一種滾動(dòng)軸承高速振動(dòng)測(cè)量設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，屬于機(jī)械工件檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造設(shè)備是裝備制造業(yè)的"工作母機(jī)"，一個(gè)國(guó)家的機(jī)床行業(yè)技術(shù) 水平和產(chǎn)品質(zhì)量，是衡量其裝備制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。目前，為獲得更高的生產(chǎn)效 率、更高的加工質(zhì)量，廣泛應(yīng)用高速加工技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)加工機(jī)床的高速化、高可靠性、高精度 的關(guān)鍵部件是電主軸，實(shí)現(xiàn)電主軸高速化的關(guān)鍵部件是軸承，目前脂潤(rùn)滑磨削類電主軸的 dm · η值已高達(dá)1.56X 106mmr/min，這對(duì)脂潤(rùn)滑軸承的使用性能有很高的要求。脂潤(rùn)滑在出 廠時(shí)經(jīng)過了標(biāo)準(zhǔn)軸承振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)，在實(shí)際高速使用過程中，主軸出現(xiàn)早期的主軸振 動(dòng)過大，使用過程中壽命遠(yuǎn)小于理論使用壽命。因此針對(duì)在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的情況下，軸承 表現(xiàn)出不同的振動(dòng)行為，即使用標(biāo)準(zhǔn)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x測(cè)得的低速振動(dòng)的性能結(jié)果不能代表 高速的使用情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是為解決現(xiàn)有軸承檢測(cè)均是低速檢測(cè)，而軸承實(shí)際工作狀態(tài)通常是在 高速下運(yùn)行，目前低速檢測(cè)手段無法滿足對(duì)軸承實(shí)際性能的掌握，檢測(cè)數(shù)據(jù)無法滿足實(shí)際 工作需的問題，進(jìn)而提供了 一種滾動(dòng)軸承高速振動(dòng)測(cè)量設(shè)備。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：
[0005] -種滾動(dòng)軸承高速振動(dòng)測(cè)量設(shè)備，它包括試驗(yàn)臺(tái)、軸向加載裝置、傳感器定位裝 置、驅(qū)動(dòng)主軸和總底座，所述總底座水平設(shè)置，所述試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置在總底座上，所述傳感器定 位裝置設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)上，所述傳感器定位裝置的一側(cè)設(shè)置有軸向加載裝置，所述傳感器定 位裝置的另一側(cè)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)主軸；
[0006] 所述傳感器定位裝置包括定位底座、定位梁、橫梁、絲杠、傳感器組件和兩個(gè)光桿， 所述定位底座固定連接在試驗(yàn)臺(tái)上，兩個(gè)光桿并列豎直設(shè)置在定位底座上，所述橫梁與定 位底座相平行且所述橫梁的底部與兩個(gè)光桿的頂端固定連接，所述兩個(gè)光桿上套裝有定位 梁，所述定位梁沿光桿的長(zhǎng)度方向上下往復(fù)移動(dòng)，所述定位梁上穿設(shè)有豎直設(shè)置的絲杠，所 述定位梁上設(shè)置有傳感器組件，試驗(yàn)軸承位于定位底座和定位梁之間，所述試驗(yàn)軸承套裝 在驅(qū)動(dòng)主軸上且該試驗(yàn)軸承通過軸向加載裝置頂緊在驅(qū)動(dòng)主軸上，所述傳感器組件的檢測(cè) 頭與試驗(yàn)軸承的外圈相貼緊。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：
[0008] 1、目前各大軸承生產(chǎn)廠商配備的軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x主要有兩種:一是軸承振動(dòng)加速 度測(cè)量?jī)x，以S0910系列為代表;二是軸承振動(dòng)速度測(cè)量?jī)x，以BTV系列為代表。本發(fā)明為一 種滾動(dòng)軸承高速振動(dòng)測(cè)量設(shè)備，本發(fā)明是以S0910系列為基礎(chǔ)而研制，既能滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)下對(duì)軸承的振動(dòng)檢測(cè)，又能擴(kuò)展試驗(yàn)條件，檢測(cè)高速工況條件下軸承的振動(dòng)。
[0009] 2、本發(fā)明檢測(cè)的指標(biāo)包括測(cè)量軸承尺寸范圍、振動(dòng)測(cè)值范圍、主軸轉(zhuǎn)速、頻帶范 圍、軸向加載、傳感器預(yù)緊力。建立高速軸承振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，兼顧實(shí) 際使用需求設(shè)計(jì)相關(guān)指標(biāo)，既能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x的規(guī)定，又能檢測(cè)軸承在 高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的振動(dòng)。
[0010] 3、本發(fā)明使用靈活，適用范圍廣，樣品試驗(yàn)中測(cè)量軸承尺寸范圍限制為內(nèi)徑為Φ 17_的滾動(dòng)軸承。當(dāng)有其他型號(hào)軸承的振動(dòng)測(cè)量需求，只需更換驅(qū)動(dòng)主軸中的芯軸即可。
