超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)械動(dòng)力學(xué)與振動(dòng)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，正常工況下，高速滾動(dòng)軸承失效的主要原因已不再是疲勞剝落，而是占總失效率70%以上的表面損傷和腐蝕。常見(jiàn)的故障主要有高速輕載打滑蹭傷、高溫卡死、保持架斷裂、磨損等。僅靠提高軸承零件的精度如圓度、波紋度和粗糙度等并不能有效改善上述問(wèn)題。
[0003]高速精密滾動(dòng)軸承中的微型圓柱滾子直徑彡10mm、長(zhǎng)徑比接近1: 1、質(zhì)量3_5g、不平衡質(zhì)量< 10mg、表面光滑且驅(qū)動(dòng)難度大。具有不平衡量的微型軸承滾子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性的離心力，這會(huì)在軸承滾道表面產(chǎn)生附加的動(dòng)壓力，影響滾道的接觸應(yīng)力，加劇滾子的公轉(zhuǎn)打滑、自傳滑動(dòng)，加快滾子表面磨損，對(duì)保持架造成沖擊，激勵(lì)保持架產(chǎn)生共振，會(huì)導(dǎo)致保持架疲勞破壞，惡化軸承潤(rùn)滑狀態(tài)。因此，需開(kāi)對(duì)以微型圓柱滾子為代表的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡檢測(cè)方法進(jìn)行研究。
[0004]為測(cè)量擺架在超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生的微弱擺架振動(dòng)，現(xiàn)有的測(cè)量方法是將速度傳感器直接安裝于擺架之上進(jìn)行測(cè)量，但該方法造成擺架附加質(zhì)量較大，無(wú)法滿足超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量的測(cè)量要求。授權(quán)公告號(hào)為CN203083773U的專利文件公開(kāi)了一種超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)量設(shè)備，該設(shè)備采用基于激光測(cè)距原理的非接觸方式測(cè)量超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量(如圖1所示)，在支承待測(cè)超微型轉(zhuǎn)子的支承裝置上設(shè)置阻尼裝置，通過(guò)調(diào)整阻尼大小調(diào)整系統(tǒng)共振時(shí)的放大因子，使支承裝置變?yōu)榇郎y(cè)超微型轉(zhuǎn)子不平衡量的機(jī)械放大器，即將待測(cè)超微型轉(zhuǎn)子的微小不平衡量引起的測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)放大，通過(guò)激光測(cè)距傳感器測(cè)量其振動(dòng)位移，實(shí)現(xiàn)了在較低的轉(zhuǎn)速下對(duì)超微型轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡的測(cè)量。由于采用了非接觸式的激光測(cè)距傳感器，減小了動(dòng)平衡測(cè)量系統(tǒng)的附加質(zhì)量。
[0005]但是，由于激光測(cè)距傳感器測(cè)量范圍較小，超微型轉(zhuǎn)子擺架剛度較小，且實(shí)際測(cè)量過(guò)程中擺架振動(dòng)位移較大，因此很容易超出測(cè)量范圍。同時(shí)，由于激光測(cè)距傳感器體積較大，因此，僅能在振動(dòng)的一側(cè)進(jìn)行測(cè)量，造成測(cè)量結(jié)果不精確。另外，激光測(cè)距傳感器成本較高，不利于系統(tǒng)的更換與推廣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量測(cè)量的測(cè)量容易超出測(cè)量范圍的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案包括:
[0008]超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，包括支承平臺(tái)，支承平臺(tái)上設(shè)有用于卡裝待測(cè)滾子的裝卡結(jié)構(gòu)，支承平臺(tái)支承設(shè)置在彈性支承件上；所述支承平臺(tái)上設(shè)有加速度傳感器，加速度傳感器通過(guò)導(dǎo)線用于與振動(dòng)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)相連。
[0009]所述加速度傳感器是MEMS傳感器。
[0010]所述支承平臺(tái)包括一個(gè)滾子支承板，所述裝卡結(jié)構(gòu)為在滾子支承板中心部位對(duì)向固定設(shè)置的四個(gè)檔止桿；所述檔止桿為三棱柱，其中一條棱用于與待測(cè)滾子接觸。
[0011]所述滾子支承板為矩形電路板，所述矩形電路板兩端分別設(shè)置有加速度傳感器，所述兩個(gè)加速度傳感器的連線方向與滾子滾動(dòng)方向一致。
[0012]所述電路板上前后對(duì)稱開(kāi)有若干個(gè)圓孔。
[0013]所述彈性支承件固定安裝在擺架底座上；所述擺架底座上設(shè)置有擋止固定桿，所述擋止固定桿的端部設(shè)置一個(gè)用于向待測(cè)滾子伸出的、限制其徑向動(dòng)作的滾子檔止。
