CN203011694U - 一种滚动轴承故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滚动轴承故障检测装置，包括机座和固定在所述机座上的主机，所述主机包括主轴系统、胀套式弹性夹头组件、加载组件和升降台，所述胀套式弹性夹头组件安装在所述主轴系统的主轴一端；所述加载组件固定在所述胀套式弹性夹头组件正下方，并与所述轴承接触；所述升降台设置在所述机座一侧，在装载轴承时，带动所述轴承向上移动，并将所述轴承装载到所述胀套式弹性夹头组件上。本实用新型的装置能提高检测的准确率、增大检测的滚动轴承规格范围，实现轴承的自动诊断。

Description

一种滚动轴承故障检测装置

技术领域

本发明涉及一种故障检测装置，特别是一种滚动轴承故障检测装置，主要用于国内铁路机车、车辆、动车、高铁、城轨车辆以及非铁路行业的轴承检测，亦可用于轴承制造厂的产品质量检测。 

背景技术

有关轴承的试验、检测的装置、设备种类很多，包括多种手持式轴承检测仪、速度型测振仪、加速度测振仪等，基本上是依据轴承行业的相关标准，在一定转速和测试载荷下，通过测量轴承振动的速度、加速度、位移值，检测轴承在对应频带的振动值，有的则通过温度测量，然后采用相关的振动标准和温度标准进行比较，实现显示、报警。 

在大型轴承检测领域，例如铁路机车、车辆、动车、高铁、城轨车辆用大型轴承，在例行的大修、中修时，需从车上卸下笨重的滚动轴承，经过清洗除污处理后，进行滚动工作面的故障检测，以确定其是否能继续使用，另外，也需要对新的轴承进行相关状态评价。长期以来，利用滚动轴承故障检测的检测仪、检测机对卸下的滚动轴承进行检测，存在几个问题： 

1）对滚动轴承故障检测的准确率不高；

2）检测机可检测的滚动轴承规格范围窄，一般只能检测1~3种轴承规格；

3) 不能准确确定故障部位，如轴承的内环、外环、滚子的滚动工作面和保持架、滚子端面和内外环档边等滑动面的故障及内含杂质的定性与定量诊断；

因此，国内铁路领域的大修、中修车间，因滚动轴承型号规格种类繁多，以前大部分采用人工目测检查。

针对人工拆卸、目测检查机车、车辆大型轴承存在的工作量大、成本高、准确率不高、不容易发现非表面的隐秘问题，本发明人提出过多项基于广义共振/共振解调技术的用于铁路机车、车辆等行业的滚动轴承故障检测的相关专利，例如：  

200810200735.3     一种检测振动冲击的广义共振复合传感器

200910056925.7     一种机械故障冲击的共振解调检测方法

90215977.1         铁路车辆轮对滚动轴承故障检测试验机

97238572.X         铁路车辆轮对滚动轴承故障检测机

200810043838.3     一种减少齿轮传动系统故障率的轴承、齿轮匹配设计方法

上述这些专利技术在国内铁路机车、车辆等行业的滚动轴承故障检测中逐步推广应用，取得了较好的效果，得到铁路部门的好评和铁路机务段的广泛应用。

        但是，专利技术“铁路车辆轮对滚动轴承故障检测试验机（90215977.1）”和“铁路车辆轮对滚动轴承故障检测机 （97238572.X）”都是以铁路车辆轮对为操作对象，铁路部门还提出了需要针对安装前的新轴承和使用满期后退卸的以及经过大修之后的轴承的直接检测要求；另外，铁路建设的高速发展，动车、高铁、城轨车辆的广泛应用，加上国外多种机车引进后出现的问题，都给滚动轴承故障检测机提出了要求适应性更加广泛的需要，也就是说，要求滚动轴承故障检测机适应更多不同车型的机车、车辆、动车、高铁、城轨车辆的不同型号、种类、尺寸的大型滚动轴承故障检测。 

