本發(fā)明涉及一種滾動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺，尤其涉及一種基于雙頂軸安裝的螺桿夾緊式多規(guī)格滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺。

背景技術(shù)：

滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中一種非常重要的標(biāo)準(zhǔn)零件，其支撐著機(jī)械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)軸，并起著降低旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù)和保證回轉(zhuǎn)精度的作用。在很多情況下，滾動(dòng)軸承運(yùn)行環(huán)境為高溫、高轉(zhuǎn)速或者變轉(zhuǎn)速、重載荷或者變載荷工況，如高速列車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、礦山機(jī)械與汽車等；此外，滾動(dòng)軸承還可能會(huì)運(yùn)行于潤滑不良、異物侵入等惡劣工況下。這些因素使得滾動(dòng)軸承容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕、裂紋、磨損或者剝落等損傷，而滾動(dòng)軸承損傷最終又會(huì)引發(fā)機(jī)械設(shè)備故障，其后果輕則使得設(shè)備停機(jī)，造成經(jīng)濟(jì)損失，重則導(dǎo)致安全事故。因此，有必要研究或者探索行之有效的滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷方法，以提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率與生產(chǎn)效益。而為達(dá)到研究或者探索的目的，則通常需要構(gòu)建一套合適的滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺。

滾動(dòng)軸承安裝基本上都是外圈固定、內(nèi)圈可旋轉(zhuǎn)，但滾動(dòng)軸承一旦安裝之后，安裝機(jī)構(gòu)就很難改變。由于滾動(dòng)軸承的規(guī)格非常多，寬度與內(nèi)、外圈直徑不盡相同，設(shè)計(jì)加工出的一個(gè)特定安裝機(jī)構(gòu)通常只適用于某一規(guī)格的滾動(dòng)軸承。這使得目前大多數(shù)的滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺通常只能對某一規(guī)格的滾動(dòng)軸承進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而若要在這些實(shí)驗(yàn)臺上對其它規(guī)格的滾動(dòng)軸承進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則需對滾動(dòng)軸承的安裝機(jī)構(gòu)進(jìn)行大幅度改動(dòng)，時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺難以對多規(guī)格的滾動(dòng)軸承進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種基于雙頂軸安裝的螺桿夾緊式多規(guī)格滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺，本發(fā)明利用兩個(gè)可更換的頂軸和兩個(gè)可移動(dòng)弧形滑塊的組合來對不同內(nèi)徑規(guī)格的滾動(dòng)軸承進(jìn)行安裝，從而對滾動(dòng)軸承進(jìn)行故障模擬實(shí)驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于雙頂軸安裝的螺桿夾緊式多規(guī)格滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于：包括基座臺、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第一套軸、第一頂軸、實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承、第二頂軸、第二套軸、螺桿夾緊裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和加載電機(jī)；第一頂軸的花鍵軸與第一套軸的花鍵孔配合，第二頂軸的花鍵軸與第二套軸的花鍵孔配合，第一頂軸、第二頂軸的階梯軸頂住實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈，第一套軸的另一端貫穿第一帶座軸承，通過第一彈性聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)伸出軸相連，第二套軸的另一端貫穿第二帶座軸承，通過第二彈性聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀一端伸出軸相連，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器與加載電機(jī)伸出軸相連；螺桿夾緊裝置夾緊實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承的外圈；驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第一帶座軸承安裝在驅(qū)動(dòng)端底座上，第二帶座軸承、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和加載電機(jī)安裝在加載端底座上，驅(qū)動(dòng)端底座、螺桿夾緊裝置和加載端底座安裝在基座臺上。

進(jìn)一步地，所述螺桿夾緊裝置包括雙向螺桿、第一弧形滑塊、第二弧形滑塊、直線光軸、手柄和支架；第一弧形滑塊、第二弧形滑塊通過上端的螺紋孔對稱地安裝在雙向螺桿兩端的螺桿中，雙向螺桿安裝在支架上端的孔中，直線光軸貫穿第一弧形滑塊、第二弧形滑塊下端的光孔安裝在支架下端的孔中，手柄安裝在雙向螺桿的一端，所述實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承被夾緊在第一弧形滑塊與第二弧形滑塊的中間。

進(jìn)一步地，所述基座臺上加工有t形槽。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部安裝有光電編碼器。

進(jìn)一步地，所述第一頂軸與所述第二頂軸階梯軸的直徑與所述實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度之和小于所述實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承的寬度；所述第一頂軸與所述第二頂軸可以更換為花鍵軸尺寸相同但階梯軸尺寸不同的新頂軸。

