上取下。

步骤十、使用针筒向被测滚动轴承内填入润滑脂，然后将被测滚动轴承重新套入实验台主轴顶端，将轴承盖连同绝缘垫片、压力传感器和加载底盖一起套在被测滚动轴承的外圈上；最后，将顶板连同加载螺柱轴向套、限位螺母、加载螺柱、加载弹簧和加载螺母固定在实验台支撑架上，使得加载螺柱的底端端面与加载底盖顶面接触。

步骤十一、重复步骤七；然后，设置直流稳压电源的初始电压，开启直流稳压电源，启动电机，运行设定时间二，使润滑脂均匀分布在被测滚动轴承的内、外圈滚道上。

步骤十二、调节直流稳压电源的电压逐渐升高，并观察直流稳压电源的数显表，当直流稳压电源的数显表上电流和电压跳动时，电压击穿润滑脂油膜，停止增加电压，并保持电机继续运行设定时间一，在设定时间一内每隔一段时间采集一次直流稳压电源数显表上的电流和电压数据。

步骤十三、电机运行设定时间一后停止运行，并关闭直流稳压电源，旋转加载螺母使得轴承盖对被测滚动轴承的外圈卸载；然后，根据采集的所有电流和电压数据求出平均电流和平均电压，并根据平均电流和平均电压利用欧姆定律计算出闭合通路和润滑脂油膜的总电阻；将总电阻减去闭合通路的电阻，得到润滑脂油膜的电阻。最后，将顶板连同加载螺柱轴向套、限位螺母、加载螺柱、加载弹簧和加载螺母从实验台支撑架上卸下，将轴承盖连同绝缘垫片、压力传感器和加载底盖一起取下，将被测滚动轴承从实验台主轴上取下清洗并在室温条件下风干。

步骤十四、重复步骤十～步骤十三若干次，并将各次得到的润滑脂油膜电阻求均值作为最后的润滑脂油膜电阻，从而确定滚动轴承的导电性。

优选地，所述的实验台支撑架由竖直铝型材和横向铝型材组成；四根竖直铝型材阵列排布，每相邻两根竖直铝型材与一根横向铝型材通过铝型材角码固定；所述的底板固定在横向铝型材上，顶板固定在竖直铝型材上。

优选地，所述的被测滚动轴承清洗时放入超声波清洗机中用石油醚清洗10min，去除残余润滑脂。

优选地，所述直流稳压电源的电压调节范围为0-60V。

优选地，所述压力传感器的载荷设定值为50N，直流稳压电源的初始电压设为0.2V，设定时间一为1h，设定时间二为10分钟；调节直流稳压电源的电压逐渐升高的过程中每次增加0.1V，并等待5s。

优选地，所述的控制器采用西门子股份公司的型号为S7-200的PLC；步进电机驱动器的型号为M542，步进电机驱动器接收PLC的脉冲信号和方向信号。

本发明具有的有益效果：

1、本发明对润滑脂、润滑油的击穿电压以及运行时的电流和电压进行测试采集，通过数据处理获得润滑脂、润滑油的导电性能，可用于检测滚动轴承在不同润滑脂、润滑油润滑下的导电性，从而开发具有高导电性能的润滑脂、润滑油，减少轴承电腐蚀和电蚀，对提高城市轨道交通、高速动车组、电动汽车、电动机和发电机等系统使用寿命具有重要意义。

2、本发明可对载荷和转速进行调节，以检测不同工况下滚动轴承导电性能；且本发明检测范围广，可更换被测滚动轴承，以对不同类型滚动轴承导电性能进行检测。

附图说明

图1为本发明搭建的检测装置示意图；

图2为本发明中导电滑环、被测滚动轴承、实验台主轴以及轴承盖的装配剖视图；

图3为本发明中电机的输出轴与角接触球轴承、轴承座以及轴套的装配剖视图；

图4为本发明中控制器、步进电机驱动器和电机的电路连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2和3所示，滚动轴承导电性检测方法，具体如下：

步骤一、将底板2水平固定在实验台支撑架上；将电机20的底座与底板2固定，电机的输出轴22通过角接触球轴承23支承在轴承座3上；将轴承座3固定在底板上；角接触球轴承23避免电机的输出轴直接承受轴向载荷。然后将轴套21套在电机的输出轴上，并与角接触球轴承的内圈接触。