针对这些滚动轴承故障检测方面存在的问题和需求，本发明人在原有“铁路车辆轮对滚动轴承故障检测机（专利号：97238572.X）”技术基础上，进一步改进开发发明 “一种滚动轴承故障检测装置”。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种滚动轴承故障检测装置，提高检测的准确率、增加检测的滚动轴承规格范围，实现轴承的自动诊断，发现轴承的内环、外环、滚子的滚动工作面和保持架、滚子端面和内外环档边等滑动面的故障及内含杂质，并对故障进行定性与定量诊断。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种滚动轴承故障检测装置，包括机座和固定在所述机座上的主机，所述主机包括主轴系统、胀套式弹性夹头组件、加载组件和升降台，所述胀套式弹性夹头组件安装在所述主轴系统的主轴一端；所述加载组件固定在所述胀套式弹性夹头组件正下方，并与待测轴承接触；所述升降台设置在所述机座一侧，在装载轴承时，带动所述轴承向上移动，并将所述轴承装载到所述胀套式弹性夹头组件上。 

所述主轴系统包括第一伺服电机、两个同步带轮、同步带、旋转油缸、主轴、拉杆、测速音轮，所述旋转油缸安装在所述主轴尾端，所述主轴前端安装有所述胀套式弹性夹头组件；所述拉杆一端与所述旋转油缸的活塞杆固定连接，另一端通过主轴的内孔与所述胀套式弹性夹头组件连接；第一同步带轮固定在所述第一伺服电机的轴上，所述第一同步带轮通过所述同步带驱动固定在所述主轴上的第二同步带轮，所述第二同步带轮带动所述主轴转动；所述测速音轮安装在所述主轴上，所述机座后壁上固定有转速传感器，所述转速传感器的敏感部位与所述测速音轮测速齿的间隙为0.5～1.5mm。 

所述加载组件包括加载油缸、导向支座和信号采集加载座，所述信号采集加载座包括连接座、轴承座，所述连接座两端各固定有一根能沿着所述导向支座上下移动的导向杆；所述连接座下端通过销轴与所述加载油缸的活塞杆连接，所述导向支座固定在所述连接座下方，所述轴承座固定在所述连接座上，所述轴承座上端与所述轴承接触，所述轴承座两侧固定有传感器。 

所述机座上固定有第二伺服电机，所述第二伺服电机通过滚珠丝杆驱动所述升降台沿所述机座侧壁上的线性导轨上下移动；所述升降台台面上设置有手动进给托板，所述手动进给托板上设有平行于所述主轴的V形槽，所述手动进给托板通过传动装置与所述升降台侧面的手动摇杆连接。 

所述测速音轮带有200个均匀分布的测速齿。 

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：1）检测的准确率高，准确率≧90%；2）能检测的滚动轴承规格范围宽，范围为：轴承内径：Φ80mm≦Dn≦Φ180mm，轴承外径：Φ190mm≦Dw≦Φ340mm，轴承宽度：40mm≦B≦110mm。该检测机能自动完成轴承的快速装夹、旋转、模拟加载等操作，并实时采集数据上传到计算机中，通过计算机中以广义共振/共振解调技术为核心的自动控制检测诊断系统，实现轴承的自动诊断，可发现轴承的内环、外环、滚子的滚动工作面和保持架、滚子端面和档边等滑动面的故障及内含杂质，并对故障进行定性与定量诊断。 

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图； 

图2为本发明一实施例主轴系统结构示意图；

图3为本发明一实施例加载组件及升降台结构示意图；

图4为本发明一实施例信号采集加载座结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明一实施例包括自动控制检测诊断系统III、液压站II、机座1和固定在所述机座1上的主机I，所述主机I将故障检测信号传输到所述自动控制检测诊断系统III，所述自动控制检测诊断系统III与所述液压站II连接，所述主机包括主轴系统2、胀套式弹性夹头组件3、加载组件4和升降台5，所述胀套式弹性夹头组件3安装在所述主轴系统2的主轴25一端；所述加载组件4固定在所述胀套式弹性夹头组件3正下方，并与所述轴承接触；所述升降台5设置在所述机座1一侧，在装载轴承时，带动所述轴承向上移动，并将所述轴承装载到所述胀套式弹性夹头组件3上。 

