一种滚动轴承高速振动测量设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种振动检测设备，属于机械工件检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 数控机床和基础制造设备是装备制造业的"工作母机"，一个国家的机床行业技术 水平和产品质量，是衡量其装备制造业发展水平的重要标志。目前，为获得更高的生产效 率、更高的加工质量，广泛应用高速加工技术，而实现加工机床的高速化、高可靠性、高精度 的关键部件是电主轴，实现电主轴高速化的关键部件是轴承，目前脂润滑磨削类电主轴的 dm · η值已高达1.56X 106mmr/min，这对脂润滑轴承的使用性能有很高的要求。脂润滑在出 厂时经过了标准轴承振动试验台的检测，在实际高速使用过程中，主轴出现早期的主轴振 动过大，使用过程中寿命远小于理论使用寿命。因此针对在高转速和低转速的情况下，轴承 表现出不同的振动行为，即使用标准轴承振动测量仪测得的低速振动的性能结果不能代表 高速的使用情况。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是为解决现有轴承检测均是低速检测，而轴承实际工作状态通常是在 高速下运行，目前低速检测手段无法满足对轴承实际性能的掌握，检测数据无法满足实际 工作需的问题，进而提供了 一种滚动轴承高速振动测量设备。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0005] -种滚动轴承高速振动测量设备，它包括试验台、轴向加载装置、传感器定位装 置、驱动主轴和总底座，所述总底座水平设置，所述试验台设置在总底座上，所述传感器定 位装置设置在试验台上，所述传感器定位装置的一侧设置有轴向加载装置，所述传感器定 位装置的另一侧设置有驱动主轴；
[0006] 所述传感器定位装置包括定位底座、定位梁、横梁、丝杠、传感器组件和两个光杆， 所述定位底座固定连接在试验台上，两个光杆并列竖直设置在定位底座上，所述横梁与定 位底座相平行且所述横梁的底部与两个光杆的顶端固定连接，所述两个光杆上套装有定位 梁，所述定位梁沿光杆的长度方向上下往复移动，所述定位梁上穿设有竖直设置的丝杠，所 述定位梁上设置有传感器组件，试验轴承位于定位底座和定位梁之间，所述试验轴承套装 在驱动主轴上且该试验轴承通过轴向加载装置顶紧在驱动主轴上，所述传感器组件的检测 头与试验轴承的外圈相贴紧。
[0007] 本发明与现有技术相比的优点：
[0008] 1、目前各大轴承生产厂商配备的轴承振动测量仪主要有两种:一是轴承振动加速 度测量仪，以S0910系列为代表;二是轴承振动速度测量仪，以BTV系列为代表。本发明为一 种滚动轴承高速振动测量设备，本发明是以S0910系列为基础而研制，既能满足现行国家标 准下对轴承的振动检测，又能扩展试验条件，检测高速工况条件下轴承的振动。
[0009] 2、本发明检测的指标包括测量轴承尺寸范围、振动测值范围、主轴转速、频带范 围、轴向加载、传感器预紧力。建立高速轴承振动测量试验台按照国家标准的要求，兼顾实 际使用需求设计相关指标，既能满足国家标准对轴承振动测量仪的规定，又能检测轴承在 高速运转下的振动。
[0010] 3、本发明使用灵活，适用范围广，样品试验中测量轴承尺寸范围限制为内径为Φ 17_的滚动轴承。当有其他型号轴承的振动测量需求，只需更换驱动主轴中的芯轴即可。
[0011] 4、本发明中轴向加载装置和驱动主轴之间配合设置实现对试验轴承的固定工作， 传感器定位装置实现对试验轴承的检测工作。其中传感器定位装置中传感器组件的频率响 应范围最高能够达到20KHz。
【附图说明】
[0012] 图1是本发明的主视结构示意图；
[0013] 图2是传感器定位装置3的主视结构示意图；
[0014] 图3是图2的俯视结构示意图；
[0015] 图4是传感器组件3-5的主视结构剖面图；
[0016] 图5是轴向加载装置2的主视结构示意图；
[0017] 图6是轴向加载装置2的俯视结构剖面图；
[0018] 图7是轴承的打滑率随轴向力的变化的曲线图；
[0019]图8是不同预紧力下轴承的振动幅值的分布图；
[0020]图9是标准轴承振动测量仪的振动检测结果柱状图；
[0021]图10是标准轴承振动测量仪的振动等级评价柱状图；
[0022]图11是本发明的振动检测结果的柱状图；
[0023]图12是本发明的试验轴承振动等级评价柱状图；
[0024] 图13是本发明两次振动检测的对比分析图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0025] 一:下面结合图1至图13说明本实施方式，本实施方式包括试验台1、 轴向加载装置2、传感器定位装置3、驱动主轴5和总底座7,所述总底座7水平设置，所述试验 台1设置在总底座7上，所述传感器定位装置3设置在试验台1上，所述传感器定位装置3的一 侧设置有轴向加载装置2,所述传感器定位装置3的另一侧设置有驱动主轴5;