[0014]所述加速度傳感器導(dǎo)線為軟細(xì)線。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果是:通過(guò)設(shè)置在支承平臺(tái)上的加速度傳感器進(jìn)行超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量的測(cè)量，使得測(cè)量范圍較激光測(cè)位移傳感器更寬，測(cè)量過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)振幅過(guò)大而超出測(cè)量范圍。
[0016]在振動(dòng)的兩側(cè)安裝加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，使得測(cè)量結(jié)果更加精確。
[0017]將集成了加速度傳感器的電路板直接作為超微型轉(zhuǎn)子測(cè)試擺架中的微型轉(zhuǎn)子支承面，能夠顯著減少擺架質(zhì)量。
[0018]MEMS加速度傳感器為慣性傳感器，可直接安裝在擺架上，沒(méi)有安裝距離等要求，可彌補(bǔ)采用轉(zhuǎn)速傳感器和激光位移傳感器在超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量測(cè)量中的不足。與基于激光測(cè)距原理的測(cè)量方法相比避免了測(cè)試前的激光對(duì)焦操作，具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量生產(chǎn)、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。采用MEMS傳感器所獲信號(hào)為擺架振動(dòng)加速度值，通過(guò)積分可以得到擺架的振動(dòng)速度或振動(dòng)位移，并可根據(jù)需要按照加速度、速度或位移解算不平衡量。且系統(tǒng)平衡轉(zhuǎn)速越高，加速度數(shù)值越為敏感、對(duì)測(cè)量越為有利。
[0019]采用兩根軟細(xì)線將傳感器信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以避免電纜彈性對(duì)擺架振動(dòng)特性的干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)量裝備的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的零件爆炸示意圖；
[0023]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的轉(zhuǎn)子支承平面的底部視圖；
[0024]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的MEMS電路板靜力學(xué)分析圖；
[0025]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的MEMS電路板第一彈性應(yīng)變分析圖；
[0026]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的MEMS電路板第二彈性應(yīng)變分析圖；
[0027]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的MEMS電路板第一振動(dòng)模態(tài)分析圖；
[0028]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的MEMS電路板第二振動(dòng)模態(tài)分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0030]如圖2-4所示，本實(shí)用新型的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架包括:滾子擋止1，滾子支承座2，MEMS電路板即滾子支承板3，MEMS傳感器導(dǎo)線4，MEMS傳感器5，擺架彈性支桿6，擺架底座7，擋止固定桿定位螺栓8，擋止固定桿9，滾子擋止固定螺母10。
[0031]其中，擺架底座7固定于測(cè)試系統(tǒng)平面上，其上表面設(shè)置有4個(gè)用于安裝擺架彈性支桿6的安裝孔和I個(gè)用于固定L型擋止固定桿9的定位孔，4根擺架彈性支桿6底部粘連安裝于擺架底座7上。MEMS電路板3采用電焊方式將其焊接于彈性支桿6的頂部作為被測(cè)滾子支承板，在該電路板上前后對(duì)稱開(kāi)有數(shù)個(gè)圓孔以減少擺架整體質(zhì)量。將兩個(gè)MEMS加速度傳感器5焊接于MEMS電路板3下表面，并用MEMS傳感器導(dǎo)線4將其與振動(dòng)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)相連。在MEMS電路板3上表面中心處對(duì)向固定設(shè)置四個(gè)三棱柱擋止桿構(gòu)成滾子支承座2，所述滾子支承座2用于盛放待測(cè)滾子。采用定位螺栓8將擋止固定桿9固定安裝于擺架底座7上表面，滾子擋止I穿過(guò)擋止固定桿9頂端處的過(guò)孔并調(diào)整至適當(dāng)高度，之后用擋止固定螺母10將其從擋止固定桿兩側(cè)夾緊固定，以防止測(cè)試過(guò)程中滾子高速轉(zhuǎn)動(dòng)飛離擺架。
[0032]在上述實(shí)施例中，所述加速度傳感器是MEMS傳感器，作為其他實(shí)施方式，所述加速度傳感器為其他加速度傳感器。
[0033]在上述實(shí)施例中，所述裝卡結(jié)構(gòu)為在滾子支承板中心部位對(duì)向固定設(shè)置的四個(gè)三棱柱擋止桿。作為其他實(shí)施方式，所述支承平臺(tái)為V形的支承塊。
[0034]在上述實(shí)施例中，所述滾子支承板為矩形電路板，將加速度傳感器及其外圍電阻集成，能夠有效減少支承平臺(tái)的重量，提高系統(tǒng)的靈敏度。同時(shí)，在電路板下表面沿滾子滾動(dòng)的方向設(shè)置有兩個(gè)加速度傳感器，使得檢測(cè)結(jié)果更加精確，還能保證電路板兩端的重量平衡。作為其他實(shí)施方式，所述加速度傳感器可以只設(shè)置一個(gè)。