[0011] 4、本發(fā)明中軸向加載裝置和驅(qū)動(dòng)主軸之間配合設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)軸承的固定工作， 傳感器定位裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)軸承的檢測(cè)工作。其中傳感器定位裝置中傳感器組件的頻率響 應(yīng)范圍最高能夠達(dá)到20KHz。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是傳感器定位裝置3的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖4是傳感器組件3-5的主視結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0016] 圖5是軸向加載裝置2的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖6是軸向加載裝置2的俯視結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0018] 圖7是軸承的打滑率隨軸向力的變化的曲線圖；
[0019]圖8是不同預(yù)緊力下軸承的振動(dòng)幅值的分布圖；
[0020]圖9是標(biāo)準(zhǔn)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x的振動(dòng)檢測(cè)結(jié)果柱狀圖；
[0021]圖10是標(biāo)準(zhǔn)軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x的振動(dòng)等級(jí)評(píng)價(jià)柱狀圖；
[0022]圖11是本發(fā)明的振動(dòng)檢測(cè)結(jié)果的柱狀圖；
[0023]圖12是本發(fā)明的試驗(yàn)軸承振動(dòng)等級(jí)評(píng)價(jià)柱狀圖；
[0024] 圖13是本發(fā)明兩次振動(dòng)檢測(cè)的對(duì)比分析圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0025] 一:下面結(jié)合圖1至圖13說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括試驗(yàn)臺(tái)1、 軸向加載裝置2、傳感器定位裝置3、驅(qū)動(dòng)主軸5和總底座7,所述總底座7水平設(shè)置，所述試驗(yàn) 臺(tái)1設(shè)置在總底座7上，所述傳感器定位裝置3設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)1上，所述傳感器定位裝置3的一 側(cè)設(shè)置有軸向加載裝置2,所述傳感器定位裝置3的另一側(cè)設(shè)置有驅(qū)動(dòng)主軸5;
[0026] 所述傳感器定位裝置3包括定位底座3-1、定位梁3-2、橫梁3-3、絲杠3-4、傳感器組 件3-5和兩個(gè)光桿3-6，所述定位底座3-1固定連接在試驗(yàn)臺(tái)1上，兩個(gè)光桿3-6并列豎直設(shè)置 在定位底座3-1上，所述橫梁3-3與定位底座3-1相平行且所述橫梁3-3的底部與兩個(gè)光桿3-6的頂端固定連接，所述兩個(gè)光桿3-6上套裝有定位梁3-2,所述定位梁3-2沿光桿3-6的長(zhǎng)度 方向上下往復(fù)移動(dòng)，所述定位梁3-2上穿設(shè)有豎直設(shè)置的絲杠 3-4,所述定位梁3-2上設(shè)置有 傳感器組件3-5,試驗(yàn)軸承4位于定位底座3-1和定位梁3-2之間，所述試驗(yàn)軸承4套裝在驅(qū)動(dòng) 主軸5上且該試驗(yàn)軸承4通過軸向加載裝置2頂緊在驅(qū)動(dòng)主軸5上，所述傳感器組件3-5的檢 測(cè)頭與試驗(yàn)軸承4的外圈相貼緊。
[0027] 本發(fā)明是在參照S0910-II和BVT-1A軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上，以《GB/T 24610-2009滾動(dòng)軸承振動(dòng)測(cè)量方法》和《JB/T 5314-2002滾動(dòng)軸承振動(dòng)加速度測(cè)量方法》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 中對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)量裝置各項(xiàng)性能要求的出發(fā)點(diǎn)為指導(dǎo)原則，充分考慮高速工況條件并滿足 主要技術(shù)指標(biāo)要求的方案。為提高軸承振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速使用范圍，目前限定的最高使用 轉(zhuǎn)速為60000r/min，分析高速電主軸脂潤(rùn)滑軸承振動(dòng)特征必須能達(dá)到實(shí)際的轉(zhuǎn)速要求，在 工況速度條件下測(cè)量軸承振動(dòng)，為高速軸承振動(dòng)特征研究提供可靠數(shù)據(jù)支持。因此本發(fā)明 中驅(qū)動(dòng)主軸5的最高轉(zhuǎn)速為60000r/min。
[0028] 查詢國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《JB/T 7047-2006滾動(dòng)軸承深溝球軸承振動(dòng)加速度技術(shù)條件》，規(guī)定 7003C型號(hào)軸承的加速度級(jí)限值為46dB、加速度級(jí)峰值限值為51dB。根據(jù)公式（1):
[0030]式中L一一振動(dòng)加速度等級(jí)，單位為dB;
[0031 ] a--某一頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)加速度均方根值或軸承振動(dòng)加速度峰值，單位為m/ s2；
