CN110146288A - 一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置及采集方法，所述的滚动轴承由外圈、内圈以及通过保持架分布于内圈和外圈之间的多个滚动体组成，该装置包括底座、支座、固定夹具、驱动电机、两根螺杆、弹簧、连接件、螺帽、计算机、扭矩仪、温度传感器、旋转轴、顶座、伸缩杆、弧形卡爪；通过计算机控制驱动电机的转速或通过旋转螺杆改变两根螺杆之间的距离，从而对滚动轴承进行加载变载荷，然后将采集的变载荷的信号传输至计算机，计算机分析处理数据后，得出滚动轴承的疲劳寿命数据；本发明通过对滚动轴承加载变载荷，可方便快捷地采集其疲劳寿命数据。

Description

一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置及采集方法

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置及采集方法，具体涉及一种基于径向可加变载荷的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置及采集方法，属于轴承检测技术领域。

背景技术

滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的通用零部件之一，机械设备运行时，由于磨损、过载、润滑不良等原因都会造成滚动轴承发生局部损伤，随着故障的加剧可能会产生故障，造成事故，因此对滚动轴承疲劳寿命检测有着重要意义。滚动轴承的疲劳寿命及其可靠性是滚动轴承的最重要的性能指标，但由于影响疲劳寿命因素太多而且轴承疲劳寿命理论仍需完善，进行寿命试验是目前唯一有效途径。轴承试验是轴承设计和制造过程中必不可少的重要的验证过程。试验轴承的加载负荷作为轴承试验机测试的重要参数，其准确性直接影响轴承的试验结果。目前传统的滚动轴承试验装置加载特性单一，滚动轴承试验装置很难进行滚动轴承疲劳寿命的试验。因此，我们迫切需要一种新的滚动轴承疲劳寿命检测方法及装置，以提高检测准确性。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，本装置为为生产检修各种设备提供合格的各种轴承，保证各种设备的轴承使用周期，保障设备正常运行。

本发明的技术方案是：一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，所述的滚动轴承由外圈、内圈以及通过保持架分布于内圈和外圈之间的多个滚动体组成，该装置包括底座、支座、固定夹具、驱动电机、两根螺杆、弹簧、连接件、螺帽、计算机、扭矩仪、温度传感器、旋转轴、顶座、伸缩杆、弧形卡爪；

所述底座上设有支座，支座的顶部设有顶座，支座为中空结构，支座外表面上设有驱动电机，驱动电机的输出轴伸入支座内并通过联轴器与旋转轴的一端连接，旋转轴上安装扭矩仪，旋转轴的另一端伸出支座，旋转轴的另一端的外表面上安装一根以上的伸缩杆，每根伸缩杆上安装一个弧形卡爪，弧形卡爪与滚动轴承的内圈的内表面连接，弧形卡爪带动内圈运动，固定夹具由上下两块固定块拼接组成，其中上方的固定块的下表面上开有半圆形凹槽且半圆形凹槽的一侧开有矩形凹槽，下方的固定块的上表面上开有半圆形凹槽，滚动轴承的外圈的外表面位于固定夹具上下两块固定块的半圆形凹槽内，固定夹具的上方的固定块的矩形凹槽内安装温度传感器，固定夹具的上方固定块的上表面、下方固定块的下表面上分别设有连接件，连接件内设有数据采集卡，固定夹具通过两个连接件分别与上、下弹簧的一端连接，上、下两个弹簧的另一端分别与上、下螺杆的一端连接，上、下两根螺杆的另一端分别与顶座、底座连接，顶座、底座上分别设有螺孔，上、下两根螺杆可在螺孔内上下运动以调节两根螺杆之间的距离，并分别用螺帽固定，所述驱动电机、连接件内的数据采集卡、扭矩仪、温度传感器分别与计算机电连接。

所述驱动电机为B5型电机，制造范围为H80-225，驱动电机以外壳与支座连接。

温度传感器为非接触型的红外温度传感器，温度传感器与滚动轴承的外圈的外表面的距离为0.2cm。

连接件呈V型。

扭矩仪水平安装，且扭矩仪与驱动电机的输出轴的同心度小于Φ0.05mm。

扭矩仪和温度传感器可以用来检测滚动轴承运转过程中的性能表现。

本发明的目的之二是提供一种利用本发明的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置进行数据采集的方法，具体步骤如下：

