一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置的制造方法
一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机领域，特别涉及一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置。
【背景技术】
[0002]轴承是电机重要组成部件，极易受到损伤。轴承损伤一般有热损伤、力损伤和电损伤三种，其中又以电损伤为主。据文献统计，25%的轴承损伤是由于轴电流引起的。现代的电机变频器采用脉冲宽度调制(PWM)技术，会在电机三相绕组中性点处存在共模电压，即PWM逆变器输出的零序电压。共模电压的存在会在电机转轴上感应出轴电压，当轴电压达到油膜的阈值电压时，会击穿油膜产生轴电流，从而对轴承造成损伤，缩短轴承的使用寿命。所以，这种模拟电机轴承轴电流损伤的试验装置，对于研究电机轴承的故障预警与提高电机轴承运行可靠性具有重要的工程实用价值。目前国内外多数从如何保护轴承不受轴电流损伤的角度考虑，而没有针对怎样检测和识别轴电流对轴承造成的影响进行研究，没有挖掘轴电流的形成和轴电流对轴承造成损伤的本质，所以就导致不能对轴承进行全面的故障诊断。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、能模拟真实工况下电机轴承轴电流损伤演变过程的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置。
[0004]本发明解决上述问题的技术方案是:一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置和底座，所述传动装置包括旋转主轴、联轴器、轴承、支承座和轴承座，所述驱动装置和支承座分别安装在底座两侧，驱动装置经联轴器与旋转主轴的一端相连，旋转主轴的另一端安装在支承座上，所述旋转主轴的中部套设有转盘，旋转主轴上左右对称设有两个轴承，轴承的内圈固定在旋转主轴上，轴承的外圈固定在轴承座上，轴承座安装在底座上;所述加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置，轴承电流产生装置与旋转主轴相连，轴承外圈通过导线接地，径向载荷加载装置安装在轴承上;所述测控装置包括振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器、采集卡和上位机，所述振动加速度传感器安装在轴承的侧面并与轴承外圈接触，转速传感器安装在旋转主轴上，电流传感器安装在轴承座与轴承之间，力传感器安装在轴承座侧面，振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器的信号输出端与采集卡的输入端相连，采集卡的输出端与上位机相连。
[0005]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述轴承电流产生装置包括蓄电池、熔断器、电阻、滑动变阻器、电刷、开关，所述蓄电池、熔断器、开关、电阻、电刷依次串接，滑动变阻器并接在电阻两端，电刷与旋转主轴相连。
[0006]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述旋转主轴与联轴器接触部分、轴承与轴承座接触部分均设有绝缘涂层。
[0007]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述绝缘涂层采用氧化铝或氧化铝钛粉末。
[0008]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述旋转主轴上方设有安全罩。
[0009]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述轴承为深沟球轴承。
[0010]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述驱动装置为变频电机。
[0011]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述变频电机与底座之间设有垫块。
[0012]本发明的有益效果在于:本发明包括加载装置和测控装置，加载装置的轴承电流产生装置为主轴提供轴电压，加载装置的径向载荷加载装置调节轴承所承受的径向载荷的大小，测控装置用于检测轴承的各状态参数，通过加载装置和测控装置的结合，方便有效地模拟轴承在不同工况下，轴电流对轴承造成的不同损伤情况，为电机轴承的故障预警与提高风电机轴承运行可靠性提供了试验依据与支撑。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图。
[0014]图2为图1中径向载荷加载装置的安装示意图。