如图2所示，主轴系统2包括伺服电机21、同步带轮22、同步带23、旋转油缸24、主轴25、拉杆26、测速音轮27；胀套式弹性夹头组件3安装在主轴25前端，旋转油缸24安装在主轴25的尾端，拉杆26一端固定在旋转油缸24的活塞杆上，另一端通过主轴25的内孔连接到胀套式弹性夹头组件3，实现胀套式弹性夹头组件3与旋转油缸24的组合，对轴承进行快速装卸、定位、锁紧；各规格型号的滚动轴承，根据具体轴承的内径，配置对应规格的胀套式弹性夹头组件3，检测前更换。为了避免主轴在轴承滚动体越过故障点时因为阻力突然增大而发生转速瞬时下降、打滑、放让现象及其导致的故障诊断错误和避免齿轮传动所导致的啮合振动或冲击对检测的干扰，所述伺服电机21通过其轴上的同步带轮22和近似刚性的同步带23传动紧固在主轴25轴上的同步带轮22实现对主轴25的驱动；在主轴25中部配置带有200个均布测速齿的测速音轮27，转速传感器安装在机座1后壁上，其敏感部位距离音轮27的测速齿的间隙为0.5～1.5mm，实时采集主轴实际转速脉冲，传输到自动控制检测诊断系统Ⅲ，进一步识别主轴转速变化、抖动和实现对被检测轴承信号的转速跟踪采样。 

在胀套式弹性夹头组件3的正下方设有专用的加载组件4；如图3所示，所述加载组件4由加载油缸41、导向支座42和信号采集加载座43组成；加载油缸41依托导向支座42导向，保证油缸垂直主轴轴线升降和消除被检测轴承的外环、滚子、内环的间隙和油脂以利检测，将信号采集加载座43上推到接触被检测轴承的外环，并在检测中对轴承加载。 

如图3和图4所示，信号采集加载座43含有连接座44、轴承座45、导向杆46；连接座44下面两头安装2根导向杆46，导向杆46沿导向支座42上下运动；连接座44下面正中用销轴与加载油缸41的活塞杆连接；轴承座45根据轴承外环直径专门定制，下面制作有定位凸台；为了实现轴承座45与连接座44快速定位，螺纹锁紧，方便拆卸及更换不同规格的轴承座45，将连接座44正上面制作有贯通的定位导槽和一个螺纹孔；轴承座45根据被检测轴承外径设计按120°分布的2个弧面，在加载时2个弧面同时与轴承外环贴合，每处接触弧面8长不小于45°弧，曲率与外环外圆相同，接触面光洁度达1.6以上，着色检查其与外环接触面积达到75%以上，而在按120°分布的2个弧面正中心的背面，沿轴承径向方向各制作有M12螺纹孔及内锥孔，用于安装信号采集的传感器，构成2个传感器按120°分布同时检测；为保证冲击振动信号传递的有效性，提高钢结构致密性，减少信号衰减，轴承座45坯料采用锻造工艺；为了实现检测不同外径规格的滚动轴承，需根据具体待检测轴承的外径，配置轴承座45，并在检测前对应更换。 

利用伺服电机21能提供低转速状态（约10r/min）的特点，在所述加载油缸41下降的无载荷状态时带动轴承连同外环转动120度再加载检测，进行三次120度的转动、加载、采样检测，可以实现整个外环360度的多方位采样。 

升降台5将不同规格的轴承升降到所需的高度；升降台5采用悬臂台面结构，位于机座1的右边，通过固定在机座1上的伺服电机52经滚珠丝杠51驱动，沿安装在机座1的右边侧壁上的线性导轨53上下运动；升降台5高度位置由计算机中自动控制检测诊断系统Ⅲ检测、控制、调整，由计算机显示高度值，为了方便计数和确认高度值，自动重复定位和记忆高度位置实现快速装卸轴承，升降台设置上、下限位开关以及零位开关。升降台5台面上配置手动进给托板54，手动进给托板54上设置平行于主轴的V型槽，手动进给托板54通过传动齿轮与升降台5侧面的手动摇杆连接，正向摇动摇杆则推进托板54，把轴承装到胀套式弹性夹头组件3上，反向摇动摇杆则退回托板54。升降台5组件结构设计，使各规格外径的轴承，通过升降台5高度调整，将轴承升到对应的胀套式弹性夹头组件3前，由手动进给托板54轻松推入安装，实现快速装卸，拓宽了检测轴承尺寸范围。 

