专利名称：机械传动系统故障模拟综合实验台的制作方法
技术领域：
本发明属于机械传动系统振动监测与诊断领域，涉及一种综合、方便和可靠地模 拟轴承、齿轮的若干典型故障和转子不平衡故障的综合实验台。
背景技术：
齿轮故障、轴承故障和转子不平衡是机械传动系统中常见的故障类型。在工程实 际中，机电设备由于这三类故障未能及时发现而引起的重大事故屡有发生。对此类设备开 展状态监测和故障诊断，已成为大型企业的迫切需求，也必将带来巨大的经济效益和社会 效益。对于在校师生，接触和了解工程实际中的设备和情况是必要的，但由于现场设备所处 环境和工况往往非常复杂，所以在学习和研究时，需要有一个从简入难，由少都多的过程。 鉴于此，设计一台可以模拟工程实际中机械传动系统常见故障的实验台就有很重要的理论 和实际意义。为了验证针对各种故障的诊断方法的有效性、准确性和优缺点，实验研究和现场 实践是必不可少的。现有的大部分机械故障模拟实验台，有的功能不够全面，往往只能模拟 一到两种设备故障；有的太接近于实际设备，即作为一个实验台来说，其外型笨重，操作复 杂；实验台的使用场所是学校或科研院所的实验室，使用人员是在校师生，所以迫切需要一 种既能模拟机械传动系统的常见故障，又外形整洁、美观，操作时轻便、干净的实验设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械传动系统故障模拟综合实验台，能够综合、方便和 可靠地模拟机械传动设备的若干典型故障，很好地应用于科研人员研究验证故障诊断方法 和在校师生的教学实践。实现上述发明目的的技术解决方案是一种机械传动系统故障模拟综合实验台，包括一底座(16)，底座由第一导槽 (13)、第二导槽(18)和配电槽(15)三部分组成。第一导槽(13)内安装有可以调节转速的 电机(2)和第一轴(9)，电机(2)通过过渡套(4)、第一联轴器(6)与第一轴(9)相连。电 机(2)通过电机后支座(1)和电机前支座(3)安装在第一导槽(13)内。第一轴(9)上由前 到后分别安装有可在不同位置安装不同配重的第一质量平衡盘(8)、可更换的小齿轮(10) 和可在不同位置安装不同配重的第二质量平衡盘(11)。第一轴(9)通过装配了可更换轴承 的第一轴承座⑵和第二轴承座(12)安装在第一导槽(13)内。第二导槽(18)内安装有 第二轴(20)和扭矩可调的制动器(24)，第二轴(20)通过第二联轴器(22)与制动器(24) 相连；制动器(24)通过制动器支座(23)安装在第二导槽(18)内。第二轴(20)上安装有 可更换的大齿轮(19)。第二轴(20)通过装配了可更换轴承的第三轴承座(17)和第四轴承 座(21)安装在第二导槽(18)内。不同的模拟故障零部件通过第一轴(9)或者第二轴(20) 安装于第一导槽(13)和第二导槽(18)内。相互啮合的小齿轮(10)和大齿轮(19)通过专 用的便于拆卸的锥形套件分别安装于第一轴(9)和第二轴(20)上。通过更换不同的模拟故障零部件，并通过控制器调节电动机的转速和制动器的扭矩大小，即可模拟不同工况下 的典型故障。所述的第一联轴器(6)上设计有两两相邻的齿形凹槽(25)和单一凹槽(26)；第 一联轴器(6)的前端设计有键槽(27)，通过销键与过渡套(4)装配连接。第一联轴器(6)的 后端设计有使第一联轴器(6)和第一轴(9)抱紧连接的螺纹孔(28)、用来插入第一轴(9) 的轴孔(29)和切口(30)。将第一轴(9)插入轴孔后，通过拧入螺纹孔的螺钉使第一联轴器 (6)和第一轴(9)抱紧连接。