[0015]图3为图1的A-A剖视图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0017]如图1所示，本发明包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置和底座14。
[0018]所述驱动装置为变频电机1，变频电机1安装在垫块12上，垫块12安装在底座14上，可以通过控制变频电机1的转速，模拟不同转速下产生的轴电流对轴承的损伤程度。
[0019]所述传动装置包括旋转主轴4、转盘7、联轴器2、轴承5、支承座11和轴承座16，所述变频电机1和支承座11分别安装在底座14两侧，变频电机1输出轴经联轴器2与旋转主轴4的一端相连，旋转主轴4与联轴器2接触部分设有第一绝缘涂层3，确保旋转主轴4与联轴器2绝缘，旋转主轴4的另一端经联轴器2与传动轴10的一端绝缘连接，传动轴10的另一端安装在支承座11上，支承座11可承受传动的径向力与扭矩，并起到支撑作用;所述旋转主轴4的中部套设有转盘7，转盘7可等效替代电机内部的转子部分;旋转主轴4上方设有安全罩13，旋转主轴4上左右对称设有两个轴承5，所述轴承5为深沟球轴承，轴承5的内圈固定在旋转主轴4上，轴承5的外圈固定在轴承座16上，轴承座16安装在底座14上，轴承5与轴承座16接触部分设有第二绝缘涂层9，确保轴承5与轴承座16接触处绝缘，第一绝缘涂层3和第二绝缘涂层9采用氧化铝或氧化铝钛粉末。
[0020]所述加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置8，所述轴承电流产生装置模拟轴电流的产生，其包括蓄电池18、熔断器、电阻、滑动变阻器、电刷17、开关，蓄电池18作为电源，熔断器用于防止电路短路，对电路起到安全保护座用;所述蓄电池18、熔断器、开关、电阻、电刷17依次串接，滑动变阻器并接在电阻两端，电刷17与旋转主轴4相连，保持轴承电流产生装置与旋转主轴4两端互相导通，且轴承5外圈通过导线接地;滑动变阻器采用分压式接法，可以大范围连续调节轴承电流产生装置输出的电流与电压的大小，从而模拟轴承油膜被击穿产生轴电流的瞬间，使轴承滚道产生早期微小损伤至逐渐演变成有规律的条纹状凹槽的整个过程;如图2所示，径向载荷加载装置8采用螺旋弹簧连接在轴承5上，通过旋转螺旋弹簧可以精确调节实际工况下轴承5所承受的径向载荷的大小，模拟轴电流与径向载荷同时作用时，轴承滚道的损伤变化情况。
[0021]所述测控装置包括振动加速度传感器20、转速传感器6、电流传感器15、力传感器19、采集卡和上位机，如图1、图3所示，所述振动加速度传感器20安装在轴承5的侧面并与轴承5外圈接触，测试轴电流损伤后的轴承5内外滚道的振动信号;转速传感器6安装在旋转主轴4上，检测不同工况下的轴承5转速；电流传感器15安装在轴承座16与轴承5之间，检测轴承油膜击穿瞬间轴电流的大小；力传感器19安装在轴承座16侧面，测试轴承5运转时轴承径向加载装置所施加的径向力的大小，即轴承5所承受的径向力大小;振动加速度传感器20、转速传感器6、电流传感器15、力传感器19的信号输出端与采集卡的输入端相连，采集卡的输出端与上位机相连，并在上位机上显示出相应的采集信号。
[0022]本发明的工作原理如下:轴承电流产生装置模拟轴电流的产生，产生的轴电流通过电刷17接入旋转主轴4，给测试部分提供轴电压，通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，从而调节轴承电流产生装置输出的电流与电压的大小;通过旋转螺旋弹簧调节实际工况下轴承5所承受的径向载荷的大小；测控装置的振动加速度传感器20测试轴电流损伤后的轴承5内外滚道的振动信号，转速传感器6检测不同工况下的轴承5转速，电流传感器15检测轴承油膜击穿瞬间轴电流的大小，力传感器19测试轴承5运转时轴承径向加载装置所施加的径向力的大小，从而方便有效地模拟轴承5在不同工况下，轴电流对轴承5造成的不同损伤情况，为电机轴承的故障预警与提高风电机轴承运行可靠性提供了试验依据与支撑。
【主权项】
1.一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置和底座，所述传动装置包括旋转主轴、联轴器、轴承、支承座和轴承座，所述驱动装置和支承座分别安装在底座两侧，驱动装置经联轴器与旋转主轴的一端相连，旋转主轴的另一端安装在支承座上，所述旋转主轴的中部套设有转盘，旋转主轴上左右对称设有两个轴承，轴承的内圈固定在旋转主轴上，轴承的外圈固定在轴承座上，轴承座安装在底座上;所述加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置，轴承电流产生装置与旋转主轴相连，轴承外圈通过导线接地，径向载荷加载装置安装在轴承上;所述测控装置包括振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器、采集卡和上位机，所述振动加速度传感器安装在轴承的侧面并与轴承外圈接触，转速传感器安装在旋转主轴上，电流传感器安装在轴承座与轴承之间，力传感器安装在轴承座侧面，振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器的信号输出端与采集卡的输入端相连，采集卡的输出端与上位机相连。