步骤（1）：将被检测的滚动轴承的内圈卡在旋转轴外表面连接的弧形卡爪处，并通过固定夹具将滚动轴承的外圈进行限定使外圈不运动；

步骤（2）：计算机控制驱动电机工作，驱动电机的输出轴转动带动旋转轴转动，旋转轴上的扭矩仪产生位移响应，旋转轴带动与其连接的弧形卡爪转动，弧形卡爪与滚动轴承的内圈连接，从而带动滚动轴承的内圈转动，滚动轴承的内圈转动使固定夹具产生振动，位于固定夹具上下端的连接件内的数据采集卡采集振动信号，温度传感器采集滚动轴承的温度数据，连接件内的数据采集卡、温度传感器、扭矩仪分别将采集的信息传输至计算机；

步骤（3）：通过计算机调整驱动电机的转速或通过旋转螺杆改变上、下两根螺杆之间的距离以实现对滚动轴承加载变载荷，扭矩仪、温度传感器、连接件内的数据采集卡将分别采集的加载变载荷后的信息传输至计算机上；

步骤（4）：计算机对数据进行处理，得出滚动轴承的疲劳寿命。

本发明的驱动电机的输出轴通过联轴器带动旋转轴转动，旋转轴通过伸缩杆与弧形卡爪连接，从而带动弧形卡爪运动，弧形卡爪与滚动轴承的内圈连接，带动内圈转动，滚动轴承的外圈卡在固定家具的凹槽内，从而限制了外圈的运动，内圈运动使固定夹具产生振动，固定夹具通过连接件与弹簧连接，固定夹具的振动使弹簧拉伸或压缩，连接件内的数据采集卡采集振动信号旋转轴上的扭矩仪采集位移信号、温度传感器采集温度信号，并分别将信号传输至计算机，通过计算机控制驱动电机的转速或旋转螺杆改变两根螺杆之间的距离，从而对滚动轴承进行加载变载荷，然后将采集的变载荷的信号传输至计算机，计算机分析处理数据后，得出滚动轴承的疲劳寿命数据。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过对滚动轴承加载变载荷，可方便快捷地采集其疲劳寿命数据。

（2）本发明所述的数据采集方法精准度高，可用于精准估计滚动轴承疲劳寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明滚动轴承疲劳寿命数据采集装置的整体结构示意图；

图2是本发明固定夹具、滚动轴承与旋转轴的安装位置示意图；

图中各标号：1-底座、2-支座、3-固定夹具、4-驱动电机、5-滚动轴承、6-螺杆、7-弹簧、8-连接件、9-螺帽、10-计算机、11-扭矩仪、12-温度传感器、13-旋转轴、14-联轴器、15-顶座、16-伸缩杆、17-弧形卡爪。

具体实施方式

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。

实施例1：本滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，所述的滚动轴承5由外圈、内圈以及通过保持架分布于内圈和外圈之间的多个滚动体组成，该装置包括底座1、支座2、固定夹具3、驱动电机4、两根螺杆6、弹簧7、连接件8、螺帽9、计算机10、扭矩仪11、温度传感器12、旋转轴13、顶座15、伸缩杆16、弧形卡爪17；

所述底座1上设有支座2，支座2的顶部设有顶座15，支座2为中空结构，支座2外表面上设有驱动电机4，驱动电机4的输出轴伸入支座2内并通过联轴器14与旋转轴13的一端连接，旋转轴13上安装扭矩仪11，旋转轴13的另一端伸出支座2，旋转轴13的另一端的外表面上安装3根伸缩杆16，每根伸缩杆16上安装一个弧形卡爪17，弧形卡爪17与滚动轴承5的内圈的内表面连接，固定夹具3由上下两块固定块拼接组成，其中上方的固定块的下表面上开有半圆形凹槽且半圆形凹槽的一侧开有矩形凹槽，下方的固定块的上表面上开有半圆形凹槽，滚动轴承5的外圈的外表面位于固定夹具3上下两块固定块的半圆形凹槽内，固定夹具3的上方的固定块的矩形凹槽内安装温度传感器12，固定夹具3的上方固定块的上表面、下方固定块的下表面上分别设有连接件8，连接件8内设有数据采集卡，固定夹具3通过两个连接件8分别与上、下弹簧7的一端连接，上、下两个弹簧7的另一端分别与上、下螺杆6的一端连接，上、下两根螺杆6的另一端分别与顶座15、底座1连接，并分别用螺帽9固定，所述驱动电机4、连接件8内的数据采集卡、扭矩仪11、温度传感器12分别与计算机10电连接。

