曹茂來(lái)，魏劍波，王進(jìn)漢，張衛(wèi)明，平曉明

(杭州軸承試驗(yàn)研究中心有限公司，杭州 310022)

滾動(dòng)軸承作為各類機(jī)械中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)件，其各項(xiàng)技術(shù)性能直接影響整機(jī)的性能，其中振動(dòng)性能是軸承重要的性能指標(biāo)之一。隨著我國(guó)軸承振動(dòng)測(cè)量新國(guó)標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)量的轉(zhuǎn)速、載荷等測(cè)量技術(shù)條件有了新的要求。然而，現(xiàn)有的BVT-1A，BVT-5，SO910-Ⅲ型等速度(加速度)振動(dòng)測(cè)量?jī)x基于原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)法達(dá)到新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24610—2009所要求的測(cè)試技術(shù)條件。為此，依據(jù)新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸承振動(dòng)測(cè)量技術(shù)方法的要求，研發(fā)了BVT-8型多功能軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x，以滿足不同軸承用戶對(duì)于振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度的測(cè)試需求。

1 振動(dòng)測(cè)量原理

振動(dòng)測(cè)量原理如圖1所示，被測(cè)軸承安裝在芯軸上，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，徑向和軸向加載裝置對(duì)外圈施加測(cè)量載荷，通過(guò)速度或加速度傳感器采集軸承振動(dòng)信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)放大、濾波、檢波和示值等電路處理后由表頭示值。

圖1 測(cè)量原理圖

2 測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)參數(shù)

BVT-8型多功能軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x可用于深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心滾子軸承、圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承的振動(dòng)測(cè)量。

測(cè)量?jī)x的結(jié)構(gòu)如圖2所示。主要由液體靜壓主軸及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)組成，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

1─機(jī)架；2─徑向加載裝置；3─傳感器；4─加速度測(cè)量放大器；5─速度新標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量放大器；6─速度老標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量放大器；7─液體靜壓主軸；8─傳感器調(diào)整裝置；9─軸向加載裝置;10─主軸電動(dòng)機(jī)；11─供油系統(tǒng)

3 主要部件

3.1 液體靜壓主軸

主軸的徑向和軸向均采用液體靜壓軸承支承，具有剛性好、旋轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、發(fā)熱量小、抗振性強(qiáng)和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。主軸由1.1kW的三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)多楔帶傳動(dòng)，變頻器無(wú)極調(diào)速，可滿足不同型號(hào)軸承的測(cè)試要求，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到1 800 r/min。泵站提供5#主軸油潤(rùn)滑，供油壓力為1.5～2.0 MPa。液體靜壓主軸原理如圖3所示，主軸和油泵電動(dòng)機(jī)的電氣原理如圖4所示。

1—電動(dòng)機(jī)；2—粗過(guò)濾器；3—油泵；4—溢流閥；5—壓力表；6—精過(guò)濾器；7—壓力繼電器；8—多楔帶輪；9—主軸；10—靜壓軸承

圖4 主軸和油泵電動(dòng)機(jī)電氣原理圖

3.2 加載裝置

軸向、徑向加載裝置均為氣缸-彈簧加載形式，加載與卸載動(dòng)作由二位四通手動(dòng)換向閥的換向?qū)崿F(xiàn)，進(jìn)氣壓力約0.4 MPa，氣動(dòng)原理如圖5和圖6所示。軸向載荷在0～2 500 N范圍內(nèi)可調(diào)，通過(guò)3個(gè)加載柱將載荷均勻施加到被測(cè)軸承的外圈端面上；徑向載荷在0～1 000 N范圍內(nèi)可調(diào)，通過(guò)加載塊將載荷施加于被測(cè)軸承的外圈表面。

