一种用于滚动轴承电蚀测试的装置的制作方法

1.本发明属于轴承测试设备技术领域，具体涉及一种用于滚动轴承电蚀测试的装置。


背景技术：

2.滚动轴承是机器设备上一种十分常用的零部件，一般情况下，滚动轴承主要有力损坏、热损坏和电损坏三种损坏形式。对于电机轴承来说，其电损坏是主要的损坏形式，即轴承电蚀损坏。轴承电蚀指的是电流在旋转中的轴承内外滚道和滚动体接触部分流动时，击穿润滑油膜发生火花放电，使得金属表面出现损伤的现象。润滑脂在轴承的内圈、外圈和滚动体之间会形成润滑油膜，一般情况下油膜厚度非常薄(0.1微米到1微米)，当产生电流，并超过油膜的阈值电压时，轴承电流就会击穿油膜，导致滚动体和滚道表面的损伤。这种损伤以一种称为脊痕的条纹或局部熔融的凹坑而闻名，它引起振动和噪音，并导致轴承的使用寿命降低。此外，还同时导致了润滑脂变质的问题。因此，对轴承电蚀的研究已经变得不可或缺。
3.电机中的滚动轴承存在电蚀是一种很长时间以来已知的现象，但一直未得到足够的重视，近年来，由于电动汽车的迅猛发展，特别是随着现代电力传输系统中越来越多地使用变频器进行电机的连续速度控制，轴承电蚀的问题将在未来变得越来越突出，而且在电动汽车动力系统中使用更高电压的趋势，将导致更高的能量放电。变频调速技术的普及，轴承电蚀现象将频繁发生。
4.对电机可靠性的研究表明，由于电机轴承的损坏而导致的电机损坏占损坏总数的40％，而有25％的电机轴承损坏是由于pwm逆变器的dv/dt引起的，而且这一数字正随着igbt等高性能器件的广泛使用而以惊人的速度增加，所以这一问题已经成为国内外研究的热点。研究表明，pwm逆变器供电下电机轴承的损坏是由于产生了所谓的“轴电压”和“轴承电流”，电机的轴电压是转子轴到定子的电压值，由该电压通过轴承而产生的电流形成轴承电流。
5.现有的模拟轴承产生轴承电流的设备大多数用作研究在导电情况下轴承的耐久性试验。然而，对轴承的电蚀机理，不同电流密度对轴承电蚀损坏过程以及润滑脂性能退化的影响规律的研究还比较少。