步骤二、将导电滑环5的外圈固定在实验台支撑架上，且导电滑环5与电机的输出轴22同轴设置；然后，将实验台主轴17的底部轴段与导电滑环5的内圈固定，并将实验台主轴17的底部轴段伸出导电滑环5外的部分与联轴器4的顶端固定，联轴器4的底端与电机的输出轴22固定，且联轴器4的底端与轴套顶端接触；联轴器4采用绝缘材料。

步骤三、将清洗(采用石油醚清洗去除润滑脂)后的被测滚动轴承6套入实验台主轴顶端，被测滚动轴承6的内圈底端与实验台主轴的轴肩接触；将轴承盖16套在被测滚动轴承的外圈上，并使轴承盖内侧壁开设的环形槽口的槽底与被测滚动轴承6的外圈接触。

步骤四、将绝缘垫片7固定在轴承盖16上，压力传感器8固定在绝缘垫片上，加载底盖9固定在压力传感器上。

步骤五、将加载螺柱轴向套10固定在顶板13上；将加载弹簧14套在加载螺柱12的底部螺纹段上，并将加载螺母15与加载螺柱12的底部螺纹段连接；然后将加载螺柱12的顶部螺纹段和中部光滑段穿过顶板13的中心孔以及加载螺柱轴向套10，加载螺柱12的中部光滑段与加载螺柱轴向套10构成滑动副，加载弹簧14的两端分别与顶板13底面和加载螺母15顶面接触；接着，将限位螺母11与加载螺柱12的顶部螺纹段连接，使限位螺母11的底面与加载螺柱轴向套10的顶面接触；最后，将顶板13水平固定在实验台支撑架上，并使加载螺柱12的底端端面与加载底盖9顶面接触。

步骤六、将控制器经步进电机驱动器与电机连接；将直流稳压电源(0-60V)通过导线与导电滑环外圈的导线接口连接，将导电滑环内圈的导线接口通过导线与实验台主轴17连接，实验台主轴17与被测滚动轴承6的内圈接触，被测滚动轴承6的外圈与轴承盖16接触，轴承盖16通过导线与直流稳压电源连接，形成闭合通路。

步骤七、旋转加载螺母15增加载荷，使加载螺母15向加载弹簧14施加载荷，加载弹簧14对加载螺母15和加载螺柱12施加向下的载荷，加载螺柱12再对加载底盖9、压力传感器8、绝缘垫片7和轴承盖16施加向下的载荷，最终载荷由轴承盖16作用在被测滚动轴承6的外圈上；当压力传感器检测到载荷达到设定值(本实施例采用50N)时停止旋转加载螺母15。

步骤八、设置直流稳压电源的初始电压(本实施例采用0.2V)，然后开启直流稳压电源，启动电机，运行设定时间一(本实施例采用1h)，并在设定时间一内每隔一段时间(本实施例采用10min)采集一次直流稳压电源数显表上的电流和电压数据。

步骤九、电机运行设定时间一后停止运行，并关闭直流稳压电源，旋转加载螺母15使得轴承盖16对被测滚动轴承6的外圈卸载；然后，根据采集的所有电流和电压数据求出平均电流和平均电压，并根据平均电流和平均电压利用欧姆定律计算出闭合通路的电阻。最后，将顶板13连同加载螺柱轴向套10、限位螺母11、加载螺柱12、加载弹簧14和加载螺母15从实验台支撑架上卸下，将轴承盖16连同绝缘垫片7、压力传感器8和加载底盖9一起取下，将被测滚动轴承6从实验台主轴17上取下。

步骤十、使用针筒向被测滚动轴承6内填入润滑脂，然后将被测滚动轴承6重新套入实验台主轴顶端，将轴承盖16连同绝缘垫片7、压力传感器8和加载底盖9一起套在被测滚动轴承6的外圈上；最后，将顶板13连同加载螺柱轴向套10、限位螺母11、加载螺柱12、加载弹簧14和加载螺母15固定在实验台支撑架上，使得加载螺柱12的底端端面与加载底盖9顶面接触。

步骤十一、重复步骤七；然后，设置直流稳压电源的初始电压，开启直流稳压电源，启动电机，运行设定时间二(本实施例采用10分钟)，使润滑脂均匀分布在被测滚动轴承6的内、外圈滚道上。

步骤十二、调节直流稳压电源的电压逐渐(本实施例每次增加0.1V，并等待5s)升高，并观察直流稳压电源的数显表，当直流稳压电源的数显表上电流和电压跳动时，说明电压击穿润滑脂油膜，停止增加电压，并保持电机继续运行设定时间一，并在设定时间一内每隔一段时间采集一次直流稳压电源数显表上的电流和电压数据。

