本發(fā)明涉及一種滾動軸承實驗臺，尤其涉及一種卡盤夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承故障模擬實驗臺。
背景技術(shù)：
滾動軸承是現(xiàn)代機械設(shè)備中一種非常重要的標準零件，其支撐著機械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)軸，并起著降低旋轉(zhuǎn)運動摩擦系數(shù)和保證回轉(zhuǎn)精度的作用。在很多情況下，滾動軸承運行環(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、礦山機械與汽車等；此外，滾動軸承還可能會運行于潤滑不良、異物侵入等惡劣工況下。這些因素使得滾動軸承容易出現(xiàn)點蝕、裂紋、磨損或者剝落等損傷，而滾動軸承損傷最終又會引發(fā)機械設(shè)備故障，其后果輕則使得設(shè)備停機，造成經(jīng)濟損失，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軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷方法，以提高機械設(shè)備的運行效率與生產(chǎn)效益。而為達到研究或者探索的目的，則通常需要構(gòu)建一套合適的滾動軸承故障模擬實驗臺。
滾動軸承安裝基本上都是外圈固定、內(nèi)圈可旋轉(zhuǎn)，但滾動軸承一旦安裝之后，安裝機構(gòu)就很難改變。由于滾動軸承的規(guī)格非常多，寬度與內(nèi)、外圈直徑不盡相同，設(shè)計加工出的一個特定安裝機構(gòu)通常只適用于某一規(guī)格的滾動軸承。這使得目前大多數(shù)的滾動軸承故障模擬實驗臺通常只能對某一規(guī)格的滾動軸承進行實驗。而若要在這些實驗臺上對其它規(guī)格的滾動軸承進行實驗，則需對滾動軸承的安裝機構(gòu)進行大幅度改動，時間與經(jīng)濟成本較高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有的滾動軸承故障模擬實驗臺難以對多規(guī)格滾動軸承進行實驗的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種卡盤夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承故障模擬實驗臺，本發(fā)明利用兩個可更換的頂軸和三爪卡盤的組合來對多規(guī)格的滾動軸承進行安裝，從而對滾動軸承進行故障模擬實驗，其結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
一種卡盤夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承故障模擬實驗臺，其特征在于：包括基座臺、驅(qū)動電機、第一套軸、第一頂軸、實驗滾動軸承、三爪卡盤、第二頂軸、第二套軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和磁粉制動器；第一頂軸的花鍵軸與第一套軸一端的花鍵孔配合，第二頂軸的花鍵軸與第二套軸一端的花鍵孔配合，第一頂軸、第二頂軸的階梯軸頂住實驗滾動軸承內(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)動電機伸出軸相連；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，矩轉(zhuǎn)速儀另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器與磁粉制動器伸出軸相連；三爪卡盤安裝在卡盤架上，三爪卡盤的卡爪夾緊實驗滾動軸承的外圈；驅(qū)動電機和第一帶座軸承安裝在驅(qū)動端底座上，第二帶座軸承、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和磁粉制動器安裝在加載端底座上，驅(qū)動端底座、卡盤架和加載端底座安裝在基座臺上。
進一步地，所述基座臺上加工有t形槽。
進一步地，所述驅(qū)動電機內(nèi)部安裝有光電編碼器。
進一步地，所述第一頂軸與所述第二頂軸階梯軸的直徑與所述實驗滾動軸承的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度之和小于所述實驗滾動軸承的寬度；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頂軸。
優(yōu)選地，所述實驗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、變頻器、控制單元、可編程邏輯控制器、第一工控機和張力控制器；整流模塊與變頻器連接，所述驅(qū)動電機連接到變頻器上，變頻器連接到控制單元上，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連接；張力控制器與所述磁粉制動器連接。
優(yōu)選地，所述實驗臺還包括測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括振動傳感器、光電隔離器、模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊、機箱和第二工控機；振動傳感器安裝在所述三爪卡盤的卡爪上，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模塊安裝在機箱上，機箱與第二工控機連接。
本發(fā)明具有的有益效果是：
1、兩個頂軸結(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)格的滾動軸承，三爪卡盤則可以夾持不同外徑規(guī)格的滾動軸承，因而實驗臺能夠?qū)Χ嘁?guī)格的滾動軸承進行實驗。
2、驅(qū)動端底座、卡盤架和加載端底座均可以在基座臺上沿著t形槽移動，因此能夠方便地安裝與拆卸實驗滾動軸承。
3、為滾動軸承狀態(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良好的實驗平臺。
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)明的實驗滾動軸承內(nèi)圈安裝的爆炸圖；
圖4是本發(fā)明的實驗滾動軸承內(nèi)圈安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；
圖6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)動電機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、實驗滾動軸承7、三爪卡盤8、第二頂軸9、第二套軸10、第二帶座軸承11、第二彈性聯(lián)軸器12、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13、第三彈性聯(lián)軸器14、磁粉制動器15、驅(qū)動端底座16、卡盤架17、加載端底座18、整流模塊19-1、變頻器19-2、控制單元19-3、可編程邏輯控制器19-4、第一工控機19-5、張力控制器19-6、振動傳感器20-1、光電隔離器20-2、模擬量輸入模塊20-3、數(shù)字量i/o模塊20-4、機箱20-5、第二工控機20-6。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
