CN109443758A - 一种旋转机械复合诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转机械复合诊断装置。由基座和设置在基座上的电机、轴承实验装置、齿轮箱实验装置及检测装置组成，包括电机、弹性联轴器、同步轮、皮带、齿轮箱、磁粉制动器、温度传感器、加速度传感器、声压传感器、转轴、轴承座、固定支架、合页、隔音箱、螺栓、COCO80信号分析仪等。本实验新型通过电机带动轴承和齿轮箱内的齿轮旋转，通过COCO80信号分析仪采集滚动轴承和齿轮的振动、噪声和温度的数据并进行诊断。本发明设有多个传感器，可同时对轴承和齿轮进行全面的、实时的、快速的故障诊断，大幅改善试验台的实用性能。本发明实现对单一轴承的故障复合诊断，改善了试验台的综合性,并为旋转机械的优化设计提供极大的工程参考价值。

Description

一种旋转机械复合诊断装置

技术领域

本发明涉及一种故障检测装置，特别是一种旋转机械的复合诊断装置，主要用于国内铁路机车、车辆以及非铁路行业的旋转机械检测，亦可用于轴承制造厂和齿轮制造厂的产品质量检测。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，工业规模的不断增大，旋转机械应用于各种工业设备以支持整个设备的正常高速运转。轴承和齿轮是机械设备中最常用的部件，被人们称为机械的关节，其运行状态将直接影响整个机器系统的性能的好坏。在工业、国防、科学技术等各个领域中的核心零部件的精度、性能、寿命、可靠性和各项经济指标，都与旋转机械有着密不可分的联系，而且旋转机械工业的发展还关系着我国重大科技装备的制造水平及机械设备的出口能力。然而，在实际生产中，由于人为和非人为的原因会使机械发生故障。当机械设备发生故障时，严重影响生产，甚至会造成严重的生产事故。据统计，机器系统中大部分的故障是由滚动轴承和齿轮引起的。所以旋转机械的故障诊断技术，一直是机械故障诊断中重点发展的技术之一。

旋转机械在机械设备中有着关键的作用。但是现在的旋转机械故障检测设备大多通过单传感器进行诊断故障，比如对单一轴承或者齿轮箱的单一信号故障检测。这种情况下，不仅不能同时检测多个旋转机械，并且不能确定旋转机械故障部位、测出旋转机械的复合故障。而在实际情况中旋转机械故障往往引起诸如温度，声音，振动等多个因素的变化，所以利用多信息传感器检测旋转机械的复合故障有极大的研究价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明为克服现阶段大多数旋转故障检测装置单一检测某一量来预测轴承故障的局限性，引入了温度、加速度、声音三个检测量，可实时测量故障轴承和正常轴承的数据并分析得出轴承复合故障类型，实现了轴承的复合故障检测；本发明用同步轮连接轴承实验装置和齿轮箱试验装置，可实现同时对轴承和齿轮的故障检测；本发明中轴承实验装置内的两转轴通过联轴器连接，通过松动联轴器即可快速拆卸轴承座。

本发明解决其技术问题所用到的方法为：一种旋转机械复合诊断装置，包括基座及设置在基座上的电机、轴承实验装置、齿轮箱实验装置和检测装置。所述轴承实验装置包括轴承实验装置、联轴器、滚动轴承I、滚动轴承II、轴承座、轴承座端盖、转轴I、转轴II、轴承座垫块、同步轮I。所述联轴器左端与电机的输出轴连接，右端与转轴I连接，所述转轴I通过联轴器带动转轴II旋转，转轴I上都放置了被测滚动轴承，转轴II放置正常轴承，电机提供动力传送给转轴I、II；所述滚动轴承I、II都有轴承座进行固定，在轴承座下方有轴承座垫块使之保持水平。

齿轮箱实验装置包括同步轮II、同步带、齿轮箱和磁粉制动器。所述齿轮箱上面和侧面都有加速度传感器，用于检测齿轮箱内齿轮的横向与纵向振动。所述磁粉制动器作为负载是对所述齿轮箱实验装置和轴承实验装置提供载荷。