步骤十三、电机运行设定时间一后停止运行，并关闭直流稳压电源，旋转加载螺母15使得轴承盖16对被测滚动轴承6的外圈卸载；然后，根据采集的所有电流和电压数据求出平均电流和平均电压，并根据平均电流和平均电压利用欧姆定律计算出闭合通路和润滑脂油膜的总电阻；将总电阻减去闭合通路的电阻，得到润滑脂油膜的电阻。最后，将顶板13连同加载螺柱轴向套10、限位螺母11、加载螺柱12、加载弹簧14和加载螺母15从实验台支撑架上卸下，将轴承盖16连同绝缘垫片7、压力传感器8和加载底盖9一起取下，将被测滚动轴承6从实验台主轴17上取下清洗(本实施例放入超声波清洗机中用石油醚清洗10min，去除残余润滑脂)并在室温条件下风干。

步骤十四、重复步骤十～步骤十三若干次，并将各次得到的润滑脂油膜电阻求均值作为最后的润滑脂油膜电阻，从而确定滚动轴承的导电性。

优选地，实验台支撑架由竖直铝型材18和横向铝型材19组成；四根竖直铝型材18阵列排布，每相邻两根竖直铝型材18与一根横向铝型材19通过铝型材角码1固定；底板2固定在横向铝型材19上，顶板13固定在竖直铝型材18上。

优选地，如图4所示，控制器采用西门子股份公司的型号为S7-200的PLC；PLC经型号为M542的步进电机驱动器与电机连接，步进电机驱动器接收PLC的脉冲信号和方向信号；步进电机驱动器的引脚DC+和引脚DC-分别与24V直流电源的正、负极连接；步进电机驱动器的引脚PUL-(PUL)和引脚DIR-(DIR)接5V直流电源的负极；PLC的引脚1L接5V直流电源的正极，引脚1M接5V直流电源的负极，引脚I0.0、引脚I0.1和引脚I0.2分别经按钮开关SB1、按钮开关SB2、按钮开关SB3接入5V直流电源的正极。

Claims (6)

1.一种滚动轴承导电性检测方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一、将底板水平固定在实验台支撑架上；将电机的底座与底板固定，电机的输出轴通过角接触球轴承支承在轴承座上；将轴承座固定在底板上；角接触球轴承避免电机的输出轴直接承受轴向载荷；然后将轴套套在电机的输出轴上，并与角接触球轴承的内圈接触；

步骤二、将导电滑环的外圈固定在实验台支撑架上，且导电滑环与电机的输出轴同轴设置；然后，将实验台主轴的底部轴段与导电滑环的内圈固定，并将实验台主轴的底部轴段伸出导电滑环外的部分与联轴器的顶端固定，联轴器的底端与电机的输出轴固定，且联轴器的底端与轴套顶端接触；

步骤三、将清洗后的被测滚动轴承套入实验台主轴顶端，被测滚动轴承的内圈底端与实验台主轴的轴肩接触；将轴承盖套在被测滚动轴承的外圈上，并使轴承盖内侧壁开设的环形槽口的槽底与被测滚动轴承的外圈接触；联轴器采用绝缘材料；

步骤四、将绝缘垫片固定在轴承盖上，压力传感器固定在绝缘垫片上，加载底盖固定在压力传感器上；

步骤五、将加载螺柱轴向套固定在顶板上；将加载弹簧套在加载螺柱的底部螺纹段上，并将加载螺母与加载螺柱的底部螺纹段连接；然后将加载螺柱的顶部螺纹段和中部光滑段穿过顶板的中心孔以及加载螺柱轴向套，加载螺柱的中部光滑段与加载螺柱轴向套构成滑动副，加载弹簧的两端分别与顶板底面和加载螺母顶面接触；接着，将限位螺母与加载螺柱的顶部螺纹段连接，使限位螺母的底面与加载螺柱轴向套的顶面接触；最后，将顶板水平固定在实验台支撑架上，并使加载螺柱的底端端面与加载底盖顶面接触；

步骤六、将控制器经步进电机驱动器与电机连接；将直流稳压电源通过导线与导电滑环外圈的导线接口连接，将导电滑环内圈的导线接口通过导线与实验台主轴连接，实验台主轴与被测滚动轴承的内圈接触，被测滚动轴承的外圈与轴承盖接触，轴承盖通过导线与直流稳压电源连接，形成闭合通路；

