一種滾動軸承高速振動測量設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種振動檢測設備，屬于機械工件檢測技術領域。
【背景技術】
[0002] 數控機床和基礎制造設備是裝備制造業的"工作母機"，一個國家的機床行業技術 水平和產品質量，是衡量其裝備制造業發展水平的重要標志。目前，為獲得更高的生產效 率、更高的加工質量，廣泛應用高速加工技術，而實現加工機床的高速化、高可靠性、高精度 的關鍵部件是電主軸，實現電主軸高速化的關鍵部件是軸承，目前脂潤滑磨削類電主軸的 dm · η值已高達1.56X 106mmr/min，這對脂潤滑軸承的使用性能有很高的要求。脂潤滑在出 廠時經過了標準軸承振動試驗臺的檢測，在實際高速使用過程中，主軸出現早期的主軸振 動過大，使用過程中壽命遠小于理論使用壽命。因此針對在高轉速和低轉速的情況下，軸承 表現出不同的振動行為，即使用標準軸承振動測量儀測得的低速振動的性能結果不能代表 高速的使用情況。
【發明內容】
[0003] 本發明目的是為解決現有軸承檢測均是低速檢測，而軸承實際工作狀態通常是在 高速下運行，目前低速檢測手段無法滿足對軸承實際性能的掌握，檢測數據無法滿足實際 工作需的問題，進而提供了 一種滾動軸承高速振動測量設備。
[0004] 本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：
[0005] -種滾動軸承高速振動測量設備，它包括試驗臺、軸向加載裝置、傳感器定位裝 置、驅動主軸和總底座，所述總底座水平設置，所述試驗臺設置在總底座上，所述傳感器定 位裝置設置在試驗臺上，所述傳感器定位裝置的一側設置有軸向加載裝置，所述傳感器定 位裝置的另一側設置有驅動主軸；
[0006] 所述傳感器定位裝置包括定位底座、定位梁、橫梁、絲杠、傳感器組件和兩個光桿， 所述定位底座固定連接在試驗臺上，兩個光桿并列豎直設置在定位底座上，所述橫梁與定 位底座相平行且所述橫梁的底部與兩個光桿的頂端固定連接，所述兩個光桿上套裝有定位 梁，所述定位梁沿光桿的長度方向上下往復移動，所述定位梁上穿設有豎直設置的絲杠，所 述定位梁上設置有傳感器組件，試驗軸承位于定位底座和定位梁之間，所述試驗軸承套裝 在驅動主軸上且該試驗軸承通過軸向加載裝置頂緊在驅動主軸上，所述傳感器組件的檢測 頭與試驗軸承的外圈相貼緊。
[0007] 本發明與現有技術相比的優點：
[0008] 1、目前各大軸承生產廠商配備的軸承振動測量儀主要有兩種:一是軸承振動加速 度測量儀，以S0910系列為代表;二是軸承振動速度測量儀，以BTV系列為代表。本發明為一 種滾動軸承高速振動測量設備，本發明是以S0910系列為基礎而研制，既能滿足現行國家標 準下對軸承的振動檢測，又能擴展試驗條件，檢測高速工況條件下軸承的振動。
[0009] 2、本發明檢測的指標包括測量軸承尺寸范圍、振動測值范圍、主軸轉速、頻帶范 圍、軸向加載、傳感器預緊力。建立高速軸承振動測量試驗臺按照國家標準的要求，兼顧實 際使用需求設計相關指標，既能滿足國家標準對軸承振動測量儀的規定，又能檢測軸承在 高速運轉下的振動。
[0010] 3、本發明使用靈活，適用范圍廣，樣品試驗中測量軸承尺寸范圍限制為內徑為Φ 17_的滾動軸承。當有其他型號軸承的振動測量需求，只需更換驅動主軸中的芯軸即可。
[0011] 4、本發明中軸向加載裝置和驅動主軸之間配合設置實現對試驗軸承的固定工作， 傳感器定位裝置實現對試驗軸承的檢測工作。其中傳感器定位裝置中傳感器組件的頻率響 應范圍最高能夠達到20KHz。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本發明的主視結構示意圖；
[0013] 圖2是傳感器定位裝置3的主視結構示意圖；
[0014] 圖3是圖2的俯視結構示意圖；
[0015] 圖4是傳感器組件3-5的主視結構剖面圖；
[0016] 圖5是軸向加載裝置2的主視結構示意圖；
[0017] 圖6是軸向加載裝置2的俯視結構剖面圖；
[0018] 圖7是軸承的打滑率隨軸向力的變化的曲線圖；
[0019]圖8是不同預緊力下軸承的振動幅值的分布圖；
[0020]圖9是標準軸承振動測量儀的振動檢測結果柱狀圖；
[0021]圖10是標準軸承振動測量儀的振動等級評價柱狀圖；
[0022]圖11是本發明的振動檢測結果的柱狀圖；
[0023]圖12是本發明的試驗軸承振動等級評價柱狀圖；
[0024] 圖13是本發明兩次振動檢測的對比分析圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0025] 一:下面結合圖1至圖13說明本實施方式，本實施方式包括試驗臺1、 軸向加載裝置2、傳感器定位裝置3、驅動主軸5和總底座7,所述總底座7水平設置，所述試驗 臺1設置在總底座7上，所述傳感器定位裝置3設置在試驗臺1上，所述傳感器定位裝置3的一 側設置有軸向加載裝置2,所述傳感器定位裝置3的另一側設置有驅動主軸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和兩個光桿3-6，所述定位底座3-1固定連接在試驗臺1上，兩個光桿3-6并列豎直設置 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的底部與兩個光桿3-6的頂端固定連接，所述兩個光桿3-6上套裝有定位梁3-2,所述定位梁3-2沿光桿3-6的長度 方向上下往復移動，所述定位梁3-2上穿設有豎直設置的絲杠 3-4,所述定位梁3-2上設置有 傳感器組件3-5,試驗軸承4位于定位底座3-1和定位梁3-2之間，所述試驗軸承4套裝在驅動 主軸5上且該試驗軸承4通過軸向加載裝置2頂緊在驅動主軸5上，所述傳感器組件3-5的檢 測頭與試驗軸承4的外圈相貼緊。