所述的4个轴承座的结构是相同的，以第三轴承座(17)为例，其顶部有前后2个 竖直方向的螺纹孔(31)，分别用于安装1个涡流传感器和1个加速度传感器；第三轴承座 (17)的外侧有前后2个水平方向的螺纹孔(32)，分别用于安装1个涡流传感器和1个加速 度传感器；轴承通过前轴承端盖(33)和后轴承端盖(34)固定在第三轴承座(17)内；在前 轴承端盖(33)上对应于螺纹孔(31)和螺纹孔(32)的位置设计有切口(35)；凸台(36)用 于轴承座安装时紧靠在底座壁上，使其精确定位安装。所述的专用的便于拆卸的锥形套件由螺母套(37)、内锥套(38)和外锥套(39) 组成；螺母套(37)设计有用于插入轴的轴孔(40)，用于与齿轮轮毂上的外螺纹配合的内 螺纹(41)；内锥套(38)的外表面为圆锥形，内表面为圆柱形，并有一轴向开口(42)；外锥 套(39)的外表面为圆柱形，内表面为圆锥形，并有一轴向开口(43)；装配时，拧紧螺母套 (37)，通过轴向压力使内锥套(38)与外锥套(39)相互挤压，产生微小变形；通过各配件之 间的摩擦力使齿轮与轴装配固定。所述的底座(16)的顶面在电机座、轴承座和制动器座的相应安装位置设计有三 列与轴向平行的螺纹孔(44)；所述的底座(16)在齿轮副安装位置处设计有切口槽(45)，以 防止齿轮和底座发生干涉。本发明的机械传动系统故障模拟综合实验台，可以在质量平衡盘的不同位置安装 不同质量的配重模拟转子不平衡故障；通过拆卸锥形套件方便地更换齿轮模拟齿轮故障； 通过更换轴承模拟轴承常见故障；若同时使用不同的模拟故障零件，还可以模拟混合故障。本发明的机械传动系统故障模拟综合实验台，能够综合、方便和可靠地模拟机械 传动设备的若干典型故障；可以很好地应用于科研人员研究验证故障诊断方法和在校师生 的教学实践。本实验台通过多处的特别设计，侧重于操作的方便性和灵活性，同时外观整 洁，可拓展性强。
图1机械传动系统故障模拟综合实验台结构示意图；图2第一联轴器三维示意图；图3轴承装配套件三维示意图；图4齿轮装配套件三维示意图；图5实验台底座三维示意图；图中1、电机后支座；2、电机；3、电机前支座；4、过渡套；5、涡流传感器后支座； 6、第一联轴器；7、第一轴承座；8、第一质量平衡盘；9、第一轴；10、小齿轮；11、第二质量平 衡盘；12、第二轴承座；13、第一导槽；14、涡流传感器前支座；15、配电槽；16、底座；17、第三轴承座；18、第二导槽；19、大齿轮；20、第二轴；21、第四轴承座；22、第二联轴器；23、制 动器支座；24、制动器；25、齿形凹槽；26、单一凹槽；27、键槽；28、螺纹孔；29、轴孔；30、切 口 ；31、螺纹孔；32、螺纹孔；33、前轴承端盖；34、后轴承端盖；35、切口 ；36、凸台；37、螺母 套；38、内锥套；39、外锥套；40、轴孔；41、内螺纹；42、轴向开口 ；43、轴向开口 ；44、螺纹孔； 45、切口槽。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。如图1所示，为本发明的机械传动系统故障模拟综合实验台，包括一底座16，底 座由第一导槽13、第二导槽18和配电槽15三部分组成。第一导槽13内安装有可以调节转 速的电机2和第一轴9，电机2通过过渡套4、第一联轴器6与第一轴9相连。电机2通过 电机后支座1和电机前支座3安装在第一导槽13内。第一轴9上由前到后分别安装有可 在不同位置安装不同配重的第一质量平衡盘8、可更换的小齿轮10和可在不同位置安装不 同配重的第二质量平衡盘11。第一轴9通过装配了可更换轴承的第一轴承座7和第二轴承 座12安装在第一导槽13内。