CN209470876U - 一种高速电主轴加速寿命测试设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高速电主轴加速寿命测试设备，包括测试台、电主轴载荷施加装置和数据采集系统；电主轴载荷施加装置包括载荷施加轴和载荷力施加机构；数据采集系统包括计算机、传感器采集卡、安装在测试台上的测试台加速度传感器、分别安装在电主轴上的温度传感器及主轴加速度传感器，测试台加速度传感器、温度传感器和主轴加速度传感器分别通过传感器采集卡与计算机相连。本实用新型通过载荷力施加机构模拟电主轴加工过程承受的载荷，能够快速对电主轴可靠性进行实验，由数据采集系统对电主轴加速寿命过程中的数据进行监控，实现电主轴温度、载荷力、振动加速度的采集及分析，发现电主轴存在的潜在故障，有利于对电主轴针对性的改进。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高速电主轴加速寿命测试设备。
背景技术
电主轴是高速数控机床的核心部件，它的性能直接决定了机床的高速加工性能。电主轴在工作过程中高速旋转，要求其具有很高的加减速性能，这就对电主轴的散热、润滑及精密控制提出较高要求。同时主轴在高速运行过程中由于主轴轴承与内藏式电机发热，将会引起主轴热变形、振动、噪声，进而影响加工精度等一系列问题。在工业现场和企业实际生产中，对电主轴噪声及振动相关的测量主要是依靠工人采用传统的单一振动或者噪声为评价参考量，无法全面、准确的评价电主轴真实性能与运行工况，该评价方式无法快速显现电主轴的潜在故障模式，不利于电主轴的可靠性寿命的提升。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种结构紧凑、测验操作简便的高速电主轴加速寿命测试设备，能够快速对电主轴可靠性进行实验，发现电主轴存在的潜在故障，有利于对电主轴针对性的改进，提升电主轴的可靠性寿命。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：包括用于安装电主轴的测试台、电主轴载荷施加装置和数据采集系统；电主轴载荷施加装置包括连接在电主轴上的载荷施加轴和安装在载荷施加轴上的载荷力施加机构；所述数据采集系统包括计算机、传感器采集卡、安装在测试台上的测试台加速度传感器和分别安装在电主轴上的温度传感器及主轴加速度传感器，测试台加速度传感器、温度传感器和主轴加速度传感器分别通过传感器采集卡与计算机相连。
进一步地，所述载荷力施加机构为一套装在所述载荷施加轴上的偏心圆盘，在偏心圆盘上开设有一偏心孔。
或者，所述载荷力施加机构采用如下结构，其包括套装在所述载荷施加轴上的轴承组件，所述轴承组件包括内圈、外圈、设置在内外圈之间的滚珠和安装在外圈上的轴向轴承套及径向轴承套，在轴向轴承套和径向轴承套上分别连接有一载荷施加组件，载荷施加组件由安装在轴承套上的力传感器、电机和固定安装在电机输出轴上的螺杆构成，电机通过支架安装在所述测试台上，并使螺杆与所述力传感器接触连接，力传感器通过所述传感器采集卡与计算机相连，所述电机的启停由所述计算机控制。
进一步地，所述测试台包括支撑台板、固定在支撑台板底面上的支撑腿柱、通过立柱固定在支撑台板上方的测试台板和固定在测试台板底面上的多个配重块，在支撑台板和测试台板之间还安装有一螺杆，在螺杆上设有一螺母和一弹簧，弹簧套装在螺杆上且位于螺母和测试台板之间。优选地，在所述支撑腿柱底端部上还固定有减震器。
进一步地，本实用新型还包括一隔音罩，所述测试台和电主轴载荷施加装置放置在隔音罩内，所述隔音罩的罩壁为三层结构，由外到内依次为外壳、隔音层和吸音层。所述测试台板上均布有100x100mm间距的M10螺孔。
本实用新型的有益效果是：结构紧凑、测验操作简便，通过载荷力施加机构模拟电主轴加工过程承受的载荷，能够快速对电主轴可靠性进行实验，由数据采集系统对电主轴加速寿命过程中的数据进行监控，实现电主轴温度、载荷力、振动加速度的采集及分析，发现电主轴存在的潜在故障，有利于对电主轴针对性的改进，更好提升电主轴的可靠性寿命。