[0027] 本發明是在參照S0910-II和BVT-1A軸承振動測量儀的基礎上，以《GB/T 24610-2009滾動軸承振動測量方法》和《JB/T 5314-2002滾動軸承振動加速度測量方法》兩個標準 中對軸承振動測量裝置各項性能要求的出發點為指導原則，充分考慮高速工況條件并滿足 主要技術指標要求的方案。為提高軸承振動試驗臺的轉速使用范圍，目前限定的最高使用 轉速為60000r/min，分析高速電主軸脂潤滑軸承振動特征必須能達到實際的轉速要求，在 工況速度條件下測量軸承振動，為高速軸承振動特征研究提供可靠數據支持。因此本發明 中驅動主軸5的最高轉速為60000r/min。
[0028] 查詢國家標準《JB/T 7047-2006滾動軸承深溝球軸承振動加速度技術條件》，規定 7003C型號軸承的加速度級限值為46dB、加速度級峰值限值為51dB。根據公式（1):
[0030]式中L一一振動加速度等級，單位為dB;
[0031 ] a--某一頻率范圍內的振動加速度均方根值或軸承振動加速度峰值，單位為m/ s2；
[0032] ao--參考加速度，值為9 · 81 X 103m/s2;
[0033] 轉換即為加速度級限值為0.2g、加速度級峰值限值為0.355g。試驗過程中，隨著轉 速的增加，軸承的振動會有一定增幅;但是考慮到測量的精確性，也不宜選用過大的量程， 綜合考慮最后選用最大測量值為l〇g即80dB的壓電式加速度型傳感器。本發明的測量范圍 為 logo
[0034] 根據國家標準規定的頻率范圍為50~10000Hz，但是在10000~20000Hz之間還存 在許多不容忽視的振動信息。市場上一般壓電加速度傳感器的頻率響應范圍能達到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 響應范圍雖然能高達60kHz，但是其測量范圍亦達1000g，量程遠遠超過軸承的振動范圍，帶 來的損失便是傳感器的靈敏度大打折扣。因此，本發明綜合設定頻帶范圍為50~20000Hz。
[0035] 本發明在測振過程中，為了限定軸承的運動學條件，一般應對軸承施加一定的載 荷。所施加的載荷應適當，防止滾動體相對內、外套圈滾道打滑但又不致引起變形而影響測 量結果。對于7003C軸承，國標規定的軸向載荷的設定值在90-110N之間。計算軸承在 1500rpm和100N條件下的打滑率為0。轉速設為60000rpm、徑向力為8N，根據說明書附圖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。可見軸向加載力的范圍只要保證能 夠限定軸承外圈的運動即可。因此本發明的軸向加載力為50-100N。
[0036]關于傳感器組件3-5的傳感器預緊力的說明如下：
[0037] 在任何振動測量中，最妥善的測量過程是將加速度傳感器與被測物體以剛性聯接 的方法固定在一起，這是解決頻率響應最好的方法。但是，這對軸承的振動測量來說，幾乎 是不可能的。現在解決的辦法在加速度傳感器和被測軸承外圈間增加一個傳振桿，和加速 度傳感器一起構成整個儀器的傳感器部件。為了保證測量的準確性，考慮這種剛性傳遞環 節的出發點是在測量過程中要求傳振桿與軸承外圈在任何情況下不發生相脫離現象。為 此，測量端子對工件表面必須有足夠的壓力。
[0038] 依據公式(2)可知傳振桿與軸承外圈不產生相脫離現象的條件是：
[0039] P > me ω 2sin( ω t) (2)
[0040] 式中Ρ--預緊力，Ν;
[0041] m--運動系統的質量，g;
[0042] e--預緊力最大偏心量，mm;
[0043] ω--軸承振動角頻率，rad/s;
[0044] 實驗結果表明：在預緊力達到足夠大之后，傳感器的測值將穩定的保持在一定的 水平平直區。由于對于本發明中的參數并不能準確測量，因此我們擬通過實驗確定傳感器 的最佳預緊力。綜上所述，高速軸承振動檢測試驗臺的主要技術指標如表1-1所示：
[0045] 表1-1高速軸承振動檢測試驗臺主要技術指標
[0046]
[0047]動力系統是為軸承提供動力，考慮到高速條件下傳動系統的振動較大以及設計的 困難程度，本發明中的驅動主軸5采用高精密電主軸直接為軸承提供動力，變頻器對電主軸 進行無級調速。驅動主軸5的型號為DGZ-60E型電主軸，為了測量軸承在不同轉速條件下的 振動信號，需要對驅動主軸5進行變頻調速。在選擇變頻器的時候，考慮到工作的穩定性，需 要給一定的富余量。選擇VFD075V43A-2型變頻器。
[0048]本發明中軸向加載裝置2的設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為現有購買的成品件，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產生的彈性力通過 加載盤2-3和柔性爪2-4傳遞給試驗軸承4,進而實現對試驗軸承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