一种变频电磁驱动的滚子-滚道失效原理试验装置

摘要

本发明提供一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，包括高刚度安装平台、内圈安装结构、外圈夹紧结构、交变电磁发生模块、高频转换模块、声发射检测模块和工控机。本发明使用高频交变电磁场中滚子受到磁力驱动在滚道上短程反复高速滚动的试验模式，相比传统电机驱动轴承一方面减小了电机成本，另一方面能够显著提高试验效率，同时试验过程中内、外圈能够随时快速拆卸，便于检验、记录试件失效过程数据。

权利要求

1.一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，其特征在于：包括高刚度安装平台、内圈安装结构、外圈夹紧结构、交变电磁发生模块、高频转换模块、声发射检测模块和工控机；其中，所述内圈安装结构定位安装于所述高刚度安装平台上，并通过电机控制其升降，被试轴承内圈试件的芯轴通过螺钉安装于内圈安装结构上；所述外圈夹紧结构经过高刚度安装平台上的引导槽调整至被试轴承外圈试件固定位置之后与所述高刚度安装平台通过螺栓固定，从而夹紧固定被试轴承外圈试件；所述交变电磁发生模块由两片呈一定角度布置的强磁电磁铁以及角度调整结构组成，安装于所述高刚度安装平台正下方；所述高频转换模块与所述交变电磁发生模块通过电缆相连；所述声发射检测模块用于检测被试轴承的声学信号，分析失效特征信号与演化规律；所述工控机控制所述交变电磁发生模块、高频转换模块、声发射检测模块的启停以及调幅、调频处理、存储所述声发射检测模块传回的声学信号；

所述高频转换模块将220V、50Hz交流电转换为1000Hz以上的高频电信号，并将其通过隔磁电缆传输给交变电磁发生模块，通过交变电磁发生模块中的一组强磁电磁铁转换为高频交变磁场，使被试轴承滚动体在磁场作用下沿着被试轴承内圈试件和被试轴承外圈试件共同组成的滚道向一侧滚动，当磁场交变换向后，被试轴承滚动体向另一侧滚动，从而实现反复滚动过程；

所述声发射检测模块由声发射传感器、非磁传声介质杆和信号调理仪组成，所述声发射传感器贴附安装于非磁传声介质杆上，非磁传声介质杆粘附在被试轴承外圈试件底端一侧上，同时声发射传感器与信号调理仪之间通过隔磁电缆连接，声发射传感器和信号调理仪通过信号传输线相连，信号调理仪内置于工控机。

2.根据权利要求1所述的变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，其特征在于：

所述高频转换模块与交变电磁发生模块通过隔磁电缆连接，且通过所述隔磁电缆接收来自工控机的控制信号。

3.根据权利要求1所述的变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，其特征在于：

所述内圈安装结构包括可升降立柱、电机、螺栓、轴套和小型轴承，所述可升降立柱通过电机驱动调节升降高度，用于调节和安装被试轴承；所述螺栓将小型轴承和轴套固定于可升降立柱上，与可升降立柱共同运动；所述小型轴承用于保证被试轴承内圈试件的自转自由度，使被试轴承滚动体在交变磁场作用下沿滚道反复运动时能够带动被试轴承内圈试件自转。

说明书

一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置

技术领域

[0001] 本发明属于滚动轴承测试领域，具体涉及一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置。

背景技术

[0002] 现有技术中，以滚动轴承中滚子‑滚道的组件结构为测量研究对象，滚动轴承是旋转机械的重要支撑部件，常规轴承寿命试验机中采用各类电机驱动其旋转，用于高速工况下的滚动轴承寿命试验往往需要依托于成本高昂的高速电机，且完成一次寿命试验的时间周期较长，需要耗费大量的时间与人力成本，开展一种新型的滚动轴承试验装置具有重要意义。因而提出一种通过变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，基于电磁场的周期性改变实现滚动轴承的单个滚子在滚道上一点试验反复滚动，结合变频器产生的高频电信号进而开展滚子‑滚道失效原理试验，提高了试验效率，并为滚动轴承寿命试验提供了一种新的途径。

发明内容

[0003] 针对滚动轴承失效的寿命试验，考虑到传统寿命试验所需要的大量人力物力以及时间成本，基于单个滚子与内、外滚道之间的机械运动原理，本发明提供一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，将滚动轴承的寿命试验等效为单个滚子与滚道之间的失效试验过程，进而提供一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，结合高频电信号转换装置、电磁场发生装置，能够高效的完成单个滚子‑滚道的寿命与失效试验。