所述驱动电机4为B5型电机，制造范围为H80-225。

温度传感器12为非接触型的红外温度传感器，温度传感器12与滚动轴承5的外圈的外表面的距离为0.2cm。

连接件8呈V型。

利用所述的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置进行数据采集的方法，具体步骤如下：

步骤（1）：将被检测的滚动轴承5的内圈卡在旋转轴13外表面连接的弧形卡爪17处，并通过固定夹具3将滚动轴承5的外圈进行限定使外圈不运动；

步骤（2）：计算机10控制驱动电机4工作，驱动电机4的输出轴转动带动旋转轴13转动，旋转轴13上的扭矩仪11产生位移响应，旋转轴13带动与其连接的弧形卡爪17转动，弧形卡爪17与滚动轴承5的内圈连接，从而带动滚动轴承5的内圈转动，滚动轴承5的内圈转动使固定夹具3产生振动，位于固定夹具3上下端的连接件8内的数据采集卡采集振动信号，温度传感器12采集滚动轴承5的温度数据，连接件8内的数据采集卡、温度传感器12、扭矩仪11分别将采集的信息传输至计算机10；

步骤（3）：通过计算机10调整驱动电机4的转速或通过旋转螺杆6改变上、下两根螺杆6之间的距离以实现对滚动轴承5加载变载荷，扭矩仪11、温度传感器12、连接件8内的数据采集卡将分别采集加载变载荷后的信息传输至计算机10上；

步骤（4）：计算机10对数据进行处理，得出滚动轴承5的疲劳寿命。

实施例2：本实施例结构同实施例1，不同之处在于扭矩仪11水平安装，且扭矩仪11与驱动电机4的输出轴的同心度为Φ0.03mm。

对斯凯孚公司的驱动端轴承SKF6205进行径向可加变载荷的滚动轴承疲劳寿命数据采集。轴承型号为6205-2RS JEM SKF，深沟球轴承（deep groove ball bearing），其中2RS 是双面密封。滚动轴承由外圈、内圈以及通过保持架分布于内圈和外圈之间的多个滚动体组成。

将被检测滚动轴承SKF6205的内圈卡在旋转轴上的弧形卡爪17处；外圈与固定夹具的凹槽紧密接触，由计算器控制驱动电机B5启动，固定夹具上下两个含数据采集卡的V型连接件通过弹簧与螺杆连接，扭矩仪、连接件内的数据采集卡和温度传感器所测得的数据分别显示在计算机上，通过计算机控制驱动电机的转速或改变两根螺杆之间的距离，从而对滚动轴承SKF6205进行加载变载荷，然后将采集的变载荷的信号传输至计算机，直到轴承表面发生疲劳而不能满足计算机设定的轴承内圈、外圈相对旋转次数的总转速n，计算机分析处理数据后，计算出滚动轴承SKF6205的疲劳寿命数据。由公式（1）可以计算出滚动轴承工作时的理论疲劳寿命=374.09h。

（1）

式中，L为轴承的疲劳寿命，Cr为轴承的基本额定动载荷，P为轴承的当量动载荷，n为轴承的转速（r/min），ε为指数，对球轴承ε= 3，对滚子轴承ε= 10 /3。

采用本发明装置进行滚动轴承SKF6205的数据采集，实验数据如表1所示，并对数据进行数理统计，可以得到这批轴承在破坏概率为10%时的疲劳寿命L = 363. 90h；由公式（2）可知本发明装置采集到的数据计算所得疲劳寿命的相对误差RE为2.8%：

(2)