检测装置包括温度传感器模块、加速度传感器、声压传感器和COCO80信号分析仪。所述温度传感器在轴承座侧面，加速度传感器分别放置在轴承座上端与侧端表面设有的螺纹孔内，声压传感器放置在滑块上并通过声压传感器支座进行控制高度，所述声压传感器在所述直线滑轨上可以预先设定位置。所述三个传感器的数据均可通过COCO80信号分析仪采集，并分别从温度和振动两个角度比对正常轴承和故障轴承的相对区别，并进行故障分析；一个声压传感器放置在被测轴承近端测试所述被测轴承噪声，另一个声压传感器放置在距被测轴承较远位置测出环境与被测轴承的综合噪声，通过两者之差测出同一时间下被测轴承的相对噪声，通过层次分析经一致性检验后，在一定不确定度下较准确和全面的分析轴承故障类型；在齿轮箱实验装置中的齿轮箱上面和侧面都有加速度传感器，用于检测齿轮箱内齿轮的横向和纵向振动，并上述所有传感器的输出线通过基座上的隐槽都接入COCO80信号分析仪中进行信号采集分析。

本发明的技术效果：该试验台由电机带动轴承旋转，由磁粉制动器制动，在旋转时通过调节电机转速测得不同工作环境下轴承的温度、振动、噪音量化值，在于正常的轴承在同等环境下测得的值进行比较，在置信区间内得到轴承故障类型。并同时测出齿轮箱的横向与纵向振动量化值并分析齿轮箱内齿轮的故障；通过多信息的实时测量可以大大提高故障诊断精度，在实用性上，对工程上故障的诊断提供了极大的价值。

附图说明

图1为本发明提供的一种旋转机械复合诊断装置去除隔音箱的轴测图。

图2为本发明提供的一种旋转机械复合诊断装置的轴测图。

图3为本发明的轴承实验装置中上隔音箱与下隔音箱的配合图。

图4为本发明的声压传感器配合的轴测图。

图1：（1）电机、（2）联轴器、（3）轴承座I、(4）加速度传感器I、（5）温度传感器、（6）轴承座端盖、（7）上隔音箱、（8）下隔音箱、（9）被测滚动轴承、（10）轴承端盖紧固螺栓、（11）声压传感器模块I、（12）转轴I、（13）声压传感器模块支座、（14）滑块、（15）声压传感器II、（16）转轴II、（17）正常滚动轴承、（18）同步轮I、（19）轴承座垫块、（20）加速度传感器II、（21）同步轮II、（22）皮带、（23）齿轮箱、（24）齿轮箱基座紧固螺栓、（25）齿轮箱支座、（26）轴承基座紧固螺栓、（27）轴承基座、（28）磁粉制动器支座紧固螺栓、（29）磁粉制动器支座、（30）磁粉制动器、（31）轴承座紧固螺栓、（32）基座减震座、（33）COCO80信号分析仪、（34）基座、（35）基座凹槽、（36）合页、（37）滑动滑轨、（38）电机紧固螺栓。

具体实施方式

为了使本发明更容易和清晰的被理解，下面根据具体实施方式结合附图对该发明做进一步详细的说明。

图1和图2分别为本发明一种旋转机械复合诊断装置中去除隔音箱和整体的轴测图，包括基座及设置在基座上的电机、轴承实验装置、齿轮箱实验装置和检测装置。

轴承实验装置包括轴承座I（3）、加速度传感器I(4）、轴承座端盖（6）、上隔音箱（7）、下隔音箱（8）、被测滚动轴承（9）、轴承端盖紧固螺栓（10）、转轴I（12）、声压传感器模块支架（13）、转轴II（16）、正常滚动轴承（17）、同步轮I（18）、轴承座垫块（19）和轴承基座（27）。齿轮箱实验装置包括同步轮II（21）、齿轮箱（23）、齿轮箱基座紧固螺栓（24）、齿轮箱支座（25）、轴承基座紧固螺栓（26）、磁粉制动器支座紧固螺栓（28）、磁粉制动器支座（29）、磁粉制动器（30）。检测装置包括加速度传感器I（4）、加速度传感器Ⅱ（20）、温度传感器（5）、声压传感器Ⅰ（11）、声压传感器Ⅱ（15）、声压传感器支座（13）、滑块Ⅰ（14）、COCO80信号分析仪（33）。