[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，包括高刚度安装平台、内圈安装结构、外圈夹紧结构、交变电磁发生模块、高频转换模块、声发射检测模块和工控机；其中，所述内圈安装结构定位安装于所述高刚度安装平台上，并通过电机控制其升降，被试轴承内圈试件的芯轴通过螺钉安装于内圈安装结构上；所述外圈夹紧结构经过高刚度安装平台上的引导槽调整至被试轴承外圈试件固定位置之后与所述高刚度安装平台通过螺栓固定，从而夹紧固定被试轴承外圈试件；所述交变电磁发生模块由两片呈一定角度布置的强磁电磁铁以及角度调整结构组成，安装于所述高刚度安装平台正下方；所述高频转换模块与所述交变电磁发生模块通过电缆相连；所述声发射检测模块用于检测被试轴承的声学信号，分析失效特征信号与演化规律；所述工控机负责控制所述交变电磁发生模块、高频转换模块、声发射检测模块的启停以及调幅、调频处理、存储所述声发射检测模块传回的声学信号。

[0006] 进一步地，所述声发射检测模块由声发射传感器、非磁传声介质杆和信号调理仪组成，所述声发射传感器贴附安装于非磁传声介质杆上，非磁传声介质杆粘附在被试轴承外圈试件底端一侧上，同时声发射传感器与信号调理仪之间通过隔磁电缆连接。

[0007] 进一步地，所述高频转换模块与交变电磁发生模块通过隔磁电缆连接，且通过所述隔磁电缆接收来自工控机的控制信号。

[0008] 进一步地，所述内圈安装结构包括可升降立柱、电机、螺栓、轴套和小型轴承，所述可升降立柱通过电机驱动调节升降高度，用于调节和安装被试轴承；所述螺栓将小型轴承和轴套固定于可升降立柱上，与可升降立柱共同运动；小型轴承用于保证被试轴承内圈试件的自转自由度，使被试轴承滚动体在交变磁场作用下沿滚道反复运动时能够带动被试轴承内圈试件自转。

[0009] 本发明与现有技术相比的有益效果为：本发明适用于开展滚动轴承失效过程研究，通过控制高频交变电磁场驱动单个滚子在滚道上短程反复高速滚动，从而模拟滚动轴承高速运转状态下滚子反复经过滚动轴承内外套圈上一点，进而导致滚动轴承外圈或滚动体上一点出现失效的情况，并采用经过隔磁处理的远程声发射监测方式完成数据收集，为高精度的滚动轴承寿命和失效可靠性研究分析提供一种新型的研究手段。本发明使用高频交变电磁场中滚子受到磁力驱动在滚道上短程反复高速滚动的试验模式，相比传统电机驱动轴承一方面减小了电机成本，另一方面能够显著提高试验效率，同时试验过程中内、外圈能够随时快速拆卸，便于检验、记录试件失效过程数据。

附图说明

[0010] 图1为本发明的变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置的功能模块组成示意图；

[0011] 图2为本发明的变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置的总体示意图；

[0012] 在图2中，1为高刚度安装平台、2为内圈安装结构、3为外圈夹紧结构、4为交变电磁发生模块、5为高频转换模块、6为声发射检测模块、7为工控机；

[0013] 图3为本发明的高频交变电磁场的发生原理图；

[0014] 在图3中，15为强磁电磁铁；

[0015] 图4为本发明的被试轴承安装示意图；

[0016] 在图4中，9为被试轴承滚动体、10为被试轴承内圈试件、11为被试轴承外圈试件、13为声发射传感器、14为非磁传声介质杆；

[0017] 图5为本发明的内圈安装结构示意图；

[0018] 在图5中，12为小型轴承。

具体实施方式

[0019] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0020] 如图1所示，本发明的变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置的功能模块包括高刚度底座、内圈安装结构、外圈夹紧结构、电磁发生模块、高频转换模块、数据采集模块和工控机。具体地，如图2所示，本发明的变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置的具体结构包括高刚度安装平台1、内圈安装结构2、外圈夹紧结构3、交变电磁发生模块4、高频转换模块5、声发射检测模块6和工控机7。所述内圈安装结构2定位安装于所述高刚度安装平台1上，并通过电机控制其升降，被试轴承内圈试件10的芯轴通过螺钉安装于内圈安装结构2上；所述外圈夹紧结构3经过高刚度安装平台1上的引导槽调整至被试轴承外圈试件11固定位置之后与所述高刚度安装平台1通过螺栓固定，从而夹紧固定被试轴承外圈试件11。所述高频转换模块5将常规的220V、50Hz交流电转换为1000Hz以上的高频电信号，并将其通过隔磁电缆传输给交变电磁发生模块4，通过交变电磁发生模块4中的一组强磁电磁铁转换为高频交变磁场，使被试轴承滚动体9在磁场作用下沿着被试轴承内圈试件10和被试轴承外圈试件11共同组成的滚道向一侧滚动，当磁场交变换向后，被试轴承滚动体9向另一侧滚动，从而实现反复滚动过程。内圈安装结构2中含有小型轴承12，用于实现被试轴承滚动体9在反复滚动过程中带动被试轴承内圈试件10小幅转动，使被试轴承内圈试件10和被试轴承滚动体9之间的运动形式与常规轴承寿命试验保持一致；声发射检测模块6通过声发射传感器13检测被试轴承的声学信号，分析失效特征信号与演化规律；工控机7与交变电磁发生模块4、高频转换模块5、声发射检测模块6相连，进行启停以及调幅、调频处理，存储所述声发射检测模块6传回的声学信号，进行总体试验控制。