[0032] ao--參考加速度，值為9 · 81 X 103m/s2;
[0033] 轉(zhuǎn)換即為加速度級(jí)限值為0.2g、加速度級(jí)峰值限值為0.355g。試驗(yàn)過程中，隨著轉(zhuǎn) 速的增加，軸承的振動(dòng)會(huì)有一定增幅;但是考慮到測(cè)量的精確性，也不宜選用過大的量程， 綜合考慮最后選用最大測(cè)量值為l〇g即80dB的壓電式加速度型傳感器。本發(fā)明的測(cè)量范圍 為 logo
[0034] 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的頻率范圍為50~10000Hz，但是在10000~20000Hz之間還存 在許多不容忽視的振動(dòng)信息。市場(chǎng)上一般壓電加速度傳感器的頻率響應(yīng)范圍能達(dá)到18kHz， 至lj20kHz的壓電加速度傳感器需定制且有一定的難度。高沖擊的壓電加速度傳感器的頻率 響應(yīng)范圍雖然能高達(dá)60kHz，但是其測(cè)量范圍亦達(dá)1000g，量程遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軸承的振動(dòng)范圍，帶 來的損失便是傳感器的靈敏度大打折扣。因此，本發(fā)明綜合設(shè)定頻帶范圍為50~20000Hz。
[0035] 本發(fā)明在測(cè)振過程中，為了限定軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，一般應(yīng)對(duì)軸承施加一定的載 荷。所施加的載荷應(yīng)適當(dāng)，防止?jié)L動(dòng)體相對(duì)內(nèi)、外套圈滾道打滑但又不致引起變形而影響測(cè) 量結(jié)果。對(duì)于7003C軸承，國(guó)標(biāo)規(guī)定的軸向載荷的設(shè)定值在90-110N之間。計(jì)算軸承在 1500rpm和100N條件下的打滑率為0。轉(zhuǎn)速設(shè)為60000rpm、徑向力為8N，根據(jù)說明書附圖7可 以看出軸承的打滑率雖然有些許變化，但是幾乎都為0?？梢娸S向加載力的范圍只要保證能 夠限定軸承外圈的運(yùn)動(dòng)即可。因此本發(fā)明的軸向加載力為50-100N。
[0036]關(guān)于傳感器組件3-5的傳感器預(yù)緊力的說明如下：
[0037] 在任何振動(dòng)測(cè)量中，最妥善的測(cè)量過程是將加速度傳感器與被測(cè)物體以剛性聯(lián)接 的方法固定在一起，這是解決頻率響應(yīng)最好的方法。但是，這對(duì)軸承的振動(dòng)測(cè)量來說，幾乎 是不可能的?，F(xiàn)在解決的辦法在加速度傳感器和被測(cè)軸承外圈間增加一個(gè)傳振桿，和加速 度傳感器一起構(gòu)成整個(gè)儀器的傳感器部件。為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，考慮這種剛性傳遞環(huán) 節(jié)的出發(fā)點(diǎn)是在測(cè)量過程中要求傳振桿與軸承外圈在任何情況下不發(fā)生相脫離現(xiàn)象。為 此，測(cè)量端子對(duì)工件表面必須有足夠的壓力。
[0038] 依據(jù)公式(2)可知傳振桿與軸承外圈不產(chǎn)生相脫離現(xiàn)象的條件是：
[0039] P > me ω 2sin( ω t) (2)
[0040] 式中Ρ--預(yù)緊力，Ν;
[0041] m--運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量，g;
[0042] e--預(yù)緊力最大偏心量，mm;
[0043] ω--軸承振動(dòng)角頻率，rad/s;
[0044] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在預(yù)緊力達(dá)到足夠大之后，傳感器的測(cè)值將穩(wěn)定的保持在一定的 水平平直區(qū)。由于對(duì)于本發(fā)明中的參數(shù)并不能準(zhǔn)確測(cè)量，因此我們擬通過實(shí)驗(yàn)確定傳感器 的最佳預(yù)緊力。綜上所述，高速軸承振動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的主要技術(shù)指標(biāo)如表1-1所示：
[0045] 表1-1高速軸承振動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)
[0046]
[0047]動(dòng)力系統(tǒng)是為軸承提供動(dòng)力，考慮到高速條件下傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)較大以及設(shè)計(jì)的 困難程度，本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)主軸5采用高精密電主軸直接為軸承提供動(dòng)力，變頻器對(duì)電主軸 進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。驅(qū)動(dòng)主軸5的型號(hào)為DGZ-60E型電主軸，為了測(cè)量軸承在不同轉(zhuǎn)速條件下的 振動(dòng)信號(hào)，需要對(duì)驅(qū)動(dòng)主軸5進(jìn)行變頻調(diào)速。在選擇變頻器的時(shí)候，考慮到工作的穩(wěn)定性，需 要給一定的富余量。選擇VFD075V43A-2型變頻器。
[0048]本發(fā)明中軸向加載裝置2的設(shè)置既能保證加載力的大小，又需要保證加載力的方 向。軸向加載裝置2為現(xiàn)有購(gòu)買的成品件，軸向加載裝置2包括加載彈簧2-1、緊固螺母2-2、 加載盤2-3、柔性爪2-4、加載底座2-5和加載手柄2-6,利用加載彈簧2-1產(chǎn)生的彈性力通過 加載盤2-3和柔性爪2-4傳遞給試驗(yàn)軸承4,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)軸承4的加載。加載力的大小通 過加載手柄2-6取決于加載彈簧2-1的剛度及加