優(yōu)選地，所述試驗(yàn)臺還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊、第一變頻器、第二變頻器、直流母線、控制單元、可編程邏輯控制器和第一工控機(jī)；整流模塊與直流母線連接，第一變頻器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，第二變頻器與所述加載電機(jī)連接，第一變頻器與第二變頻器通過直流母線相互連接，第一變頻器、第二變頻器同時(shí)連接到控制單元上，控制單元與可編程邏輯控制器連接，可編程邏輯控制器與第一工控機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述實(shí)驗(yàn)臺還包括測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器、光電隔離器、模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊、機(jī)箱和第二工控機(jī)；振動(dòng)傳感器安裝在所述第一弧形滑塊或者所述第二弧形滑塊上，并與模擬量輸入模塊連接；所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀經(jīng)由光電隔離器與數(shù)字量i/o模塊連接；模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊安裝在機(jī)箱上，機(jī)箱與第二工控機(jī)連接。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、兩個(gè)頂軸結(jié)構(gòu)簡單，加工與拆裝方便，通過更換不同尺寸的頂軸，可以安裝不同內(nèi)徑規(guī)格的滾動(dòng)軸承，兩個(gè)可相對移動(dòng)的弧形滑塊則可以夾緊不同外徑規(guī)格的滾動(dòng)軸承，因而實(shí)驗(yàn)臺能夠?qū)Χ嘁?guī)格的滾動(dòng)軸承進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2、驅(qū)動(dòng)端底座、螺桿夾緊裝置和加載端底座均可以在基座臺上沿t形槽移動(dòng)，因此能夠方便地安裝與拆卸實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承。

3、為滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷方法的研究與探索提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)平臺。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的等軸側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的正視圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈安裝的爆炸圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承內(nèi)圈安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的螺桿夾緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的測試系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。

圖中：基座臺1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、第一彈性聯(lián)軸器3、第一帶座軸承4、第一套軸5、第一頂軸6、實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7、第二頂軸8、第二套軸9、第二帶座軸承10、第二彈性聯(lián)軸器11、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12、第三彈性聯(lián)軸器13、加載電機(jī)14、驅(qū)動(dòng)端底座15、加載端底座16、雙向螺桿17、第一弧形滑塊18、第二弧形滑塊19、直線光軸20、手柄21、支架22、整流模塊23-1、第一變頻器23-2、第二變頻器23-3、直流母線23-4、控制單元23-5、可編程邏輯控制器23-6和第一工控機(jī)23-7、振動(dòng)傳感器24-1、光電隔離器24-2、模擬量輸入模塊24-3、數(shù)字量i/o模塊24-4、機(jī)箱24-5、第二工控機(jī)24-6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參照圖1~圖7，一種基于雙頂軸安裝的螺桿夾緊式多規(guī)格滾動(dòng)軸承故障模擬實(shí)驗(yàn)臺，其特征在于：包括基座臺1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、第一套軸5、第一頂軸6、實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7、第二頂軸8、第二套軸9、螺桿夾緊裝置、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12和加載電機(jī)14。

本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7為6006深溝球軸承，內(nèi)徑30mm，外徑55mm，寬度15mm。第一頂軸6與第二頂軸8階梯軸的直徑與實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度均為5mm，階梯軸的長度之和小于實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7的寬度。第一頂軸6的花鍵軸與第一套軸5的花鍵孔配合，第二頂軸8的花鍵軸與第二套軸9的花鍵孔配合，第一頂軸6、第二頂軸8的階梯軸頂住實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7內(nèi)圈；第一套軸5的另一端貫穿第一帶座軸承4，通過第一彈性聯(lián)軸器3與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2伸出軸相連，第二套軸9的另一端貫穿第二帶座軸承10，通過第二彈性聯(lián)軸器11與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12一端伸出軸相連，矩轉(zhuǎn)速儀12另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器13與加載電機(jī)14伸出軸相連。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2為變頻調(diào)速三相異步電機(jī)，選用安徽皖南的yvf2-100l1-4型號，額定功率為2.2kw，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定轉(zhuǎn)矩7.3nm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2內(nèi)部還安裝有100線的測速用光電編碼器，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12選用北京新宇航測控的jn338-a系列直連式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)矩量程為20nm，轉(zhuǎn)速量程為6000rpm。加載電機(jī)14的型號與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2一致，但沒有安裝光電編碼器，且工作于發(fā)電狀態(tài)。螺桿夾緊裝置夾緊實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7的外圈。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和第一帶座軸承4安裝在驅(qū)動(dòng)端底座15上，第二帶座軸承10、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12和加載電機(jī)14安裝在加載端底座16上，驅(qū)動(dòng)端底座15、螺桿夾緊裝置和加載端底座16通過螺栓安裝在基座臺1上的t形槽中。