为了提高滚动轴承故障检测机其检测的准确率，采用如下方法：提高主轴的刚度和运转精度；使用近似刚性的同步带23传动来驱动主轴；使用主轴的实时转速对被检测的轴承跟踪采样；使用胀套式弹性夹头组件3来定位装夹；使用模拟加载消除被检测轴承的外环、滚子、内环的间隙和油脂；使用专用的信号采集加载座43和2只传感器同时检测技术，保证冲击振动信号传递的有效性；使用外环多方位采样方法；使用以广义共振/共振解调技术为核心的自动控制检测诊断系统。其中： 

提高主轴的刚度和运转精度通过如下措施来实现，机座1为整体式铸造结构，其上部分右半部为主轴箱，安装主轴系统2。主轴系统2采用空心台阶轴结构，主轴内孔直径 d_n=39mm，当量直径d_v=88.36mm；主轴前端与机座1的主轴箱采用P4级双列圆柱滚子轴承，内孔为锥面，型号为NN3018K/P4，主要承受径向载荷；主轴后端与机座1的主轴箱采用两个P4级的单列角接触球轴承背靠背组合，型号为7015AC/DB/P4；上述配置保证主轴在4500N工作载荷状态下，径向跳动≦0.02mm，径向位移≦0.05mm。经核算，主轴的刚度完全满足要求，主轴在使用中也完全能达到各项精度要求。主轴前端与胀套式弹性夹头组件3使用莫氏锥度定位、销轴传动、螺纹连接。

使用近似刚性的同步带23传动来驱动主轴通过如下措施来实现，主轴的传动采用同步带轮22，传动比1:2，同步带23在满负荷运转时动态节距差≦0.03mm，及时将伺服电机21的动力传递给主轴系统2，使主轴在近似刚性传动的条件下平稳运转，避免主轴在轴承滚动体越过故障点时因为阻力突然增大而发生转速瞬时下降等打滑、放让现象及其导致的故障诊断错误。也避免了齿轮传动所导致的啮合振动或冲击对检测的干扰。 

使用主轴的实时转速对被检测的轴承跟踪采样通过如下措施来实现，主轴中部配置测速音轮27，测速音轮27为200个齿均布的齿轮，转速传感器安装在机座1后壁上，敏感部位距离音轮测速齿的间隙为0.5～1.5mm，实时采集主轴实际转速，提供给检测诊断专家系统使用，进一步识别主轴转速变化、抖动，并借助“变速机械故障诊断的转速跟踪采样及谱号固化分析方法”克服万一转速抖动所导致的错误诊断。 

使用胀套式弹性夹头组件3来定位装夹通过如下措施来实现，胀套式弹性夹头组件3安装在主轴前端，在旋转油缸24活塞杆拉/推作用力下，锥体相向移动，实现对轴承内环快速胀紧/松开，完成定位、装夹，并要求胀紧轴承内环后跳动≦0.03mm。 

使用模拟加载消除被检测轴承的外环、滚子、内环的间隙和油脂通过如下措施来实现，在位于机座1的右边侧壁与升降台5之间、胀套式弹性夹头组件3的正下方设计专用的加载组件4；包括加载油缸41、导向支座42和信号采集加载座43；加载油缸41工作加载力为4500N±200N，安装在主轴箱体侧面位置，胀套式弹性夹头组件3正下方，设置导向机构，保证油缸升降垂直主轴轴线，对被检测轴承的外环在检测中进行加载，消除被检测轴承的外环、滚子、内环的间隙和油脂。 