技术实现要素：

6.针对现有技术的缺陷，该发明提出了一种新型的用于滚动轴承电蚀特性测试研究的装置。为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案如下：
7.一种用于滚动轴承电蚀测试的装置，包括机架，机架上沿竖直方向固定设有圆柱形的套筒，沿套筒轴线设有可轴向旋转的主轴，沿主轴由上至下依次套设有背紧螺母、上支撑轴承、环形滑块、被试轴承、试验滑座、环形测力传感器、压缩弹簧和下支撑轴承；背紧螺母外径与套筒内壁之间螺纹配合，背紧螺母内壁与主轴表面不相接触；上支撑轴承和试验
滑座可沿套筒内壁上下滑动，环形滑块可沿主轴上下滑动且与主轴同步旋转；下支撑轴承固定安装在机架上并对主轴进行承托，压缩弹簧下端压在机架上；试验滑座上端面设有环形金属板，被试轴承为推力球轴承，被试轴承的下表面压在环形金属板上；机架上还设有电信号测量单元，所述电信号测量单元包含有直流电源，套筒上端设有与主轴表面相接触的导电碳刷，电信号测量单元通过导线与环形金属板及导电碳刷分别连接，由电信号测量单元输出的直流电流经过环形金属板、被试轴承、主轴和导电碳刷并返回电信号测量单元形成串联的闭合回路，在回路线路上设有可调电阻。
8.优选的，主轴通过设置在机架上的电机通过多楔带驱动旋转。
9.优选的，被试轴承为分离结构，包括轴圈、座圈、钢球和保持架，轴圈内径与主轴表面相接触配合，座圈内径与主轴表面不相接触，座圈的下表面压在环形金属板。
10.优选的，试验滑座上设有温度传感器，所述温度传感器探头与座圈相接触。
11.进一步的，套筒上设有微型气泵。
12.优选的，主轴表面与环形滑块内径之间沿竖直方向设有相互配合的花键。
13.优选的，上支撑轴承与套筒内壁之间设有第一轴承座，第一轴承座由绝缘材料制成。
14.进一步的，第一轴承座外周面设有竖向槽，并通过穿过套筒的带销紧定螺钉固定。
15.优选的，试验滑座外周面设有竖向槽，并通过穿过套筒的带销紧定螺钉固定，试验滑座底部设有油封。
16.优选的，下支撑轴承通过第二轴承座固定安装在机架上，主轴靠近下端处设有承托在下支撑轴承上的台阶部，主轴下段与下支撑轴承内圈相配合，下支撑轴承外圆周面与第二轴承座之间设有绝缘套。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本装置使用推力球轴承为试验轴承，易于拆卸与组装，能够实时监测轴承电压的变化，试验开始之前可以对试验载荷、电流或电压进行设定，试验过程中可随时停止，拆卸观察分析和测量沟道以及钢球的电蚀情况，拆卸不会对轴承造成破坏，重新组装后继续试验，方便观察试验过程中轴承电蚀过程，研究轴承电蚀机理；可分别对不同转速、载荷、温度以及电流强度下轴承的电蚀参数进行测试，便于润滑脂的失效分析；可在单一参数下进行短时间的测试，例如几分钟到几个小时，并以较高的数据采集率记录测试过程中的电信号变化，便于对试验结果的分析。
附图说明
18.图1：本发明的总体剖视结构示意图。
19.图2：本发明的侧视结构示意图。
20.图3：本发明上半部分的剖视结构示意图。
21.图4：本发明下半部分的剖视结构示意图。
22.图5：本发明中环形滑块与主轴的立体结构示意图。
23.图6：本发明中被试轴承的剖视结构示意图。
24.各图中：
25.1.机架；11.电机；12.多楔带；2.套筒；21.微型气泵；3.主轴；4.背紧螺母；5.上支撑轴承；51.第一轴承座；6.环形滑块；7.被试轴承；71.轴圈；72.座圈；73.钢球；74.保持架；
8.试验滑座；81.环形金属板；82.油封；83.温度传感器；9.环形测力传感器；10.压缩弹簧；11.下支撑轴承；111.第二轴承座；112.绝缘套；12.电信号测量单元；121.直流电源；122.导电碳刷；123.可调电阻。
具体实施方式
26.下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.一种用于滚动轴承电蚀测试的装置，参照图1至图4所示，包括机架1，机架1上沿竖直方向固定设有圆柱形的套筒2，沿所述套筒2轴线设有可轴向旋转的主轴3，主轴3的旋转可通过设置在机架1上的电机11通过多楔带12驱动；沿所述主轴3由上至下依次套设有背紧螺母4、上支撑轴承5、环形滑块6、被试轴承7、试验滑座8、环形测力传感器9、压缩弹簧10和下支撑轴承11；背紧螺母4外径与套筒2内壁之间螺纹配合，背紧螺母4内壁与主轴3表面不相接触，上支撑轴承5和试验滑座7可沿套筒2内壁上下滑动，环形滑块6可沿主轴3上下滑动且与主轴3同步旋转，在一种具体结构中，参照图5所示，主轴3表面与环形滑块6内径之间沿竖直方向设有相互配合的花键。下支撑轴承10固定安装在机架1上并对主轴3进行承托，压缩弹簧10下端压在机架1上。在一种具体结构中，主轴3靠近下端处设有台阶部，台阶部以下部分与下支撑轴承10内圈相配合，台阶面承托在下支撑轴承10上，通过下支撑轴承10对主轴3进行向下的限位。上支撑轴承5和下支撑轴承10共同作用，对主轴3进行轴向上的限位，确保主轴3旋转时轴向上保持平稳。试验滑座8上端面设有环形金属板81，被试轴承7为推力球轴承，被试轴承7的下表面压在环形金属板81。具体的，被试轴承7为可分离结构，参照图6所示，被试轴承7包括轴圈71、座圈72、钢球73和保持架74，轴圈71内径与主轴3表面相接触配合，座圈72内径与主轴3表面不相接触，座圈72的下表面与环形金属板81相接触。机架1上还设有电信号测量单元12，所述电信号测量单元12包含有直流电源121，套筒2上端设有与主轴3表面相接触的导电碳刷122，电信号测量单元12通过导线与环形金属板81及导电碳刷122分别连接，由电信号测量单元12输出的直流电流经过环形金属板81、被试轴承7、主轴3和导电碳刷122并返回电信号测量单元12形成串联的闭合回路，在回路线路上设有可调电阻123。通过直流电源121可以进行输出电信号的设置，通过可调电阻123可以进行回路电信号的调节，从而更加灵活的模拟轴承的电流电压工况，该装置中所使用的电信号测量单元12、直流电源121和可调电阻123均为现有常见的仪器设备，故不作具体描述。