由此可见，本发明装置测得的疲劳寿命数据准确性较高。

上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，所述的滚动轴承（5）由外圈、内圈以及通过保持架分布于内圈和外圈之间的多个滚动体组成，其特征在于，该装置包括底座（1）、支座（2）、固定夹具（3）、驱动电机（4）、两根螺杆（6）、弹簧（7）、连接件（8）、螺帽（9）、计算机（10）、扭矩仪（11）、温度传感器（12）、旋转轴（13）、顶座（15）、伸缩杆（16）、弧形卡爪（17）；

所述底座（1）上设有支座（2），支座（2）的顶部设有顶座（15），支座（2）为中空结构，支座（2）外表面上设有驱动电机（4），驱动电机（4）的输出轴伸入支座（2）内并通过联轴器（14）与旋转轴（13）的一端连接，旋转轴（13）上安装扭矩仪（11），旋转轴（13）的另一端伸出支座（2），旋转轴（13）的另一端的外表面上安装一根以上的伸缩杆（16），每根伸缩杆（16）上安装一个弧形卡爪（17），弧形卡爪（17）与滚动轴承（5）的内圈的内表面连接，固定夹具（3）由上下两块固定块拼接组成，其中上方的固定块的下表面上开有半圆形凹槽且半圆形凹槽的一侧开有矩形凹槽，下方的固定块的上表面上开有半圆形凹槽，滚动轴承（5）的外圈的外表面位于固定夹具（3）上下两块固定块的半圆形凹槽内，固定夹具（3）的上方的固定块的矩形凹槽内安装温度传感器（12），固定夹具（3）的上方固定块的上表面、下方固定块的下表面上分别设有连接件（8），连接件（8）内设有数据采集卡，固定夹具（3）通过两个连接件（8）分别与上、下弹簧（7）的一端连接，上、下两个弹簧（7）的另一端分别与上、下螺杆（6）的一端连接，上、下两根螺杆（6）的另一端分别与顶座（15）、底座（1）连接，并分别用螺帽（9）固定，所述驱动电机（4）、连接件（8）内的数据采集卡、扭矩仪（11）、温度传感器（12）分别与计算机（10）电连接。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，其特征在于：所述驱动电机（4）为B5型电机，制造范围为H80-225。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，其特征在于：温度传感器（12）为非接触型的红外温度传感器，温度传感器（12）与滚动轴承（5）的外圈的外表面的距离为0.2cm。

4.根据权利要求1所述的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，其特征在于：连接件（8）呈V型。

5.根据权利要求1所述的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置，其特征在于：扭矩仪（11）水平安装，且扭矩仪（11）与驱动电机（4）的输出轴的同心度小于Φ0.05mm。

6.一种利用权利要求1~5所述的滚动轴承疲劳寿命数据采集装置进行数据采集的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤（1）：将被检测的滚动轴承（5）的内圈卡在旋转轴（13）外表面连接的弧形卡爪（17）处，并通过固定夹具（3）将滚动轴承（5）的外圈进行限定使外圈不运动；

步骤（2）：计算机（10）控制驱动电机（4）工作，驱动电机（4）的输出轴转动带动旋转轴（13）转动，旋转轴（13）上的扭矩仪（11）产生位移响应，旋转轴（13）带动与其连接的弧形卡爪（17）转动，弧形卡爪（17）与滚动轴承（5）的内圈连接，从而带动滚动轴承（5）的内圈转动，滚动轴承（5）的内圈转动使固定夹具（3）产生振动，位于固定夹具（3）上下端的连接件（8）内的数据采集卡采集振动信号，温度传感器（12）采集滚动轴承（5）的温度数据，连接件（8）内的数据采集卡、温度传感器（12）、扭矩仪（11）分别将采集的信息传输至计算机（10）；

步骤（3）：通过计算机（10）调整驱动电机（4）的转速或通过旋转螺杆（6）改变上、下两根螺杆（6）之间的距离以实现对滚动轴承（5）加载变载荷，扭矩仪（11）、温度传感器（12）、连接件（8）内的数据采集卡将分别采集加载变载荷后的信息传输至计算机（10）上；

步骤（4）：计算机（10）对数据进行处理，得出滚动轴承（5）的疲劳寿命。