使用专用的信号采集加载座43和2只传感器同时检测技术，保证冲击振动信号传递的有效性，通过如下措施来实现，信号采集加载座43含有连接座44、轴承座45、导向杆46。轴承座45用于安装复合传感器，实现轴承冲击故障信号的采集；为保证冲击振动信号传递的有效性，轴承座45坯料采用锻造工艺，提高钢结构致密性，减少信号衰减；轴承座45结构设计为有2处，按120°分布的弧面与轴承外环贴合。每处接触弧面长不小于45°弧，曲率与外环外圆相同，接触面光洁度达1.6以上（精镗加工），着色检查其与外环接触面积达到75%以上；而在两处（120°分布）接触弧面正中心的背面，沿轴承径向方向各制作有M12螺纹孔及内锥孔，用于安装信号采集的传感器;使用2只传感器按120°分布安装在轴承座45，同步采集信号。 

使用外环多方位采样方法，通过如下措施来实现，由计算机控制，利用伺服电机21能提供低转速状态（约10r/min）的特点，在所述加载油缸41下降的无载荷状态时带动轴承连同外环转动120度再加载检测，进行三次120度的转动、加载、采样检测，实现整个外环360度的多方位采样。 

使用 “广义共振/共振解调技术”为核心的自动控制检测诊断系统Ⅲ，通过如下措施来实现，在继承原有“铁路车辆轮对滚动轴承故障检测机（专利号：97238572.X）”技术的基础上，对自动控制检测诊断系统Ⅲ进行开发完善。自动控制检测诊断系统Ⅲ全部安装在一个国际标准上架式机柜内，与检测机主体之间通过控制电缆、IO线、信号线缆等电气线路相连接；由电气控制系统和控制检测诊断软件组成；电气控制系统由工业控制计算机、检测仪、IO接口板、伺服控制系统、液压电磁阀、传感器系统、电源系统等组成。控制内容简要描述有：总电源上电、液压站主泵起停控制、主轴运转控制、内环胀紧弹性夹头胀紧操作、径向加载与轴向加载操作、升降平台控制等；控制检测诊断软件按照检测机工作运转流程图控制各个动作，界面简洁，操作简单，实现自动采样、诊断功能。检测一套轴承的平均时间约为2～3分钟。通过人机界面设计，轴承检测仅需一人即可操作，简单、可靠，极大地提高了工作效率。 

为了使检测的滚动轴承规格范围宽，范围达到：轴承内径：Φ80mm≦Dn≦Φ180mm，轴承外径：Φ190mm≦Dw≦Φ340mm，轴承宽度：40mm≦B≦110mm。采用如下方法：按照不同规格的滚动轴承，根据其具体的轴承外径、轴承内径、轴承宽度的尺寸值，配置各规格的轴承座45和各规格的胀套式弹性夹头组件3，在检测前对应更换，从而实现对该规格轴承的定位装夹、信号采集。同时使用专用的升降台5，将各规格的轴承升降到所需的高度。其中： 

使用专用的升降台5将各规格的轴承升降到所需的高度，通过如下措施来实现：升降台5采用悬臂台面结构，位于机座1的右边，通过伺服电机52经滚珠丝杠51驱动，沿安装在机座1的右边侧壁上的线性导轨53上下运动；线性导轨53用螺纹固定在机座1右边侧壁两旁，滚珠丝杠螺母副51及其伺服电机52安装在机座1的背面靠右边，滚珠丝杠51与升降台5用螺母副连接，驱动升降台5实现升降。升降台5高度位置由计算机中自动控制检测诊断系统Ⅲ控制、调整，由计算机显示高度值。通过软件设计，升降平台具有自动重复定位和高度位置记忆功能，实现快速装卸。升降台5台面上配置手动进给托板54，并设置V型槽（平行于主轴）。正向手摇动则推进托板54，方便轴承装到胀套式弹性夹头组件3上。反向手摇动则退回托板54。升降台5组件结构设计，使不同外径的轴承，通过升降台5高度调整，将轴承升到对应的胀套式弹性夹头组件3前，由手动进给托板54轻松推入安装，从而拓宽了检测轴承尺寸范围；基本涵盖了目前国内机车上的大部分轴承。