2.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述轴承电流产生装置包括蓄电池、熔断器、电阻、滑动变阻器、电刷、开关，所述蓄电池、熔断器、开关、电阻、电刷依次串接，滑动变阻器并接在电阻两端，电刷与旋转主轴相连。3.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述旋转主轴与联轴器接触部分、轴承与轴承座接触部分均设有绝缘涂层。4.根据权利要求3所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述绝缘涂层采用氧化铝或氧化铝钛粉末。5.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述旋转主轴上方设有安全罩。6.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述轴承为深沟球轴承。7.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述驱动装置为变频电机。8.根据权利要求7所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述变频电机与底座之间设有垫块。
【专利摘要】本发明公开了一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置，传动装置包括旋转主轴、联轴器、轴承和轴承座，驱动装置经联轴器与旋转主轴相连，旋转主轴上对称设有两个轴承，轴承的外圈固定在轴承座上，轴承座安装在底座上；加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置，轴承电流产生装置与旋转主轴相连，轴承外圈通过导线接地，径向载荷加载装置安装在轴承上；测控装置包括振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器、采集卡和上位机。本发明通过加载装置和测控装置的结合，模拟轴承在不同工况下，轴电流对轴承造成的不同损伤情况，为电机轴承的故障预警与运行可靠性提供了试验依据与支撑。
【IPC分类】G01M13/04
【公开号】CN105486506
【申请号】CN201610039716
【发明人】王广斌, 孟宪文, 杜谋军, 邓文辉, 李龙, 杜晓阳
【申请人】湖南科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月21日
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机领域，特别涉及一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置。
【背景技术】
[0002]轴承是电机重要组成部件，极易受到损伤。轴承损伤一般有热损伤、力损伤和电损伤三种，其中又以电损伤为主。据文献统计，25%的轴承损伤是由于轴电流引起的。现代的电机变频器采用脉冲宽度调制(PWM)技术，会在电机三相绕组中性点处存在共模电压，即PWM逆变器输出的零序电压。共模电压的存在会在电机转轴上感应出轴电压，当轴电压达到油膜的阈值电压时，会击穿油膜产生轴电流，从而对轴承造成损伤，缩短轴承的使用寿命。所以，这种模拟电机轴承轴电流损伤的试验装置，对于研究电机轴承的故障预警与提高电机轴承运行可靠性具有重要的工程实用价值。目前国内外多数从如何保护轴承不受轴电流损伤的角度考虑，而没有针对怎样检测和识别轴电流对轴承造成的影响进行研究，没有挖掘轴电流的形成和轴电流对轴承造成损伤的本质，所以就导致不能对轴承进行全面的故障诊断。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、能模拟真实工况下电机轴承轴电流损伤演变过程的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置。
[0004]本发明解决上述问题的技术方案是:一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置和底座，所述传动装置包括旋转主轴、联轴器、轴承、支承座和轴承座，所述驱动装置和支承座分别安装在底座两侧，驱动装置经联轴器与旋转主轴的一端相连，旋转主轴的另一端安装在支承座上，所述旋转主轴的中部套设有转盘，旋转主轴上左右对称设有两个轴承，轴承的内圈固定在旋转主轴上，轴承的外圈固定在轴承座上，轴承座安装在底座上;所述加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置，轴承电流产生装置与旋转主轴相连，轴承外圈通过导线接地，径向载荷加载装置安装在轴承上;所述测控装置包括振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器、采集卡和上位机，所述振动加速度传感器安装在轴承的侧面并与轴承外圈接触，转速传感器安装在旋转主轴上，电流传感器安装在轴承座与轴承之间，力传感器安装在轴承座侧面，振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器的信号输出端与采集卡的输入端相连，采集卡的输出端与上位机相连。