1─空氣過(guò)濾器；2─減壓閥；3─油霧器；4─換向閥；5─滑體支座；6─V形塊；7─加載柱；8─加載盤；9─活塞桿；10─氣缸；11─滑體；12─手輪

1─空氣過(guò)濾器；2─減壓閥；3─油霧器；4─換向閥；5─加載塊；6─活塞桿；7─缸體；8─手輪；9─滑塊；10─滑體；11─鎖緊螺釘；12─支架

3.3 測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)量放大器分為速度測(cè)量放大器(圖7)和加速度測(cè)量放大器(圖8)，采用數(shù)字式數(shù)據(jù)處理方法及噪聲判斷，解決軸承振動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題。傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)輸入到前置放大器，經(jīng)過(guò)變壓器與傳感器輸出阻抗匹配，并通過(guò)放大器電路將傳感器拾取到的電信號(hào)放大到一定電平。

圖7 速度測(cè)量放大器原理

圖8 加速度測(cè)量放大器原理

速度傳感器采用永磁電動(dòng)式傳感器，具有測(cè)力小、諧振頻率高、頻響特性好的優(yōu)點(diǎn)。傳感器測(cè)頭與軸承外圈接觸，將軸承徑向振動(dòng)速度量轉(zhuǎn)換為與之成正比的電信號(hào)。速度測(cè)量放大器設(shè)有諧波電路，以濾除主軸旋轉(zhuǎn)和軸承安裝偏心產(chǎn)生的低頻干擾信號(hào)，面板上的3塊表頭可同步顯示低、中、高3個(gè)頻帶內(nèi)的軸承振動(dòng)速度均方根值。

加速度傳感器選用YD-1型，軸承振動(dòng)加速度級(jí)為

(1)

式中:L為振動(dòng)加速度級(jí)，dB；ax為某一頻率范圍內(nèi)振動(dòng)加速度均方根值或軸承振動(dòng)加速度峰值，m/s2；a0為參考加速度值，取9.81×10-3m/s2。

放大器中設(shè)置有定值電路，可供快速測(cè)量使用；校對(duì)電路用于校對(duì)測(cè)量放大器；監(jiān)聽裝置揚(yáng)聲器可供操作者對(duì)軸承振動(dòng)的異常噪聲進(jìn)行監(jiān)控。另外，輸出接口可與其他分析儀器對(duì)接，以進(jìn)一步分析測(cè)試數(shù)據(jù)。

4 測(cè)量試驗(yàn)

選取國(guó)產(chǎn)軸承6208-2RS和30211各5套，分別采用目前技術(shù)比較成熟的BVT-1A和BVT-6與BVT-8進(jìn)行對(duì)比測(cè)量分析，結(jié)果見(jiàn)表2和表3。分析測(cè)量數(shù)據(jù)可知：在相同試驗(yàn)條件下，由于儀器基礎(chǔ)振動(dòng)的影響，BVT-8軸承測(cè)振儀的測(cè)值會(huì)略大于BVT-1A和BVT-6測(cè)振儀的測(cè)值，但不影響軸承的振動(dòng)評(píng)判，6028-2RS仍屬于V4級(jí)，30211仍屬于V1級(jí)，表明BVT-8振動(dòng)測(cè)量?jī)x的測(cè)量結(jié)果符合軸承的實(shí)際振動(dòng)水平。

表2 6208振動(dòng)測(cè)量結(jié)果(軸向加載150 N，轉(zhuǎn)速1 500 r/min)

表3 30211振動(dòng)測(cè)量結(jié)果(軸向加載400 N，轉(zhuǎn)速900 r/min)

5 結(jié)束語(yǔ)

BVT-8型多功能軸承振動(dòng)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)便?？煞謩e進(jìn)行軸承速度振動(dòng)測(cè)量和加速度振動(dòng)測(cè)量，測(cè)值直觀準(zhǔn)確，測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際的軸承水平相吻合，可供軸承生產(chǎn)廠家自檢或軸承用戶挑選軸承使用，目前已經(jīng)推廣應(yīng)用到30余家軸承生產(chǎn)和使用單位，反饋效果良好。