[0026] 所述传感器定位装置3包括定位底座3-1、定位梁3-2、横梁3-3、丝杠3-4、传感器组 件3-5和两个光杆3-6，所述定位底座3-1固定连接在试验台1上，两个光杆3-6并列竖直设置 在定位底座3-1上，所述横梁3-3与定位底座3-1相平行且所述横梁3-3的底部与两个光杆3-6的顶端固定连接，所述两个光杆3-6上套装有定位梁3-2,所述定位梁3-2沿光杆3-6的长度 方向上下往复移动，所述定位梁3-2上穿设有竖直设置的丝杠 3-4,所述定位梁3-2上设置有 传感器组件3-5,试验轴承4位于定位底座3-1和定位梁3-2之间，所述试验轴承4套装在驱动 主轴5上且该试验轴承4通过轴向加载装置2顶紧在驱动主轴5上，所述传感器组件3-5的检 测头与试验轴承4的外圈相贴紧。
[0027] 本发明是在参照S0910-II和BVT-1A轴承振动测量仪的基础上，以《GB/T 24610-2009滚动轴承振动测量方法》和《JB/T 5314-2002滚动轴承振动加速度测量方法》两个标准 中对轴承振动测量装置各项性能要求的出发点为指导原则，充分考虑高速工况条件并满足 主要技术指标要求的方案。为提高轴承振动试验台的转速使用范围，目前限定的最高使用 转速为60000r/min，分析高速电主轴脂润滑轴承振动特征必须能达到实际的转速要求，在 工况速度条件下测量轴承振动，为高速轴承振动特征研究提供可靠数据支持。因此本发明 中驱动主轴5的最高转速为60000r/min。
[0028] 查询国家标准《JB/T 7047-2006滚动轴承深沟球轴承振动加速度技术条件》，规定 7003C型号轴承的加速度级限值为46dB、加速度级峰值限值为51dB。根据公式（1):
[0030]式中L一一振动加速度等级，单位为dB;
[0031 ] a--某一频率范围内的振动加速度均方根值或轴承振动加速度峰值，单位为m/ s2；
[0032] ao--参考加速度，值为9 · 81 X 103m/s2;
[0033] 转换即为加速度级限值为0.2g、加速度级峰值限值为0.355g。试验过程中，随着转 速的增加，轴承的振动会有一定增幅;但是考虑到测量的精确性，也不宜选用过大的量程， 综合考虑最后选用最大测量值为l〇g即80dB的压电式加速度型传感器。本发明的测量范围 为 logo
[0034] 根据国家标准规定的频率范围为50~10000Hz，但是在10000~20000Hz之间还存 在许多不容忽视的振动信息。市场上一般压电加速度传感器的频率响应范围能达到18kHz， 至lj20kHz的压电加速度传感器需定制且有一定的难度。高冲击的压电加速度传感器的频率 响应范围虽然能高达60kHz，但是其测量范围亦达1000g，量程远远超过轴承的振动范围，带 来的损失便是传感器的灵敏度大打折扣。因此，本发明综合设定频带范围为50~20000Hz。
[0035] 本发明在测振过程中，为了限定轴承的运动学条件，一般应对轴承施加一定的载 荷。所施加的载荷应适当，防止滚动体相对内、外套圈滚道打滑但又不致引起变形而影响测 量结果。对于7003C轴承，国标规定的轴向载荷的设定值在90-110N之间。计算轴承在 1500rpm和100N条件下的打滑率为0。转速设为60000rpm、径向力为8N，根据说明书附图7可 以看出轴承的打滑率虽然有些许变化，但是几乎都为0。可见轴向加载力的范围只要保证能 够限定轴承外圈的运动即可。因此本发明的轴向加载力为50-100N。
[0036]关于传感器组件3-5的传感器预紧力的说明如下：
[0037] 在任何振动测量中，最妥善的测量过程是将加速度传感器与被测物体以刚性联接 的方法固定在一起，这是解决频率响应最好的方法。但是，这对轴承的振动测量来说，几乎 是不可能的。现在解决的办法在加速度传感器和被测轴承外圈间增加一个传振杆，和加速 度传感器一起构成整个仪器的传感器部件。为了保证测量的准确性，考虑这种刚性传递环 节的出发点是在测量过程中要求传振杆与轴承外圈在任何情况下不发生相脱离现象。为 此，测量端子对工件表面必须有足够的压力。
[0038] 依据公式(2)可知传振杆与轴承外圈不产生相脱离现象的条件是：
[0039] P > me ω 2sin( ω t) (2)
[0040] 式中Ρ--预紧力，Ν;
[0041] m--运动系统的质量，g;
[0042] e--预紧力最大偏心量，mm;
[0043] ω--轴承振动角频率，rad/s;
[0044] 实验结果表明：在预紧力达到足够大之后，传感器的测值将稳定的保持在一定的 水平平直区。由于对于本发明中的参数并不能准确测量，因此我们拟通过实验确定传感器 的最佳预紧力。综上所述，高速轴承振动检测试验台的主要技术指标如表1-1所示：
[0045] 表1-1高速轴承振动检测试验台主要技术指标
[0046]
[0047]动力系统是为轴承提供动力，考虑到高速条件下传动系统的振动较大以及设计的 困难程度，本发明中的驱动主轴5采用高精密电主轴直接为轴承提供动力，变频器对电主轴 进行无级调速。驱动主轴5的型号为DGZ-60E型电主轴，为了测量轴承在不同转速条件下的 振动信号，需要对驱动主轴5进行变频调速。在选择变频器的时候，考虑到工作的稳定性，需 要给一定的富余量。选择VFD075V43A-2型变频器。
[0048]本发明中轴向加载装置2的设置既能保证加载力的大小，又需要保证加载力的方 向。轴向加载装置2为现有购买的成品件，轴向加载装置2包括加载弹簧2-1、紧固螺母2-2、 加载盘2-3、柔性爪2-4、加载底座2-5和加载手柄2-6,利用加载弹簧2-1产生的弹性力通过 加载盘2-3和柔性爪2-4传递给试验轴承4,进而实现对试验轴承4的加载。加载力的大小通 过加载手柄2-6取决于加载弹簧2-1的刚度及加