如图1所示，电机（1）由电机紧固螺栓（35）固定在基座（34）上，通过联轴器（2）与所述轴承实验装置中的转轴I（12）连接，转轴I（12）上放置被测滚动轴承（9），被测滚动轴承（9）由轴承座（3）和轴承座端盖（6）通过轴承端盖紧固螺栓（10）拧紧固定，转轴I（12）与转轴II（16）通过联轴器（2）连接贯通，并将正常滚动轴承（17）套在转轴II（16）上，并有轴承座（3）和轴承座端盖（6）通过轴承端盖紧固螺栓（10）拧紧固定。在转轴II（16）右端与同步轮I（18）连接，并通过皮带（22）与同步轮II（21）连接实现相同转速，同步轮II（21）内孔连接到齿轮箱（23），所述齿轮箱（23）被齿轮箱支座（25）用齿轮箱基座紧固螺栓（24）固定，并且通过联轴器（2）与磁粉制动器（30）连接，所述磁粉制动器（30）固定在磁粉制动器支座（29），所述磁粉制动器支座（29）通过磁粉制动器支座紧固螺栓（28）固定在齿轮箱实验装置的基座上。轴承座实验装置的轴承基座（27）与基座（34）通过轴承基座紧固螺栓（26）固定。齿轮箱装置与基座（34）通过齿轮箱基座紧固螺栓（24）固定。

如图1、图4所示，所述温度传感器（5）分别粘接在被测滚动轴承（9）和正常滚动轴承（17）的轴承座（3）侧面，加速度传感器I（4）分别放置在两轴承的轴承座（3）和齿轮箱（23）上端设有的螺纹孔中，加速度传感器Ⅱ（20）分别放置在两轴承的轴承座（3）和齿轮箱（23）侧端设有的螺纹孔中，声压传感器I（11）用于检测被测滚动轴承（9），放置在滑块（14）上，与滑块（14）之间用声压传感器模块支座（13）调节高度、声压传感器Ⅱ（15）放置在远端的滑块上，之间用声压传感器模块支座（13）调节高度，两个滑块配合固定在滑动滑轨（37）上，可以在其上面滑动;COCO80信号分析仪（33）放置在基座（34）上，所有的传感器的输出线都通过基座（34）内设有的基座凹槽（35）都接入COCO80信号分析仪（33）。检测前先调节声压传感器I（11）和声压传感器II（15）的位置，COCO80信号分析仪（33）进行检测时可以实时、快速的得到旋转机械的振动、温度、噪声的信号数据，因为获得的数据具有连续性、实时性和稳定性，所以在分析的时候建立正常轴承与故障轴承的比较网络，综合从温度、噪音、震动三个角度进行层次分析，并同时诊断齿轮箱故障，在一定置信区间内得到故障类型。

如图2、图3所示，上隔音箱（7）与下隔音箱（8）通过合页（36）进行开合，所述上隔音箱（7）与下隔音箱（8）由亚克力板制作，在其内壁贴上隔音棉，用于对被测滚动轴承（9）进行隔音，并且上隔音箱（7）的外壁设有把手，下隔音箱（7）固定在基座(2)上，上隔音箱（7）与下隔音箱（8）放置在如图2所示位置，将轴承实验装置中的被测滚动轴承（9）、轴承座（3）、传感器部分放在其内，将轴承实验装置中的正常滚动轴承（17）部分放置在隔音箱外部，用于测试轴承噪声更加准确。

在实验开始前，调节声压传感器I（11）和声压传感器II（15）的位置，使磁粉制动器(30)的电源处于OFF状态,关闭所有旋钮。工作时，关闭上隔音箱（7），打开电机（1），由电机（1）带动转轴I（12）旋转，通过联轴器（2）、转轴II（14）、同步轮I（18）、同步轮II（21），进而带动齿轮箱（23）内的行星齿轮和磁粉制动器（33）旋转，通过各传感器采集各自的信号传递给信号分析仪进行故障诊断。

本发明为其提供模拟的工作环境。且该装置内可以通过电机调节旋转速度。电机（1）通过电机紧固螺栓（35）固定在基座（2）上，基座（2）底部装有6个基座减震座（32）可以有效的减少电机（1）的振动进而减少对实验噪声和振动的影响。所述电机为轴承提供不同转速，可以提供不同的条件。通过转轴传动带动正常滚动轴承（17）和故障滚动轴承（9），为了确保是在相同条件下测得数据增强可靠性，用联轴器进行转轴联接。其优点是可以快速拆装被测滚动轴承（9）及其轴承座（3）。基座（2）、基座减振座（32）、轴承座（3）、轴承座垫块（19）、轴承基座（27）在高度上相配合保证转轴同轴度，增加轴承配合的精度，减少轴承旋转过程中产生的摩擦误差，影响故障分析结果。

