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    重庆时时彩百位走势: 一种滚动轴承高速振动测量设备.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201511019610.7

    申请日:

    2015.12.29

    公开号:

    CN105606192A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||著录事项变更IPC(主分类):G01H 1/00变更事项:发明人变更前:王黎钦 古乐 侯萍萍 柏迎村 雷军变更后:王黎钦 古乐 侯萍萍 柏迎村 雷群|||专利申请权的转移IPC(主分类):G01H 1/00登记生效日:20160729变更事项:申请人变更前权利人:哈尔滨工业大学变更后权利人:哈尔滨工业大学变更事项:地址变更前权利人:150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号变更后权利人:150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号变更事项:申请人变更后权利人:广州市昊志机电股份有限公司|||实质审查的生效IPC(主分类):G01H 1/00申请日:20151229|||公开
    IPC分类号: G01H1/00 主分类号: G01H1/00
    申请人: 哈尔滨工业大学
    发明人: 王黎钦; 古乐; 侯萍萍; 柏迎村; 雷军
    地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
    优先权:
    专利代理机构: 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 代理人: 迟芳
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201511019610.7

    授权公告号:

    ||||||||||||

    法律状态公告日:

    2018.11.13|||2016.10.05|||2016.08.17|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||著录事项变更|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种滚动轴承高速振动测量设备,它涉及一种振动测量设备。现有轴承检测均是低速检测,而轴承实际工作状态通常是在高速下运行,目前低速检测手段无法满足对轴承实际性能的掌握,检测数据无法满足实际工作需要。本发明包括试验台、轴向加载装置、传感器定位装置、驱动主轴和总底座,总底座水平设置,试验台设置在总底座上,传感器定位装置设置在试验台上,传感器定位装置的一侧设置有轴向加载装置,传感器定位装置的另一侧设置有驱动主轴;试验轴承套装在驱动主轴上且该试验轴承通过轴向加载装置顶紧在驱动主轴上,传感器组件的检测头与试验轴承的外圈相贴紧。本发明用于轴承检测工作中。

    权利要求书

    1.一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:它包括试验台(1)、轴向加载装置
    (2)、传感器定位装置(3)、驱动主轴(5)和总底座(7),所述总底座(7)水平设置,
    所述试验台(1)设置在总底座(7)上,所述传感器定位装置(3)设置在试验台(1)上,
    所述传感器定位装置(3)的一侧设置有轴向加载装置(2),所述传感器定位装置(3)的
    另一侧设置有驱动主轴(5);
    所述传感器定位装置(3)包括定位底座(3-1)、定位梁(3-2)、横梁(3-3)、丝杠(3-4)、
    传感器组件(3-5)和两个光杆(3-6),所述定位底座(3-1)固定连接在试验台(1)上,
    两个光杆(3-6)并列竖直设置在定位底座(3-1)上,所述横梁(3-3)与定位底座(3-1)
    相平行且所述横梁(3-3)的底部与两个光杆(3-6)的顶端固定连接,所述两个光杆(3-6)
    上套装有定位梁(3-2),所述定位梁(3-2)沿光杆(3-6)的长度方向上下往复移动,所述
    定位梁(3-2)上穿设有竖直设置的丝杠(3-4),所述定位梁(3-2)上设置有传感器组件(3-5),
    试验轴承(4)位于定位底座(3-1)和定位梁(3-2)之间,所述试验轴承(4)套装在驱动
    主轴(5)上且该试验轴承(4)通过轴向加载装置(2)顶紧在驱动主轴(5)上,所述传
    感器组件(3-5)的检测头与试验轴承(4)的外圈相贴紧。
    2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:所述传感器
    定位装置(3)还包括锁紧手柄(3-7),锁紧手柄(3-7)位于横梁(3-3)的顶面上且其平
    头螺栓朝向丝杠(3-4)设置。
    3.根据权利要求2所述的一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:所述传感器
    定位装置(3)还包括两个滑动轴承(3-8),所述定位梁(3-2)沿其厚度方向加工有两个通
    孔,每个通孔内设置有一个滑动轴承(3-8),滑动轴承(3-8)与光杆(3-6)一一对应设置,
    每个光杆(3-6)穿设在其对应的滑动轴承(3-8)上,所述定位梁(3-2)通过两个滑动轴
    承(3-8)与两个光杆(3-6)滑动配合。
    4.根据权利要求3所述的一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:所述传感器
    定位装置(3)还包括首轮(3-8),所述首轮(3-8)套装在丝杠(3-4)的顶端,所述首轮
    (3-8)上加工有刻度。
    5.根据权利要求1或4所述的一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:所述一
    种滚动轴承高速振动测量设备还包括电主轴冷却系统,所述电主轴冷却系统设置在试验台
    (1)的外部并与驱动主轴(5)相连接。
    6.根据权利要求5所述的一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:所述一种滚
    动轴承高速振动测量设备还包括多个减震器(6),所述试验台(1)内为空心结构,所述多
    个减震器(6)排列在试验台(1)内。
    7.根据权利要求6所述的一种滚动轴承高速振动测量设备,其特征在于:所述一种滚
    动轴承高速振动测量设备还包括防护罩,所述防护罩罩在试验台(1)上,所述轴向加载装
    置(2)、传感器定位装置(3)和驱动主轴(5)均位于防护罩内。