[0005]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述轴承电流产生装置包括蓄电池、熔断器、电阻、滑动变阻器、电刷、开关，所述蓄电池、熔断器、开关、电阻、电刷依次串接，滑动变阻器并接在电阻两端，电刷与旋转主轴相连。
[0006]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述旋转主轴与联轴器接触部分、轴承与轴承座接触部分均设有绝缘涂层。
[0007]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述绝缘涂层采用氧化铝或氧化铝钛粉末。
[0008]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述旋转主轴上方设有安全罩。
[0009]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述轴承为深沟球轴承。
[0010]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述驱动装置为变频电机。
[0011]上述模拟电机轴承轴电流损伤试验装置中，所述变频电机与底座之间设有垫块。
[0012]本发明的有益效果在于:本发明包括加载装置和测控装置，加载装置的轴承电流产生装置为主轴提供轴电压，加载装置的径向载荷加载装置调节轴承所承受的径向载荷的大小，测控装置用于检测轴承的各状态参数，通过加载装置和测控装置的结合，方便有效地模拟轴承在不同工况下，轴电流对轴承造成的不同损伤情况，为电机轴承的故障预警与提高风电机轴承运行可靠性提供了试验依据与支撑。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图。
[0014]图2为图1中径向载荷加载装置的安装示意图。
[0015]图3为图1的A-A剖视图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0017]如图1所示，本发明包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置和底座14。
[0018]所述驱动装置为变频电机1，变频电机1安装在垫块12上，垫块12安装在底座14上，可以通过控制变频电机1的转速，模拟不同转速下产生的轴电流对轴承的损伤程度。
[0019]所述传动装置包括旋转主轴4、转盘7、联轴器2、轴承5、支承座11和轴承座16，所述变频电机1和支承座11分别安装在底座14两侧，变频电机1输出轴经联轴器2与旋转主轴4的一端相连，旋转主轴4与联轴器2接触部分设有第一绝缘涂层3，确保旋转主轴4与联轴器2绝缘，旋转主轴4的另一端经联轴器2与传动轴10的一端绝缘连接，传动轴10的另一端安装在支承座11上，支承座11可承受传动的径向力与扭矩，并起到支撑作用;所述旋转主轴4的中部套设有转盘7，转盘7可等效替代电机内部的转子部分;旋转主轴4上方设有安全罩13，旋转主轴4上左右对称设有两个轴承5，所述轴承5为深沟球轴承，轴承5的内圈固定在旋转主轴4上，轴承5的外圈固定在轴承座16上，轴承座16安装在底座14上，轴承5与轴承座16接触部分设有第二绝缘涂层9，确保轴承5与轴承座16接触处绝缘，第一绝缘涂层3和第二绝缘涂层9采用氧化铝或氧化铝钛粉末。
[0020]所述加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置8，所述轴承电流产生装置模拟轴电流的产生，其包括蓄电池18、熔断器、电阻、滑动变阻器、电刷17、开关，蓄电池18作为电源，熔断器用于防止电路短路，对电路起到安全保护座用;所述蓄电池18、熔断器、开关、电阻、电刷17依次串接，滑动变阻器并接在电阻两端，电刷17与旋转主轴4相连，保持轴承电流产生装置与旋转主轴4两端互相导通，且轴承5外圈通过导线接地;滑动变阻器采用分压式接法，可以大范围连续调节轴承电流产生装置输出的电流与电压的大小，从而模拟轴承油膜被击穿产生轴电流的瞬间，使轴承滚道产生早期微小损伤至逐渐演变成有规律的条纹状凹槽的整个过程;如图2所示，径向载荷加载装置8采用螺旋弹簧连接在轴承5上，通过旋转螺旋弹簧可以精确调节实际工况下轴承5所承受的径向载荷的大小，模拟轴电流与径向载荷同时作用时，轴承滚道的损伤变化情况。