另外，采用本实用新型中的测试台，可通过调整测试台刚度及质量，达到调整测试台自身固有频率，实现针对不同转速及质量的电主轴的加速寿命测试。而设置的隔音箱，可用于封闭电主轴试验台，隔断电主轴试验台及外部空间的声音传递，降低电主轴加速寿命试验台对外部空间的噪声影响。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型中测试台的结构示意图。
图3为本实用新型中电主轴载荷施加装置的一种结构示意图。
图4为本实用新型中电主轴载荷施加装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本实用新型一种高速电主轴加速寿命测试设备，包括用于安装电主轴的测试台1、电主轴载荷施加装置2和数据采集系统。
其中，测试台1包括支撑台板11、固定在支撑台板底面上的支撑腿柱12、测试台板13和固定在测试台板底面上的多个配重块14，测试台板13通过立柱15固定在支撑台板11上方。在支撑台板11和测试台板13之间还安装有一螺杆16，在螺杆16上设有一螺母17和一弹簧18，弹簧18套装在螺杆17上且位于螺母17和测试台板13之间。优选地，在支撑腿柱12底端部上还固定有减震器19。在测试台板13上均布有100x100mm间距的M10螺孔，可作为测试安装孔，方便对被测电主轴的安装。
电主轴载荷施加装置2包括连接在电主轴上的载荷施加轴21和安装在载荷施加轴上的载荷力施加机构22。
测验时，当只需要提供径向载荷时，可以采用施加固定载荷的方式，具体结构可以是，如图3所示，载荷力施加机构22为一带有偏心孔220的偏心圆盘，偏心圆盘套装在载荷施加轴21上；可通过选择质量及偏心孔位置不同的偏心圆盘施加不同的载荷。
当需要同时提供径向载荷和轴向载荷时，采用双向可变载荷的施加方式，具体可采用如下结构，如图4所示，施加机构22包括套装在所述载荷施加轴上的轴承组件，所述轴承组件包括内圈221、外圈222、设置在内外圈之间的滚珠223和安装在外圈上的轴向轴承套224及径向轴承套225。在轴向轴承套224和径向轴承套225上分别连接有一载荷施加组件26、27。载荷施加组件26由轴向力传感器261、轴向力施加电机262和固定连接在轴向力施加电机输出轴上的轴向螺杆263构成，其中，轴向力传感器261安装在轴向轴承套224上，轴向螺杆263与轴向力传感器261接触连接。载荷施加组件27由径向力传感器271、径向力施加电机272和固定连接在径向力施加电机输出轴上的径向螺杆273构成，其中，径向力传感器261安装在径向轴承套225上，径向螺杆273与径向力传感器271接触连接。轴向力施加电机262、径向力施加电机272通过支架28固定在测试台板13上。
所述数据采集系统包括计算机、传感器采集卡、安装在测试台上的测试台加速度传感器31和分别安装在电主轴上的温度传感器32及主轴加速度传感器33，测试台加速度传感器31、温度传感器32和主轴加速度传感器33、轴向力传感器261和传感器径向力传感器271分别通过传感器采集卡与计算机相连。轴向力施加电机262及径向力施加电机272的启停由计算机控制。
进一步地，本实用新型高速电主轴加速寿命测试设备还包括一隔音罩4，所述测试台1和电主轴载荷施加装置2放置在隔音罩4内。优选地，所述隔音罩4的罩壁为三层结构，由外到内依次为外壳41、隔音层42和吸音层43。
下面介绍使用本实用新型对电主轴进行测验的具体操作方法，包括如下步骤。
S1：将被测电主轴5安装到测试台板13上，并将温度传感器32及主轴加速度传感器33安装在电主轴5的对应位置上。
S2：启动系统，将电主轴5的转速从0缓慢调整到其最高转速，实现对测试台1的扫频激励，通过记录测试台加速度传感器31的响应信号，识别测试台的固有频率；若测试台1现有固有频率与电主轴加速寿命测试过程中的转速相近，则通过调整测试台1的刚度及质量，改变测试台固有频率；以免和电主轴转动频率接近而发生共振，影响测验效果。若不相近，则执行步骤S3。
S3：根据电主轴的工作场景，通过载荷力施加机构给电主轴施加径向载荷和/或轴向载荷。
S4：设定电主轴5到目标转速，监测其载荷、温度和加速度，通过数据采集卡将获得的各个传感器数据并保存到计算机，再通过信号分析软件，对加速寿命过程进行故障诊断监测，直到温度、加速度信号出现异常则终止测试，记录电主轴累计运转时间，则为此样本加速寿命测试时间。