    说明书

    一种滚动轴承高速振动测量设备

    技术领域

    本发明涉及一种振动检测设备,属于机械工件检测技术领域。

    背景技术

    数控机床和基础制造设备是装备制造业的“工作母机”,一个国家的机床行业技术水
    平和产品质量,是衡量其装备制造业发展水平的重要标志。目前,为获得更高的生产效率、
    更高的加工质量,广泛应用高速加工技术,而实现加工机床的高速化、高可靠性、高精度
    的关键部件是电主轴,实现电主轴高速化的关键部件是轴承,目前脂润滑磨削类电主轴的
    dm·n值已高达1.56×106mmr/min,这对脂润滑轴承的使用性能有很高的要求。脂润滑
    在出厂时经过了标准轴承振动试验台的检测,在实际高速使用过程中,主轴出现早期的主
    轴振动过大,使用过程中寿命远小于理论使用寿命。因此针对在高转速和低转速的情况下,
    轴承表现出不同的振动行为,即使用标准轴承振动测量仪测得的低速振动的性能结果不能
    代表高速的使用情况。

    发明内容

    本发明目的是为解决现有轴承检测均是低速检测,而轴承实际工作状态通常是在高速
    下运行,目前低速检测手段无法满足对轴承实际性能的掌握,检测数据无法满足实际工作
    需的问题,进而提供了一种滚动轴承高速振动测量设备。

    本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:

    一种滚动轴承高速振动测量设备,它包括试验台、轴向加载装置、传感器定位装置、
    驱动主轴和总底座,所述总底座水平设置,所述试验台设置在总底座上,所述传感器定位
    装置设置在试验台上,所述传感器定位装置的一侧设置有轴向加载装置,所述传感器定位
    装置的另一侧设置有驱动主轴;

    所述传感器定位装置包括定位底座、定位梁、横梁、丝杠、传感器组件和两个光杆,
    所述定位底座固定连接在试验台上,两个光杆并列竖直设置在定位底座上,所述横梁与定
    位底座相平行且所述横梁的底部与两个光杆的顶端固定连接,所述两个光杆上套装有定位
    梁,所述定位梁沿光杆的长度方向上下往复移动,所述定位梁上穿设有竖直设置的丝杠,
    所述定位梁上设置有传感器组件,试验轴承位于定位底座和定位梁之间,所述试验轴承套
    装在驱动主轴上且该试验轴承通过轴向加载装置顶紧在驱动主轴上,所述传感器组件的检
    测头与试验轴承的外圈相贴紧。

    本发明与现有技术相比的优点:

    1、目前各大轴承生产厂商配备的轴承振动测量仪主要有两种:一是轴承振动加速度
    测量仪,以S0910系列为代表;二是轴承振动速度测量仪,以BTV系列为代表。本发明
    为一种滚动轴承高速振动测量设备,本发明是以S0910系列为基础而研制,既能满足现
    行国家标准下对轴承的振动检测,又能扩展试验条件,检测高速工况条件下轴承的振动。

    2、本发明检测的指标包括测量轴承尺寸范围、振动测值范围、主轴转速、频带范围、
    轴向加载、传感器预紧力。建立高速轴承振动测量试验台按照国家标准的要求,兼顾实际
    使用需求设计相关指标,既能满足国家标准对轴承振动测量仪的规定,又能检测轴承在高
    速运转下的振动。

    3、本发明使用灵活,适用范围广,样品试验中测量轴承尺寸范围限制为内径为Φ
    17mm的滚动轴承。当有其他型号轴承的振动测量需求,只需更换驱动主轴中的芯轴即可。

    4、本发明中轴向加载装置和驱动主轴之间配合设置实现对试验轴承的固定工作,传
    感器定位装置实现对试验轴承的检测工作。其中传感器定位装置中传感器组件的频率响应
    范围最高能够达到20KHz。

    附图说明

    图1是本发明的主视结构示意图;

    图2是传感器定位装置3的主视结构示意图;

    图3是图2的俯视结构示意图;

    图4是传感器组件3-5的主视结构剖面图;

    图5是轴向加载装置2的主视结构示意图;

    图6是轴向加载装置2的俯视结构剖面图;

    图7是轴承的打滑率随轴向力的变化的曲线图;

    图8是不同预紧力下轴承的振动幅值的分布图;

    图9是标准轴承振动测量仪的振动检测结果柱状图;

    图10是标准轴承振动测量仪的振动等级评价柱状图;

    图11是本发明的振动检测结果的柱状图;

    图12是本发明的试验轴承振动等级评价柱状图;

    图13是本发明两次振动检测的对比分析图。

    具体实施方式

    具体实施方式一:下面结合图1至图13说明本实施方式,本实施方式包括试验台1、
    轴向加载装置2、传感器定位装置3、驱动主轴5和总底座7,所述总底座7水平设置,
    所述试验台1设置在总底座7上,所述传感器定位装置3设置在试验台1上,所述传感器
    定位装置3的一侧设置有轴向加载装置2,所述传感器定位装置3的另一侧设置有驱动主
    轴5;

    所述传感器定位装置3包括定位底座3-1、定位梁3-2、横梁3-3、丝杠3-4、传感器
    组件3-5和两个光杆3-6,所述定位底座3-1固定连接在试验台1上,两个光杆3-6并列
    竖直设置在定位底座3-1上,所述横梁3-3与定位底座3-1相平行且所述横梁3-3的底部
    与两个光杆3-6的顶端固定连接,所述两个光杆3-6上套装有定位梁3-2,所述定位梁3-2
    沿光杆3-6的长度方向上下往复移动,所述定位梁3-2上穿设有竖直设置的丝杠3-4,所
    述定位梁3-2上设置有传感器组件3-5,试验轴承4位于定位底座3-1和定位梁3-2之间,
    所述试验轴承4套装在驱动主轴5上且该试验轴承4通过轴向加载装置2顶紧在驱动主轴
    5上,所述传感器组件3-5的检测头与试验轴承4的外圈相贴紧。

    本发明是在参照S0910-II和BVT-1A轴承振动测量仪的基础上,以《GB/T24610-2009
    滚动轴承振动测量方法》和《JB/T5314-2002滚动轴承振动加速度测量方法》两个标准中
    对轴承振动测量装置各项性能要求的出发点为指导原则,充分考虑高速工况条件并满足主
    要技术指标要求的方案。为提高轴承振动试验台的转速使用范围,目前限定的最高使用转
    速为60000r/min,分析高速电主轴脂润滑轴承振动特征必须能达到实际的转速要求,在工
    况速度条件下测量轴承振动,为高速轴承振动特征研究提供可靠数据支持。因此本发明中
    驱动主轴5的最高转速为60000r/min。