第二导槽18内安装有第二轴20和扭矩可调的制动器24，第 二轴20通过第二联轴器22与制动器24相连。制动器24通过制动器支座23安装在第二 导槽18内。第二轴20上安装有可更换的大齿轮19。第二轴20通过装配了可更换轴承的 第三轴承座17和第四轴承座21安装在第二导槽18内。不同的模拟故障零部件通过第一 轴9或者第二轴20安装于第一导槽13和第二导槽18内。相互啮合的小齿轮10和大齿轮 19通过专用的便于拆卸的锥形套件分别安装于第一轴9和第二轴20上。通过更换不同的 模拟故障零部件可以模拟如下的典型故障(1)转子质量不平衡故障；(2)齿轮齿根裂纹、齿面磨损、齿面点蚀和断齿故障；(3)轴承内圈、外圈和滚动体的点蚀、裂纹故障；(4)以上三类故障的任意组合故障。如图2所示，第一联轴器6上设计有两相邻的齿形凹槽25和 一凹槽26，配合在 两侧对应位置的涡流传感器后支座5和涡流传感器前支座14上安装的涡流传感器，即可分 别测量轴的转速和相位。第一联轴器6的前端设计有键槽27，通过销键与过渡套4装配连 接。第一联轴器6的后端设计有螺纹孔28、轴孔29和切口 30，将第一轴9插入轴孔后，通 过拧入螺纹孔28的螺钉使第一联轴器6和第一轴9抱紧连接。如图3所示，第三轴承座17的顶部有前后2个竖直方向的螺纹孔31，分别用于安 装1个涡流传感器和1个加速度传感器；第三轴承座17的外侧有前后2个水平方向的螺纹 孔32，分别用于安装1个涡流传感器和1个加速度传感器；轴承通过前轴承端盖33和后轴 承端盖34固定在第三轴承座17内；因为涡流传感器用于测量轴的径向位移，所以在前轴承 端盖33上对应于螺纹孔31和螺纹孔32的位置设计有切口 35 ；凸台36用于轴承座安装时 紧靠在底座壁上，使其精确定位安装。如图4所示，锥形套件由螺母套37、内锥套38和外锥套39组成；螺母套37设计 有用于插入轴的轴孔40，用于与齿轮轮毂上的外螺纹配合的内螺纹41 ；内锥套38的外表面 为圆锥形，内表面为圆柱形，并有一轴向开口 42 ；外锥 39的外表面为圆柱形，内表面为圆锥形，并有一轴向开口 43 ；装配时，拧紧螺母套37，通过轴向压力使内锥套38与外锥套39 相互挤压，产生微小变形；通过各配件之间的摩擦力使齿轮与轴装配固定。如图5所示，底座16的顶面在电机座、轴承座和制动器座的相应安装位置设计有 三列与轴向平行的螺纹孔44 ；所述的底座16在齿轮副安装位置处设计有切口槽45，以防止 齿轮和底座发生干涉。装配完成后的实验台通过控制器调节电机的输入扭矩和转速、制动器的扭矩，可 以实现不同工况下的故障模拟。由涡流传感器、振动加速度传感器、电荷放大器、数据采集 卡和计算机组成的监测系统完成信号的采集和前期处理。最后通过专用的信号处理软件的 分析信号、诊断故障。
权利要求
一种机械传动系统故障模拟综合实验台，其特征在于该综合实验台包括一底座(16)，底座由第一导槽(13)、第二导槽(18)和配电槽(15)三部分组成；第一导槽(13)内安装有可以调节转速的电机(2)和第一轴(9)，电机(2)通过过渡套(4)、第一联轴器(6)与第一轴(9)相连；电机(2)通过电机后支座(1)和电机前支座(3)安装在第一导槽(13)内；第一轴(9)上由前到后分别安装有可在不同位置安装不同配重的第一质量平衡盘(8)、可更换的小齿轮(10)和可在不同位置安装不同配重的第二质量平衡盘(11)；第一轴(9)通过装配了可更换轴承的第一轴承座(7)和第二轴承座(12)安装在第一导槽(13)内；第二导槽(18)内安装有第二轴(20)和扭矩可调的制动器(24)，第