在所述步骤S3中，若电主轴5的工作场景只存在单独径向载荷，则所述载荷力施加机构可以采用偏心圆盘结构，施加固定径向载荷；若电主轴的工作场景同时存在径向载荷和轴向载荷的，采用双向可变载荷的施加方式，具体是在测试时，计算机通过采集卡连接轴向力传感器和径向力传感器，判断载荷的变化，再通过控制载荷施加电机的旋转角度，推进螺杆施加载荷机构实现力传感器的载荷施加，载荷再经轴承套、轴承外圈、载荷施加轴传递至电主轴，达到电主轴载荷反馈控制。
在所述步骤S2中测试台1刚度及质量的调整方法具体如下：通过改变测试台1中间支撑弹簧的长度改变支撑弹簧对测试台台面的载荷，使测试台刚度发生改变；通过调整测试台背面的配重块的数量，调整测试台的整体质量。
以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：包括用于安装电主轴的测试台、电主轴载荷施加装置和数据采集系统；电主轴载荷施加装置包括连接在电主轴上的载荷施加轴和安装在载荷施加轴上的载荷力施加机构；所述数据采集系统包括计算机、传感器采集卡、安装在测试台上的测试台加速度传感器和分别安装在电主轴上的温度传感器及主轴加速度传感器，测试台加速度传感器、温度传感器和主轴加速度传感器分别通过传感器采集卡与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：所述载荷力施加机构为一套装在所述载荷施加轴上的偏心圆盘，在偏心圆盘上开设有一偏心孔。
3.根据权利要求1所述的高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：所述载荷力施加机构包括套装在所述载荷施加轴上的轴承组件，所述轴承组件包括内圈、外圈、设置在内外圈之间的滚珠和安装在外圈上的轴向轴承套及径向轴承套，在轴向轴承套和径向轴承套上分别连接有一载荷施加组件，载荷施加组件由安装在轴承套上的力传感器、电机和固定安装在电机输出轴上的螺杆构成，电机通过支架安装在所述测试台上，并使螺杆与所述力传感器接触连接，力传感器通过所述传感器采集卡与计算机相连，所述电机的启停由所述计算机控制。
4.根据权利要求1所述的高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：所述测试台包括支撑台板、固定在支撑台板底面上的支撑腿柱、通过立柱固定在支撑台板上方的测试台板和固定在测试台板底面上的多个配重块，在支撑台板和测试台板之间还安装有一螺杆，在螺杆上设有一螺母和一弹簧，弹簧套装在螺杆上且位于螺母和测试台板之间。
5.根据权利要求4所述的高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：所述支撑腿柱底端部上还固定有减震器。
6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述的高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：包括一隔音罩，所述测试台和电主轴载荷施加装置放置在隔音罩内，所述隔音罩的罩壁为三层结构，由外到内依次为外壳、隔音层和吸音层。
7.根据权利要求6所述的高速电主轴加速寿命测试设备，其特征在于：所述测试台板上均布有100x100mm间距的M10螺孔。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109855865A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-06-07 | 广东省智能制造研究所 | 一种高速电主轴加速寿命测试设备及其测试方法 |
| CN112345229A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-02-09 | 东北大学 | 一种可调静子叶片的流固热耦合试验装置 |
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2018
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