    查询国家标准《JB/T7047-2006滚动轴承深沟球轴承振动加速度技术条件》,规定
    7003C型号轴承的加速度级限值为46dB、加速度级峰值限值为51dB。根据公式(1):

    L = 20 lg a a 0 - - - ( 1 ) ]]>

    式中L——振动加速度等级,单位为dB;

    a——某一频率范围内的振动加速度均方根值或轴承振动加速度峰值,单位为
    m/s2;

    a0——参考加速度,值为9.81×103m/s2;

    转换即为加速度级限值为0.2g、加速度级峰值限值为0.355g。试验过程中,随着转速
    的增加,轴承的振动会有一定增幅;但是考虑到测量的精确性,也不宜选用过大的量程,
    综合考虑最后选用最大测量值为10g即80dB的压电式加速度型传感器。本发明的测量范
    围为10g。

    根据国家标准规定的频率范围为50~10000Hz,但是在10000~20000Hz之间还存在许
    多不容忽视的振动信息。市场上一般压电加速度传感器的频率响应范围能达到18kHz,到
    20kHz的压电加速度传感器需定制且有一定的难度。高冲击的压电加速度传感器的频率响
    应范围虽然能高达60kHz,但是其测量范围亦达1000g,量程远远超过轴承的振动范围,
    带来的损失便是传感器的灵敏度大打折扣。因此,本发明综合设定频带范围为
    50~20000Hz。

    本发明在测振过程中,为了限定轴承的运动学条件,一般应对轴承施加一定的载荷。
    所施加的载荷应适当,防止滚动体相对内、外套圈滚道打滑但又不致引起变形而影响测量
    结果。对于7003C轴承,国标规定的轴向载荷的设定值在90-110N之间。计算轴承在
    1500rpm和100N条件下的打滑率为0。转速设为60000rpm、径向力为8N,根据说明书
    附图7可以看出轴承的打滑率虽然有些许变化,但是几乎都为0??杉嵯蚣釉亓Φ姆段?br />只要保证能够限定轴承外圈的运动即可。因此本发明的轴向加载力为50-100N。

    关于传感器组件3-5的传感器预紧力的说明如下:

    在任何振动测量中,最妥善的测量过程是将加速度传感器与被测物体以刚性联接的方
    法固定在一起,这是解决频率响应最好的方法。但是,这对轴承的振动测量来说,几乎是
    不可能的。现在解决的办法在加速度传感器和被测轴承外圈间增加一个传振杆,和加速度
    传感器一起构成整个仪器的传感器部件。为了保证测量的准确性,考虑这种刚性传递环节
    的出发点是在测量过程中要求传振杆与轴承外圈在任何情况下不发生相脱离现象。为此,
    测量端子对工件表面必须有足够的压力。

    依据公式(2)可知传振杆与轴承外圈不产生相脱离现象的条件是:

    P≥meω2sin(ωt)(2)

    式中P——预紧力,N;

    m——运动系统的质量,g;

    e——预紧力最大偏心量,mm;

    ω——轴承振动角频率,rad/s;

    实验结果表明:在预紧力达到足够大之后,传感器的测值将稳定的保持在一定的水平
    平直区。由于对于本发明中的参数并不能准确测量,因此我们拟通过实验确定传感器的最
    佳预紧力。综上所述,高速轴承振动检测试验台的主要技术指标如表1-1所示:

    表1-1高速轴承振动检测试验台主要技术指标


    动力系统是为轴承提供动力,考虑到高速条件下传动系统的振动较大以及设计的困难程
    度,本发明中的驱动主轴5采用高精密电主轴直接为轴承提供动力,变频器对电主轴进行
    无级调速。驱动主轴5的型号为DGZ-60E型电主轴,为了测量轴承在不同转速条件下的
    振动信号,需要对驱动主轴5进行变频调速。在选择变频器的时候,考虑到工作的稳定性,
    需要给一定的富余量。选择VFD075V43A-2型变频器。