在更换轴承时，关闭电机电源，将转轴I（12）与转轴II（16）之间的两个联轴器（3）松开，松动四个轴承端盖紧固螺栓（10），去除轴承外圈；把轴承内圈的轴移出，将轴承内圈取下，换上有缺陷的轴承，把前面拆下的部件按照顺序装上，最后接通电源转动起来。

总而言之，本发明通过多个传感器与COCO80信号分析仪连接，测试的各种数据及其变化的曲线能够在信号分析仪上显示并采集，通过分析被测轴承与正常轴承的振动、噪声、温度等信号数据来更加全面的、准确的进行故障类型诊断分析，并同时测得齿轮箱的横向与径向振动信号，进行更为系统的分析检测。试验时先将本发明的各部件调整到实验状态，检查无误后，即可进行测验。试验的目的是更好地辅助人们对旋转机械故障的诊断，提高精度和可靠性，本发明对旋转机械的实际工况检测有极大的价值。

对于本领域技术人员，本发明专利不仅不限于上述示范性实施例的细节，并且在遵循本发明专利的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明专利。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何简单修改，等同替换和简易改进均应在本发明发明保护范围之内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案。

Claims (9)

1.一种旋转机械复合诊断装置，包括基座及设置在基座上的轴承实验装置、齿轮箱实验装置和检测装置，其特征在于：所述轴承实验装置由两个转轴通过联轴器连接轴承，并在左侧通过联轴器连接电机，通过调节电机控制轴承旋转速度，并可快速拆装轴承；所述齿轮箱实验装置同步轮与轴承实验装置连接，通过齿轮箱转轴连接齿轮箱，再通过联轴器连接磁粉制动器，所述磁粉制动器用于对齿轮箱内齿轮和轴承实现装置进行制动并增加负载，在齿轮箱的上面和侧面分别放置加速度传感器，可测量齿轮箱内齿轮的横向振动与纵向振动从而检测齿轮复合故障；所述检测装置由温度传感器、加速度传感器、声压传感器和COCO80信号分析仪组成，其中温度传感器和加速度传感器固定在轴承实验装置的轴承座两侧上，温度传感器在其侧面，加速度传感器分别放置在轴承试验装置中轴承座侧端与上端设置的螺纹孔内，声压传感器在侧面通过一个直线滑轨固定，通过移动声压传感器下端的滑块进而移动声压传感器测得轴承不同位置的实时噪音数据。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：所述轴承试验装置中的转轴一端通过联轴器与主轴联接，另一端与同步轮连接，两个同步轮之间用同步带连接，同步轮与齿轮箱、磁粉制动器连接用于对齿轮箱和轴承进行制动并提供负载。

3.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：轴承座上方与侧面设有螺纹孔用于固定在其上的加速度传感器，在轴承座右方有用粘胶剂固定其上的温度传感器，

电机的输出轴通过联轴器与主轴连接，当电机工作时，主轴便能旋转，用以测试各种条件下滚动轴承的故障情况。

4.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：轴承座、轴、主轴、加速度传感器、联轴器、温度传感器、声压传感器、噪声支承座、直线滑块导轨位于隔音箱内部，上下隔音箱通过合页连接实现开合；上下隔音箱合上可以有效的降低外界环境噪声对箱内声压传感器的干扰，从而使声压传感器准确的测量旋转机械在运行中的声音。

5.根据权利要求2所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：所述轴承座实验装置的两转轴之间连接，方便拆卸轴上轴承座；在基座各角均匀分布着小的圆柱减震器，可以减缓设备本身震动对声压传感器的影响。

6.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：被测故障轴承放在隔音箱内部，正常轴承放在隔音箱外部。

7.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：为保证所有传动轴都在一条水平直线上，减少测试误差，除了有轴承座，还有轴承垫块来保证同轴度，从而减小了测量过程中造成的磨损，提高了故障检测精度。

8.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：轴承实验装置内包括轴承实验基座，齿轮箱装置内包括齿轮箱实验基座。

9.根据权利要求1所述的一种旋转机械复合诊断装置，其特征在于：声压传感器放置在声压传感器支架上，声压传感器固定在滑动滑轨的滑块上，滑块可以在滑动滑轨上移动。