二轴(20)通过第二联轴器(22)与制动器(24)相连；制动器(24)通过制动器支座(23)安装在第二导槽(18)内；第二轴(20)上安装有可更换的大齿轮(19)；第二轴(20)通过装配了可更换轴承的第三轴承座(17)和第四轴承座(21)安装在第二导槽(18)内；不同的模拟故障零部件通过第一轴(9)或者第二轴(20)安装于第一导槽(13)和第二导槽(18)内；相互啮合的小齿轮(10)和大齿轮(19)通过专用的便于拆卸的锥形套件分别安装于第一轴(9)和第二轴(20)上。
2.根据权利要求1所述的机械传动系统故障模拟综合实验台，其特征在于所述的第 一联轴器(6)上设计有两两相邻的齿形凹槽(25)和单一凹槽(26)；第一联轴器(6)的前 端设计有键槽(27)，通过销键与过渡套(4)装配连接；第一联轴器(6)的后端设计有使第 一联轴器(6)和第一轴(9)抱紧连接的螺纹孔(28)、用来插入第一轴(9)的轴孔(29)和切 口(30)。
3.根据权利要求1所述的机械传动系统故障模拟综合实验台，其特征在于所述的4 个轴承座的结构是相同的，以第三轴承座(17)为例，其顶部有前后2个竖直方向的螺纹孔 (31)；第三轴承座(17)的外侧有前后2个水平方向的螺纹孔(32)；轴承通过前轴承端盖 (33)和后轴承端盖(34)固定在第三轴承座(17)内；在前轴承端盖(33)上对应于螺纹孔 (31)和螺纹孔(32)的位置设计有切口(35)；凸台(36)在轴承座安装时紧靠在底座壁上。
4.根据权利要求1所述的机械传动系统故障模拟综合实验台，其特征在于所述的专 用的便于拆卸的锥形套件由螺母套(37)、内锥套(38)和外锥套(39)组成；螺母套(37)设 计有用于插入轴的轴孔(40)，用于与齿轮轮毂上的外螺纹配合的内螺纹(41)；内锥套(38) 的外表面为圆锥形，内表面为圆柱形，并有一轴向开口(42)；外锥套(39)的外表面为圆柱 形，内表面为圆锥形，并有一轴向开口(43)。
5.根据权利要求1所述的机械传动系统故障模拟综合实验台，其特征在于所述的底 座(16)的顶面在电机座、轴承座和制动器座的相应安装位置设计有三列与轴向平行的螺 纹孔(44)；所述的底座(16)在齿轮副安装位置处设计有切口槽(45)。
6.根据权利要求1所述的机械传动系统故障模拟综合实验台，其特征在于所述的机 械传动系统故障模拟综合实验台可以在质量平衡盘的不同位置安装不同质量的配重模拟 转子不平衡故障；通过拆卸锥形套件方便地更换齿轮模拟齿轮故障；通过更换轴承模拟轴 承常见故障；若同时使用不同的模拟故障零件，可以模拟混合故障。
全文摘要
本发明公开了一种机械传动系统故障模拟综合实验台，用于模拟机械传动系统关键零部件的常见故障，包括轴承故障、齿轮故障、转子不平衡故障和多部件混合故障。该综合实验台包括一底座(16)，底座由第一导槽(13)、第二导槽(18)和配电槽(15)三部分组成；设计的专用轴承座可方便的更换轴承，并用于安装涡流位移传感器和振动加速度传感器；安装于该综合实验平内的齿轮通过专用的拆卸方便的锥形装配套件与轴装配固定。无论是用于研究验证故障诊断方法的有效性和准确性，还是用于在校师生的教学实践，该实验台的全面性和易操作性较之现有的大部分同类实验台都有很大的改进。
文档编号G01M13/02GK101900640SQ201010237800
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者刘德忠, 叶辉, 崔玲丽, 张建宇, 张飞斌, 胥永刚, 苏善斌, 贾明, 阳子婧, 高立新 申请人:北京工业大学