    本发明中轴向加载装置2的设置既能保证加载力的大小,又需要保证加载力的方向。
    轴向加载装置2为现有购买的成品件,轴向加载装置2包括加载弹簧2-1、紧固螺母2-2、
    加载盘2-3、柔性爪2-4、加载底座2-5和加载手柄2-6,利用加载弹簧2-1产生的弹性力
    通过加载盘2-3和柔性爪2-4传递给试验轴承4,进而实现对试验轴承4的加载。加载力
    的大小通过加载手柄2-6取决于加载弹簧2-1的刚度及加载弹簧2-1的压缩量,而且可以
    通过调节紧固螺母2-2来调节。加载弹簧2-1的弹性力将轴向负荷传递给试验轴承4。

    本发明中的传感器组件3-5为现有构件,其为AD500T-DIEPE型压电加速度传感器。
    传感器定位装置3是以传感器组件3-5的检测头为中心定位,因此传感器组件3-5的位置
    调整装置仅仅改变其竖直位置,进行上下移动即可。采用两个光杆3-6作为调整定位梁
    3-2的导轨;丝杠3-4为较大刚度丝杠,其设置实现定位梁3-2的上下移动。

    本发明还配套有测量系统,该测量系统为DH5909动态信号分析仪,传感器组件3-5
    的型号为IEPE加速度传感器,该动态信号分析仪能够与IEPE加速度传感器配套使用,
    单通道能够实现102.4kHz的频率采样,完全能够满足试验要求。

    具体实施方式二:结合图1、图2和图3说明本实施方式,本实施方式中所述传感器
    定位装置3还包括锁紧手柄3-7,锁紧手柄3-7位于横梁3-3的顶面上且其平头螺栓朝向
    丝杠3-4设置。

    本实施方式中锁紧手柄3-7安装在横梁3-3的顶面上,当定位梁3-2调整好位置后通
    过锁紧手柄3-7的平头螺栓顶住丝杠3-4,起到锁定丝杠3-4的作用,从而防止定位梁3-2
    的上下窜动,有利于提高传感器定位装置3定位及检测的准确性。其他未提及的结构及连
    接关系与具体实施方式一相同。

    具体实施方式三:结合图2说明本实施方式,本实施方式中:所述传感器定位装置3
    还包括两个滑动轴承3-8,所述定位梁3-2沿其厚度方向加工有两个通孔,每个通孔内设
    置有一个滑动轴承3-8,滑动轴承3-8与光杆3-6一一对应设置,每个光杆3-6穿设在其
    对应的滑动轴承3-8上,所述定位梁3-2通过两个滑动轴承3-8与两个光杆3-6滑动配合。
    其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式二相同。

    具体实施方式四:结合图1、图2和图3说明本实施方式,本实施方式中所述传感器
    定位装置3还包括首轮3-8,所述首轮3-8套装在丝杠3-4的顶端,所述首轮3-8上加工
    有刻度。

    本实施方式中带有刻度的首轮3-8能够清楚的指示定位梁3-2上下移动的位移,从而
    更好的辅助传感器组件3-5实现试验轴承4的检测工作。其他未提及的结构及连接关系与
    具体实施方式三相同。

    具体实施方式五:本实施方式为具体实施方式一或四作出进一步的说明,本实施方式
    中所述一种滚动轴承高速振动测量设备还包括电主轴冷却系统,所述电主轴冷却系统设置
    在试验台1的外部并与驱动主轴5相连接。

    本实施方式中电主轴冷却系统为现有设备,由于驱动主轴5在高速旋转时会产生大量
    的热量,这些热量使驱动主轴5得温度快速上升,如果不能及时转移这些热量,驱动主轴
    5内部的零件将会受到影响,导致动主轴5的使役性能及使用寿命都明显下降。因此配备
    电主轴冷却系统,保证驱动主轴5的工作温度在可控的范围内稳定的运转,电主轴冷却系
    统的具体指标见表1-2所示。