28.该装置的工作过程和原理如下：首先进入调整状态，将主轴3通过下支撑轴承11安装在机架1上，并做好主轴3上端部的绝缘，将压缩弹簧10和环形测力传感器9依次安装在主轴3上，将被试轴承7安装在垫有环形金属板81的试验滑座8上，然后将试验滑座8和被试轴承7安装到主轴3上，环形金属板81处提前接好接线端子和导线，之后依次将环形滑块6和上支撑轴承5安装在主轴3上，至此主轴单元安装完成。然后用套筒2将主轴单元套住并固定在机架1上，上支撑轴承5和试验滑座8与套筒3的内壁相配合，可沿套筒3内壁上下滑动，在一
种优选实施例中，参照图3所示，上支撑轴承5与套筒2内壁之间设有由绝缘材料制成的第一轴承座51，第一轴承座51外周面设有竖向槽，并通过穿过套筒2的带销紧定螺钉固定；试验滑座8外周面也设有竖向槽，并通过穿过套筒2的带销紧定螺钉固定，在上支撑轴承5和试验滑座8安装在主轴3上时调整好角度，使竖向槽与带销紧定螺钉的位置相对应，套筒2安装之后，上支撑轴承5和试验滑座8可沿套筒2内壁上下滑动，而周向上不会发生旋转。为防止试验轴承7中的润滑脂泄漏和污染，可在试验滑座8底部设置油封82。套筒2的一侧设有竖向的开口，用于与环形金属板81相连接导线的引出。在主轴3上方安装好背紧螺母4，连接好导电碳刷122和导线。安装好套筒2之后，将与环形金属板81和导电碳刷122连接的导线分别连接到电信号测量单元12的输出端和输入端，在导线上串联可调电阻123。调整好电信号测量单元12和可调电阻123至测试状态后，向下旋转背紧螺母4，被试轴承7的载荷由背紧螺母4配合压缩弹簧10进行加载，向下旋转背紧螺母4时，对主轴3上通过花键配合的环形滑块6施加压力，通过环形滑块6传递给被试轴承7，试轴承7压紧在试验滑座8上，试验滑座8将载荷向下传递给环形测力传感器9，并利用下方的压缩弹簧10缓冲施加的载荷，观察环形测力传感器9所连接的显示屏上压力数值的变化，达到向被试轴承7施加预定载荷的目的。接通电信号测量单元12的开关，电信号由直流电源121发出，经由环形金属板81、被试轴承7的座圈72、钢球73、轴圈71、主轴3、导电碳刷122和可调电阻123后返回电信号测量单元12，形成闭合回路。同时主轴3在电机11带动下开始旋转，通过与电机11连接的控制器可实时显示和控制转速。被试轴承7放置在环形滑块6下面，实验时，通过背紧螺母4施加沿主轴3轴向向下的力，从而使环形滑块6与被试轴承7的轴圈71紧密接触，利用二者之间的摩擦力，当主轴3带动环形滑块6同步旋转时，环形滑块6带动被试轴承7的轴圈71旋转，同时座圈72压紧在环形金属板81上，试验滑座8被带销紧定螺钉限位只能上下活动不会发生旋转，因此主轴3的转速即为被试轴承7轴圈71和座圈72之间的相对转速。试验过程中，随时观察信号的变化，当监测到与轴承电蚀相关的特征电信号时，可以随时暂停试验，取下被试轴承7，对被试轴承7的沟道、钢球73的表面状况，以及润滑脂的状态进行观察，然后重新组装，继续试验。
29.在一种优选实施例中，试验滑试8上设有温度传感器83，所述温度传感器83探头与座圈73相接触，用于对被试轴承7温度的监测，套筒2上设有微型气泵21，通过空气循环冷却降温，从而达到控制调节套筒2内试验环境温度的目的。
30.为了更好地确保电蚀测试电路的闭合，使电流不会从套筒2和机架1传导外泄，该装置进行了合理的绝缘设计。主轴3通过多楔带12驱动旋转可有效杜绝主轴3与机架1之间的电传导，背紧螺母4的内径不与主轴3表面相接触，上支撑轴承5与套筒2之间的第一轴承座51由绝缘材料制成，被试轴承7的轴圈71内径与主轴3表面接触配合，座圈72内径与主轴3表面不相接触，试验滑座8由绝缘材料制成，座圈72通过试验滑座8上的环形金属板81与外部电路连接，下支撑轴承11通过第二轴承座111固定安装在机架1上，下支撑轴承11的外圆周面与第二轴承座111之间设有绝缘套112。
31.相较于现有技术，本装置使用推力球轴承为试验轴承7，易于拆卸与组装，能够实时监测轴承电压的变化，试验开始之前可以对试验载荷、电流或电压进行设定，试验过程中可随时停止，拆卸观察分析和测量沟道以及钢球的电蚀情况，拆卸不会对轴承造成破坏，重新组装后继续试验，方便观察试验过程中轴承电蚀过程，研究轴承电蚀机理；可分别对不同转速、载荷、温度以及电流强度下轴承的电蚀参数进行测试，便于润滑脂的失效分析；可在
单一参数下进行短时间的测试，例如几分钟到几个小时，并以较高的数据采集率记录测试过程中的电信号变化，便于对试验结果的分析。
32.综上所述，该发明所提供的一种用于滚动轴承电蚀测试的装置，有效解决了现有技术缺乏对不同电流、载荷、转速、温度等条件下轴承电蚀特性进行检测的手段和试验数据采集率较低的问题，具有很高的利用价值和使用意义，可大量推广应用。
33.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。