[0021] 其中，所述声发射检测模块6由声发射传感器13、非磁传声介质杆14和信号调理仪组成，所述声发射传感器13贴附于非磁传声介质杆14上，声发射传感器13和信号调理仪通过信号传输线相连，信号调理仪内置于工控机7。所述工控机7负责控制交变电磁发生模块4、高频转换模块5、声发射检测模块6的启停、调幅、调频等功能以及处理、存储所述声发射检测模块6传回的声学信号。

[0022] 如图2，4所示，内圈安装结构2、外圈夹紧结构3均直接安装于高刚度安装平台1上；交变电磁发生模块4由两片呈一定角度布置的强磁电磁铁以及角度调整结构组成，安装于高刚度安装平台1下方；高频转换模块5布置在高刚度安装平台1右侧，与交变电磁发生模块
4通过隔磁电缆连接，且通过隔磁电缆接收来自工控机7的控制信号；声发射检测模块6中的非磁传声介质杆14贴附于被试轴承外圈试件11的底端一侧，滚动轴承试验过程中产生的声信号经过非磁传声介质杆14被声发射传感器13采集到并转换成电信号，通过隔磁电缆传输到工控机7；所述工控机7设于高刚度安装平台1一侧。

[0023] 如图3所示，220V、50Hz的三相交流电通过高频转换模块5转换为1000Hz‑3000Hz的高频电信号，传输给交变电磁发生模块4，交变电磁发生模块4主要由两块强磁电磁铁构成，两块强磁电磁铁15呈一定角度布置，当电信号为正时，左侧强磁电磁铁发生磁场，吸引被试轴承滚动体9沿滚道向左侧滚动，右侧强磁电磁铁断电；当电信号为负时，右侧强磁电磁铁发生磁场，吸引被试轴承滚动体9沿滚道向右侧滚动，左侧强磁电磁铁断电，从而实现被试轴承滚动体9沿滚道随高频信号反复滚动。

[0024] 如图4所示，非磁传声介质杆14贴附于被试轴承外圈试件11的底端一侧，滚动轴承试验过程中产生的声信号经过非磁传声介质杆14被声发射传感器13采集到并转换成电信号；被试轴承外圈试件11被高刚度安装平台1和外圈夹紧结构3共同夹紧；被试轴承内圈10试件由内圈安装结构2固定；被试轴承滚动体9安装于被试轴承内圈试件10和被试轴承外圈试件11共同组成的滚道底部。

[0025] 如图5所示，内圈安装结构2主要由可升降立柱、电机、螺栓、轴套和小型轴承12组成，其中可升降立柱通过电机驱动调节升降高度，用于调节和安装被试轴承；螺栓将小型轴承12和轴套固定于可升降立柱上，与可升降立柱共同运动；小型轴承12用于保证被试轴承内圈试件10的自转自由度，使被试轴承滚动体9在交变磁场作用下沿滚道反复运动时能够带动被试轴承内圈试件10自转，从而与实际滚动轴承的运动关系保持一致。

[0026] 本发明是一种变频电磁驱动的滚子‑滚道失效原理试验装置，为滚动轴承失效寿命试验提供了一套高效的试验装置。基于传统滚动轴承寿命试验所需要的大量人力物力以及时间成本的问题，通过将轴承分解为内圈、外圈和一个滚动体的组件，利用高频转换模块产生的高频电信号使呈一定角度布置的两块电磁铁产生高频交变电磁场，吸引单个滚动体在滚道内反复滚动，从而高效模拟滚动轴承单个滚子在滚道上一点处的反复运动形式，便于分析研究滚动轴承失效形式及随时停机记录过程失效数据，拟合滚动轴承性能参数渐变劣化规律曲线。

[0027] 本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。