螺桿夾緊裝置包括雙向螺桿17、第一弧形滑塊18、第二弧形滑塊19、直線光軸20、手柄21和支架22。第一弧形滑塊18、第二弧形滑塊19通過上端的螺紋孔對稱地安裝在雙向螺桿17兩端的螺桿中；雙向螺桿17安裝在支架22上端的孔中；直線光軸20貫穿第一弧形滑塊18、第二弧形滑塊19下端的光孔安裝在支架22下端的孔中；手柄21安裝在雙向螺桿17的一端，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)手柄21，可以帶動(dòng)雙向螺桿17旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使第一弧形滑塊18、第二弧形滑塊19同時(shí)往中間移動(dòng)，從而夾緊實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7的外圈。

實(shí)驗(yàn)臺電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊23-1、第一變頻器23-2、第二變頻器23-3、直流母線23-4、控制單元23-5、可編程邏輯控制器23-6和第一工控機(jī)23-7。電氣控制系統(tǒng)采用西門子sinamicss120伺服控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中整流模塊23-1選用額定功率為5kw的非調(diào)節(jié)電源模塊，第一變頻器23-2、第二變頻器23-3均選用額定功率為2.7kw的單軸電機(jī)模塊，控制單元23-5選用cu320控制器。整流模塊23-1接入工業(yè)三相電，并連接到直流母線23-4上，第一變頻器23-2通過drive-cliq電纜與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2連接，第二變頻器23-3通過drive-cliq電纜與加載電機(jī)14連接，第一變頻器23-2與第二變頻器23-3通過直流母線23-4相互連接，第一變頻器23-2、第二變頻器23-3通過drive-cliq電纜連接到控制單元23-5上，控制單元23-5通過以太網(wǎng)與可編程邏輯控制器23-6連接，可編程邏輯控制器23-6通過以太網(wǎng)與第一工控機(jī)23-7連接。

實(shí)驗(yàn)臺測試系統(tǒng)包括振動(dòng)傳感器24-1、光電隔離器24-2、模擬量輸入模塊24-3、數(shù)字量i/o模塊24-4、機(jī)箱24-5和第二工控機(jī)24-6。其中，模擬量輸入模塊24-3選用ni9324數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)字量i/o模塊24-4選用ni9401數(shù)據(jù)采集卡，機(jī)箱24-5選用nicdaq-9132機(jī)箱。振動(dòng)傳感器24-1安裝在第一弧形滑塊18或者第二弧形滑塊19上，并與模擬量輸入模塊24-3連接；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12經(jīng)由光電隔離器24-2與數(shù)字量i/o模塊24-4連接。模擬量輸入模塊24-3、數(shù)字量i/o模塊24-4安裝在機(jī)箱24-5上，機(jī)箱24-5與第二工控機(jī)24-6連接。測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件部分由第二工控機(jī)24-6上的nilabview編程實(shí)現(xiàn)。

電氣控制系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、加載電機(jī)14構(gòu)成電封閉系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)2采用轉(zhuǎn)速控制方式，可以使其在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)以任一恒定轉(zhuǎn)速或者按照某一函數(shù)變化的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。加載電機(jī)14采用轉(zhuǎn)矩控制方式，可以在額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)施加任一恒定的載荷，因此，加載電機(jī)14工作于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生的電能可以反饋到直流母線23-4中再供驅(qū)動(dòng)電機(jī)2使用，整流模塊23-1只需從工業(yè)三相電中獲取少量電能來補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行損耗的能量以及加載電機(jī)14加載所需的能量，從而使實(shí)驗(yàn)臺達(dá)到節(jié)能的目的。

本實(shí)施例中，實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7的內(nèi)圈、外圈或者滾動(dòng)體上可以通過人工的方法設(shè)置所要研究的點(diǎn)蝕、裂紋、磨損、剝落或者它們的組合等故障損傷。在實(shí)驗(yàn)臺的運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12測量實(shí)驗(yàn)臺的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)臺的工況進(jìn)行監(jiān)測，振動(dòng)傳感器24-1采集實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7的振動(dòng)數(shù)據(jù)。最后利用采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，可以對滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷方法進(jìn)行研究與探索。

本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7可以更換為內(nèi)徑相同但外徑不同的深溝球軸承，如6206、6306深溝球軸承，此時(shí)第一頂軸6與第二頂軸8不需要更換。

本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7可以更換為其它內(nèi)徑規(guī)格的深溝球軸承，此時(shí)只需將第一頂軸6與第二頂軸8更換，更換后兩根新頂軸花鍵軸的尺寸與第一頂軸6或者第二頂軸8的相同，階梯軸的直徑與更換后深溝球軸承的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度之和小于更換后深溝球軸承的寬度。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)滾動(dòng)軸承7可以更換為其它類型的滾動(dòng)軸承，如角接觸軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承等，此時(shí)只需將第一頂軸6與第二頂軸8更換成階梯軸直徑與更換后滾動(dòng)軸承內(nèi)徑相同、階梯軸長度之和小于更換后滾動(dòng)軸承寬度的兩根新頂軸。

以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。