[0021]所述测控装置包括振动加速度传感器20、转速传感器6、电流传感器15、力传感器19、采集卡和上位机，如图1、图3所示，所述振动加速度传感器20安装在轴承5的侧面并与轴承5外圈接触，测试轴电流损伤后的轴承5内外滚道的振动信号;转速传感器6安装在旋转主轴4上，检测不同工况下的轴承5转速；电流传感器15安装在轴承座16与轴承5之间，检测轴承油膜击穿瞬间轴电流的大小；力传感器19安装在轴承座16侧面，测试轴承5运转时轴承径向加载装置所施加的径向力的大小，即轴承5所承受的径向力大小;振动加速度传感器20、转速传感器6、电流传感器15、力传感器19的信号输出端与采集卡的输入端相连，采集卡的输出端与上位机相连，并在上位机上显示出相应的采集信号。
[0022]本发明的工作原理如下:轴承电流产生装置模拟轴电流的产生，产生的轴电流通过电刷17接入旋转主轴4，给测试部分提供轴电压，通过调节滑动变阻器接入电路的阻值，从而调节轴承电流产生装置输出的电流与电压的大小;通过旋转螺旋弹簧调节实际工况下轴承5所承受的径向载荷的大小；测控装置的振动加速度传感器20测试轴电流损伤后的轴承5内外滚道的振动信号，转速传感器6检测不同工况下的轴承5转速，电流传感器15检测轴承油膜击穿瞬间轴电流的大小，力传感器19测试轴承5运转时轴承径向加载装置所施加的径向力的大小，从而方便有效地模拟轴承5在不同工况下，轴电流对轴承5造成的不同损伤情况，为电机轴承的故障预警与提高风电机轴承运行可靠性提供了试验依据与支撑。
【主权项】
1.一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置和底座，所述传动装置包括旋转主轴、联轴器、轴承、支承座和轴承座，所述驱动装置和支承座分别安装在底座两侧，驱动装置经联轴器与旋转主轴的一端相连，旋转主轴的另一端安装在支承座上，所述旋转主轴的中部套设有转盘，旋转主轴上左右对称设有两个轴承，轴承的内圈固定在旋转主轴上，轴承的外圈固定在轴承座上，轴承座安装在底座上;所述加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置，轴承电流产生装置与旋转主轴相连，轴承外圈通过导线接地，径向载荷加载装置安装在轴承上;所述测控装置包括振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器、采集卡和上位机，所述振动加速度传感器安装在轴承的侧面并与轴承外圈接触，转速传感器安装在旋转主轴上，电流传感器安装在轴承座与轴承之间，力传感器安装在轴承座侧面，振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器的信号输出端与采集卡的输入端相连，采集卡的输出端与上位机相连。2.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述轴承电流产生装置包括蓄电池、熔断器、电阻、滑动变阻器、电刷、开关，所述蓄电池、熔断器、开关、电阻、电刷依次串接，滑动变阻器并接在电阻两端，电刷与旋转主轴相连。3.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述旋转主轴与联轴器接触部分、轴承与轴承座接触部分均设有绝缘涂层。4.根据权利要求3所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述绝缘涂层采用氧化铝或氧化铝钛粉末。5.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述旋转主轴上方设有安全罩。6.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述轴承为深沟球轴承。7.根据权利要求1所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述驱动装置为变频电机。8.根据权利要求7所述的模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，其特征在于:所述变频电机与底座之间设有垫块。
【专利摘要】本发明公开了一种模拟电机轴承轴电流损伤试验装置，包括驱动装置、传动装置、测控装置、加载装置，传动装置包括旋转主轴、联轴器、轴承和轴承座，驱动装置经联轴器与旋转主轴相连，旋转主轴上对称设有两个轴承，轴承的外圈固定在轴承座上，轴承座安装在底座上；加载装置包括轴承电流产生装置与径向载荷加载装置，轴承电流产生装置与旋转主轴相连，轴承外圈通过导线接地，径向载荷加载装置安装在轴承上；测控装置包括振动加速度传感器、转速传感器、电流传感器、力传感器、采集卡和上位机。本发明通过加载装置和测控装置的结合，模拟轴承在不同工况下，轴电流对轴承造成的不同损伤情况，为电机轴承的故障预警与运行可靠性提供了试验依据与支撑。
【IPC分类】G01M13/04
【公开号】CN105486506
【申请号】CN201610039716
【发明人】王广斌, 孟宪文, 杜谋军, 邓文辉, 李龙, 杜晓阳
【申请人】湖南科技大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年1月21日
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