[0035]在上述實(shí)施例中，所述加速度傳感器焊接在電路板上，能夠有效減小電路板質(zhì)量。作為其他實(shí)施方式，所述加速度傳感器采用插接的方式固定到在電路板上。
[0036]在上述實(shí)施例中，所述彈性支承件包括擺架底座，擺架底座上表面粘連有4根擺架彈性支桿。作為其他實(shí)施方式，所述彈性支承件是支承彈簧。
[0037]在上述實(shí)施例中，所述擺架底座上設(shè)置有擋止固定桿，所述擋止固定桿的端部設(shè)置有過(guò)孔，滾子擋止穿過(guò)孔并被定位螺栓固定。作為其他實(shí)施方式，所述擋止固定桿設(shè)置在支承平臺(tái)上。
[0038]在上述實(shí)施例中，所述加速度傳感器導(dǎo)線的軟細(xì)線是漆包線或者線芯等軟質(zhì)細(xì)線。能夠避免電纜彈性對(duì)擺架振動(dòng)特性的干擾。
[0039]為驗(yàn)證采用MEMS電路板3作為擺架支承平面對(duì)超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試未構(gòu)成影響，采用有限元分析電路板靜力學(xué)、彈性力學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性，請(qǐng)參閱圖5-圖9。圖5是MEMS電路板3的靜力學(xué)特性分析及總體變形情況，如圖所示，最大變形位置發(fā)生于電路板平面中央處顏色最深區(qū)域，最大變形0.21 μ m，說(shuō)明擺架并未發(fā)生明顯變形；圖6為MEMS電路板彈性變形應(yīng)變分析，最大應(yīng)變發(fā)生于彈性支桿固定安裝孔處，約為5.59X10 ?，因此彈性應(yīng)變影響可忽略不計(jì)；圖7為MEMS電路板整體等效彈性應(yīng)變分析，與圖6分析結(jié)果相近；圖8和圖9分別為MEMS電路板的一階和二階模態(tài)特性分析，如圖所示，MEMS電路板自身一階和二階共振頻率約為9.3ΚΗζ和14.6ΚΗζ，遠(yuǎn)高于測(cè)試過(guò)程中的平衡轉(zhuǎn)速且不會(huì)發(fā)生共振。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，包括支承平臺(tái)，支承平臺(tái)上設(shè)有用于卡裝待測(cè)滾子的裝卡結(jié)構(gòu)，支承平臺(tái)支承設(shè)置在彈性支承件上；其特征在于:所述支承平臺(tái)上設(shè)有加速度傳感器，加速度傳感器通過(guò)導(dǎo)線用于與振動(dòng)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，其特征在于:所述加速度傳感器是MEMS傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，其特征在于:所述支承平臺(tái)包括一個(gè)滾子支承板，所述裝卡結(jié)構(gòu)為在滾子支承板中心部位對(duì)向固定設(shè)置的四個(gè)檔止桿；所述檔止桿為三棱柱，其中一條棱用于與待測(cè)滾子接觸。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，其特征在于:所述滾子支承板為矩形電路板，所述矩形電路板兩端分別設(shè)置有加速度傳感器，所述兩個(gè)加速度傳感器的連線方向與滾子滾動(dòng)方向一致。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，其特征在于:所述電路板上前后對(duì)稱開(kāi)有若干個(gè)圓孔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，其特征在于:所述彈性支承件固定安裝在擺架底座上；所述擺架底座上設(shè)置有擋止固定桿，所述擋止固定桿的端部設(shè)置一個(gè)用于向待測(cè)滾子伸出的、限制其徑向動(dòng)作的滾子檔止。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架，其特征在于:所述加速度傳感器導(dǎo)線為軟細(xì)線。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)試擺架,包括支承平臺(tái)，支承平臺(tái)上設(shè)有用于卡裝待測(cè)滾子的裝卡結(jié)構(gòu)，支承平臺(tái)支承設(shè)置在彈性支承件上；所述支承平臺(tái)上設(shè)有加速度傳感器，加速度傳感器通過(guò)導(dǎo)線用于與振動(dòng)信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)相連。通過(guò)設(shè)置在支承平臺(tái)上的加速度傳感器進(jìn)行超微型轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量的測(cè)量，使得測(cè)量范圍較激光測(cè)位移傳感器更寬，測(cè)量過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)振幅過(guò)大而超出測(cè)量范圍。
【IPC分類】G01M1/16
【公開(kāi)號(hào)】CN204924564
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520677033
【發(fā)明人】隋新, 馬喜強(qiáng), 李濟(jì)順, 崔詠, 師樹(shù)謙, 方靖文, 馬偉, 薛玉君, 司東宏, 楊芳, 余永健, 李麗紅, 韓紅彪
【申請(qǐng)人】河南科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日