步骤七、旋转加载螺母增加载荷，使加载螺母向加载弹簧施加载荷，加载弹簧对加载螺母和加载螺柱施加向下的载荷，加载螺柱再对加载底盖、压力传感器、绝缘垫片和轴承盖施加向下的载荷，最终载荷由轴承盖作用在被测滚动轴承的外圈上；当压力传感器检测到载荷达到设定值时停止旋转加载螺母；

步骤八、设置直流稳压电源的初始电压，然后开启直流稳压电源，启动电机，运行设定时间一，并在设定时间一内每隔一段时间采集一次直流稳压电源数显表上的电流和电压数据；

步骤九、电机运行设定时间一后停止运行，并关闭直流稳压电源，旋转加载螺母使得轴承盖对被测滚动轴承的外圈卸载；然后，根据采集的所有电流和电压数据求出平均电流和平均电压，并根据平均电流和平均电压利用欧姆定律计算出闭合通路的电阻；最后，将顶板连同加载螺柱轴向套、限位螺母、加载螺柱、加载弹簧和加载螺母从实验台支撑架上卸下，将轴承盖连同绝缘垫片、压力传感器和加载底盖一起取下，将被测滚动轴承从实验台主轴上取下；

步骤十、使用针筒向被测滚动轴承内填入润滑脂，然后将被测滚动轴承重新套入实验台主轴顶端，将轴承盖连同绝缘垫片、压力传感器和加载底盖一起套在被测滚动轴承的外圈上；最后，将顶板连同加载螺柱轴向套、限位螺母、加载螺柱、加载弹簧和加载螺母固定在实验台支撑架上，使得加载螺柱的底端端面与加载底盖顶面接触；

步骤十一、重复步骤七；然后，设置直流稳压电源的初始电压，开启直流稳压电源，启动电机，运行设定时间二，使润滑脂均匀分布在被测滚动轴承的内、外圈滚道上；

步骤十二、调节直流稳压电源的电压逐渐升高，并观察直流稳压电源的数显表，当直流稳压电源的数显表上电流和电压跳动时，电压击穿润滑脂油膜，停止增加电压，并保持电机继续运行设定时间一，在设定时间一内每隔一段时间采集一次直流稳压电源数显表上的电流和电压数据；

步骤十三、电机运行设定时间一后停止运行，并关闭直流稳压电源，旋转加载螺母使得轴承盖对被测滚动轴承的外圈卸载；然后，根据采集的所有电流和电压数据求出平均电流和平均电压，并根据平均电流和平均电压利用欧姆定律计算出闭合通路和润滑脂油膜的总电阻；将总电阻减去闭合通路的电阻，得到润滑脂油膜的电阻；最后，将顶板连同加载螺柱轴向套、限位螺母、加载螺柱、加载弹簧和加载螺母从实验台支撑架上卸下，将轴承盖连同绝缘垫片、压力传感器和加载底盖一起取下，将被测滚动轴承从实验台主轴上取下清洗并在室温条件下风干；

步骤十四、重复步骤十～步骤十三若干次，并将各次得到的润滑脂油膜电阻求均值作为最后的润滑脂油膜电阻，从而确定滚动轴承的导电性。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承导电性检测方法，其特征在于：所述的实验台支撑架由竖直铝型材和横向铝型材组成；四根竖直铝型材阵列排布，每相邻两根竖直铝型材与一根横向铝型材通过铝型材角码固定；所述的底板固定在横向铝型材上，顶板固定在竖直铝型材上。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承导电性检测方法，其特征在于：所述的被测滚动轴承清洗时放入超声波清洗机中用石油醚清洗10min，去除残余润滑脂。

4.根据权利要求1所述的滚动轴承导电性检测方法，其特征在于：所述直流稳压电源的电压调节范围为0-60V。

5.根据权利要求1所述的滚动轴承导电性检测方法，其特征在于：所述压力传感器的载荷设定值为50N，直流稳压电源的初始电压设为0.2V，设定时间一为1h，设定时间二为10分钟；调节直流稳压电源的电压逐渐升高的过程中每次增加0.1V，并等待5s。

6.根据权利要求1所述的滚动轴承导电性检测方法，其特征在于：所述的控制器采用西门子股份公司的型号为S7-200的PLC；步进电机驱动器的型号为M542，步进电机驱动器接收PLC的脉冲信号和方向信号。