为了实现轴承装卸方便，提高设备自动化程度，并操作简单。采用如下方法：扩展自动控制检测诊断系统Ⅲ的功能，在其控制下，使用胀套式弹性夹头组件3与旋转油缸24配套组合、伺服电机52与升降台5配套组合。其中：胀套式弹性夹头组件3与旋转油缸24组合：它们都安装在主轴系统2中，旋转油缸24安装在主轴的尾端，胀套式弹性夹头组件3安装在主轴前端，拉杆26一端固定在油缸活塞杆上，另一端通过主轴内孔连接到胀套式弹性夹头组件3，形成一个快速定位、装卸轴承的配套组合。伺服电机52与升降台5配套组合见前面段落描述。这两个组合实现了被检测轴承搬运、装卸方便。 

Claims (6)

1.一种滚动轴承故障检测装置，包括机座（1）和固定在所述机座（1）上的主机（I），其特征在于，所述主机（I）包括主轴系统（2）、胀套式弹性夹头组件（3）、加载组件（4）和升降台（5），所述胀套式弹性夹头组件（3）安装在所述主轴系统（2）的主轴（25）一端；所述加载组件（4）固定在所述胀套式弹性夹头组件（3）正下方，并与待测轴承接触；所述升降台（5）设置在所述机座（1）一侧，在装载所述轴承时，带动所述轴承向上移动，并将所述轴承装载到所述胀套式弹性夹头组件（3）上。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承故障检测装置，其特征在于，所述主轴系统包括第一伺服电机（21）、两个同步带轮（22）、同步带（23）、旋转油缸（24）、主轴（25）、拉杆（26）、测速音轮（27），所述旋转油缸（24）安装在所述主轴（25）尾端，所述主轴（25）前端安装有所述胀套式弹性夹头组件（3）；所述拉杆（26）一端与所述旋转油缸（24）的活塞杆固定连接，另一端通过主轴（25）的内孔与所述胀套式弹性夹头组件（3）连接；第一同步带轮（22）固定在所述第一伺服电机（21）的轴上，所述第一同步带轮（22）通过所述同步带（23）驱动固定在所述主轴（25）上的第二同步带轮（22），所述第二同步带轮（22）带动所述主轴（25）转动；所述测速音轮（27）安装在所述主轴（25）上，所述机座（1）后壁上固定有转速传感器（6），所述转速传感器（6）的敏感部位与所述测速音轮（27）测速齿的间隙为0.5～1.5mm。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承故障检测装置，其特征在于，所述加载组件（4）包括加载油缸（41）、导向支座（42）和信号采集加载座（43），所述信号采集加载座（43）包括连接座（44）、轴承座（45），所述连接座（44）两端各固定有一根能沿着所述导向支座（42）上下移动的导向杆（46）；所述连接座（44）下端通过销轴与所述加载油缸（41）的活塞杆连接，所述导向支座（42）固定在所述连接座（44）下方，所述轴承座（45）固定在所述连接座（44）上，所述轴承座（45）上端与所述轴承接触，所述轴承座两侧固定有传感器（7）。

4.根据权利要求1所述的滚动轴承故障检测装置，其特征在于，所述机座（1）上固定有第二伺服电机（52），所述第二伺服电机（52）通过滚珠丝杆（51）驱动所述升降台（5）沿所述机座（1）侧壁上的线性导轨（53）上下移动；所述升降台（5）台面上设置有手动进给托板（54），所述手动进给托板（54）上设有平行于所述主轴（25）的V形槽，所述手动进给托板（54）通过传动装置与所述升降台（5）侧面的手动摇杆连接。

5.根据权利要求2所述的滚动轴承故障检测装置，其特征在于，所述测速音轮带有200个均匀分布的测速齿。

6.根据权利要求2所述的滚动轴承故障检测装置，其特征在于，所述主轴（25）的内孔直径为39mm。

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