參照圖1~圖6，一種卡盤夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承故障模擬實驗臺，其特征在于：包括基座臺1、驅(qū)動電機2、第一套軸5、第一頂軸6、實驗滾動軸承7、三爪卡盤8、第二頂軸9、第二套軸10、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13和磁粉制動器15。
本實施例中，實驗滾動軸承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9階梯軸的直徑與實驗滾動軸承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驗滾動軸承7的寬度。第一頂軸6的花鍵軸與第一套軸5一端的花鍵孔配合，第二頂軸9的花鍵軸與第二套軸10一端的花鍵孔配合，第一頂軸6、第二頂軸9的階梯軸分別頂住實驗滾動軸承7內(nèi)圈的兩側(cè)。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)動電機2伸出軸相連；第二套軸10的另一端貫穿第二帶座軸承11，通過第二彈性聯(lián)軸器12與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13一端伸出軸相連，矩轉(zhuǎn)速儀13另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器14與磁粉制動器15伸出軸相連。驅(qū)動電機2為變頻調(diào)速三相異步電機，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)動電機2內(nèi)部還安裝有100線的測速用光電編碼器，以實現(xiàn)驅(qū)動電機2的閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13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。三爪卡盤8安裝在卡盤架17上，三爪卡盤8的卡爪夾緊實驗滾動軸承7的外圈。驅(qū)動電機2和第一帶座軸承4安裝在驅(qū)動端底座16上；第二帶座軸承11、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13和磁粉制動器15安裝在加載端底座18上；驅(qū)動端底座16、卡盤架17和加載端底座18通過螺栓安裝到基座臺1上的t形槽中。
實驗臺電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊19-1、變頻器19-2、控制單元19-3、可編程邏輯控制器19-4、第一工控機19-5和張力控制器19-6。電氣控制系統(tǒng)采用西門子sinamicss120伺服控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，其中整流模塊19-1選用額定功率為5kw的非調(diào)節(jié)電源模塊，變頻器19-2選用額定功率為2.7kw的單軸電機模塊，控制單元19-3選用cu320控制器。整流模塊19-1接入380v三相電，并與變頻器19-2連接，變頻器19-2通過drive-cliq電纜與驅(qū)動電機2連接，并通過drive-cliq電纜連接到控制單元19-3上，控制單元19-3通過以太網(wǎng)與可編程邏輯控制器19-4連接，可編程邏輯控制器19-4通過以太網(wǎng)與第一工控機19-5連接。驅(qū)動電機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)速進行旋轉(zhuǎn)。磁粉制動器15選用蘇州德斯特cz-1型號，額定轉(zhuǎn)矩為10nm；張力控制器19-6選用蘇州德斯特ktc800張力控制器，并接入220v單相電，然后與磁粉制動器15連接。張力控制器19-6控制磁粉制動器15輸出一個恒定轉(zhuǎn)矩，以實現(xiàn)實驗臺的加載。
實驗臺測試系統(tǒng)包括振動傳感器20-1、光電隔離器20-2、模擬量輸入模塊20-3、數(shù)字量i/o模塊20-4、機箱20-5和第二工控機20-6。其中，模擬量輸入模塊20-3選用ni9324數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)字量i/o模塊20-4選用ni9401數(shù)據(jù)采集卡，機箱20-5選用nicdaq-9132機箱。振動傳感器20-1安裝在三爪卡盤8的卡爪上，與模擬量輸入模塊20-3連接。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13經(jīng)由光電隔離器20-2與數(shù)字量i/o模塊20-4連接。模擬量輸入模塊20-3、數(shù)字量i/o模塊20-4安裝在機箱20-5上，機箱20-5與第二工控機20-6連接。測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件部分由第二工控機20-6上的nilabview編程實現(xiàn)。
本實施例中，實驗滾動軸承7的內(nèi)圈、外圈或者滾動體上可以通過人工的方法設(shè)置所要研究的點蝕、裂紋、磨損、剝落或者它們的組合等故障損傷。在實驗臺的運行過程中，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀13測量實驗臺的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，對實驗臺的工況進行監(jiān)測，振動傳感器20-1采集實驗滾動軸承7的振動數(shù)據(jù)。最后利用采集到的振動數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，可以對滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷方法進行研究與探索。
本實施例中實驗滾動軸承7可以更換為內(nèi)徑相同但外徑規(guī)格不同的深溝球軸承，如6206、6306深溝球軸承，此時第一頂軸6與第二頂軸9不需要更換。
本實施例中實驗滾動軸承7可以更換為其它內(nèi)徑規(guī)格的深溝球軸承，此時只需將第一頂軸6與第二頂軸9更換，更換后兩根新頂軸的花鍵軸尺寸與第一頂軸6或者第二頂軸9的相同，階梯軸直徑與更換后深溝球軸承的內(nèi)徑相同，階梯軸長度之和小于更換后深溝球軸承的寬度。
進一步地，本實施例中實驗滾動軸承7可以更換為其它類型的滾動軸承，如角接觸軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承等，此時只需將第一頂軸6與第二頂軸9更換成階梯軸直徑與更換后滾動軸承內(nèi)徑相同、階梯軸長度之和小于更換后滾動軸承寬度的兩根新頂軸。
以上實施例僅供說明本發(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。