    表1-2电主轴冷却系统的各项参数


    具体实施方式六:结合图1说明本实施方式,本实施方式中所述一种滚动轴承高速振
    动测量设备还包括多个减震器6,所述试验台1内为空心结构,所述多个减震器6排列在
    试验台1内。

    本发明是为了测量轴承外圈的振动而建立起来的。试验轴承4是直接安装在驱动主轴
    5前端的心轴上,并由轴向加载装置2固定传感器组件3-5的检测头也以一定的压力抵在
    轴承的外圈上。于是,高速轴承振动的测量就会受到驱动主轴5、轴向加载装置2、传感
    器组件3-5以及外界环境等因素的影响。为了达到最精准的测量精度,对于除轴承自身以
    外的其他振源包括驱动主轴5和外界环境的振动等要进行有效的隔振措施。

    第一,驱动主轴5高速旋转会引起较大的振动,此振源会引起加载装置以及传感器组
    件的振动,进而耦合到轴承振动测量中,因此必须将驱动主轴5与加载系统和传感器组件
    分离开。设计时采用两块实验台面,加载装置和传感器组件安置在一块台面上,驱动主轴
    5通过主轴座单独安置在另外一块台面上,这样就隔离了驱动主轴5与加载装置和传感器
    组件之间的振动耦合,避免了由此引起的振动测量精度的损失,很大程度的增加了轴承振
    动测量精度。

    第二,外界环境对振动测量的影响也不容小视。为了减小周围环境的影响,首先利用
    实验室一台异常笨重的构件作为实验台的台架,其次是在试验台1中安放多个减震器6,
    如8个E-60减震器,笨重的试验台1能够有效地减轻外界振动的干扰;而减震器能够进
    一步阻止外界振动的传递,隔绝环境的影响。其它未提及的结构与具体实施方式五相同。

    具体实施方式七:本实施方式为具体实施方式六作出进一步的说明,本实施方式中所
    述一种滚动轴承高速振动测量设备还包括防护罩,所述防护罩罩在试验台1上,所述轴向
    加载装置2、传感器定位装置3和驱动主轴5位于防护罩内。

    本实施方式中的防护罩为一种防护措施,保障实验的安全性。防护罩的设计不能对轴
    承的振动产生影响。防护罩由亚克力板直接粘接而成,将轴向加载装置2、传感器定位装
    置3和驱动主轴5全部罩住,形成对试验轴承4的包围,保证试验的安全性。

    结合本发明的有益效果说明一下实施例:

    实施例一:利用标准轴承检测仪进行振动检测

    利用S0910-Ⅱ轴承振动加速度测量仪对29套试验轴承进行标准振动检测,三次振动
    检测结果如图9所示,轴承振动等级评价如图10所示。

    对经过标准轴承振动测量仪检测的29套轴承,采用完全相同的测试条件和测试方法,
    利用本发明再次检测,三次振动检测结果图11所示,轴承振动等级评价如图12所示。

    通过对比可知,本发明建立旨在覆盖标准轴承振动测量仪的基础上,能够提供更高的
    速度条件,测量轴承在不同转速条件下的振动数据29套试验轴承分别经过S0910-Ⅱ型轴
    承振动加速度测量仪和滚动轴承高速振动测量设备的检测,对比分析两次振动检测和等级
    评价的区别,根据说明书附图13可知,两次测量结果存在一定的波动。按照现行标准对
    被测轴承进行振动等级的评价时发现11#、13#、16#、18#、22#和27#轴承两次检测结果
    存在差异,但仍分布在两个相邻的等级范围,因此,认为滚动轴承高速振动测量设备在标
    准规定速度条件下对轴承进行振动检测的结果与标准轴承振动测量仪检测结果是相吻合
    的。

    综合上述分析,本发明能够满足对同一轴承的多次重复性检测,且检测结果与标准轴
    承振动测量仪的检测结果具有一致性,可以满足对出厂轴承日常的检测要求。

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    一种 滚动轴承 高速 振动 测量 设备
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