一种轴承载流摩擦测试装置及方法与流程

本发明属于轴承摩擦磨损测试技术领域，尤其是涉及一种轴承载流摩擦测试装置。

背景技术：

电机轴承电蚀问题日益凸显，严重影响电机使用寿命。然而，关于电流和电压等电学参数对轴承载流摩擦磨损以及润滑脂性能退化的影响规律的研究还较少。

载流摩擦磨损是机械摩擦副、界面润滑剂和电流的相互作用、相互影响的结果。目前，载流摩擦磨损测试系统主要是针对轨道交通弓-网系统和轮-轨系统、电力系统、电机的碳刷-集电环系统等。

模拟轨道交通弓网载流摩擦磨损的试验装置及方法已有较多研究，接触形式主要包括环-块式、销-盘式、线-滑块式、面-滑块等。轨道交通机车的轮-轨在运行时也会起到回流的作用，为此有学者研发了模拟轮-轨滚动载流摩擦磨损试验装置。关于电力系统的载流摩擦主要有：模拟电气系统高压开关载流条件下的摩擦磨损；气体绝缘母线的插接式触头触点与导体间的周期性和突发性摩擦磨损以及触头触点电接触寿命的试验方法和装置。关于电机碳刷-集电环载流摩擦磨损的研究有：针对水轮机中碳刷-集电环载流条件下的摩擦磨损试验装置。

目前的研究大多集中于滑动摩擦条件下的载流摩擦磨损测试，或者安全电压条件下的低电流摩擦磨损测试，或者电弧产生机理等。这些都不能模拟电机滚动轴承摩擦副的工况特点，也不能实现轴承润滑脂在载流条件下氧化性能、流变特性、油膜厚度、锥入度、滴点等理化指标的变化和润滑性能的加速退化。

因此，本发明提供了一种载流条件下轴承的摩擦磨损行为以及润滑脂的理化指标和润滑性能加速退化的装置及方法，以期为电机轴承电蚀问题研究提供技术支持。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种轴承载流摩擦测试装置，以期进行载流条件下轴承的摩擦磨损行为以及润滑脂的理化指标和润滑性能加速退化的研究装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种轴承载流摩擦测试装置，包括控制系统、加载系统、夹具系统、驱动系统、数据采集系统、载流系统和轴承系统。

所述控制系统包括控制柜和计算机，控制柜通过控制数据线与计算机相连；

所述加载系统包括陶瓷球、砝码和杠杆；

所述夹具系统包括轴承座导向、轴承座i、碳板夹具、轴承座ii、直线轴承、弹簧、导杆和绝缘板；

所述驱动系统包括隔热层i、隔热层ii、电机、连接轴和轴承座ii；

所述数据采集系统包括电压表、扭矩传感器、电流表、红外相机和温度传感器；

所述载流系统包括弧形碳板和升流器；

所述轴承系统包括轴承平面垫圈i、滚珠和轴承平面垫圈ii；

砝码放置于砝码托盘上，砝码托盘挂在杠杆端部，杠杆以杠杆支架为支点，杠杆另一端与陶瓷球接触，陶瓷球与固定陶瓷器挡圈相接；陶瓷球与固定陶瓷器挡圈相接，固定陶瓷球挡圈固定于轴承座底部；

其中，轴承座i置于轴承座导向内，轴承平面垫圈i与轴承座i配合，轴承平面垫圈i、滚珠、轴承平面垫圈ii从下至上依次相连，轴承平面垫圈ii与轴承座ii的下端配合；

轴承座ii的上端为轴，与隔热层i、连接轴通过联轴器i相连，轴承座ii与弧形碳板相接；

弧形碳板嵌在碳板夹具上，直线轴承嵌入碳板夹具，直线轴承与弹簧相接，弹簧套在导杆上，在弹簧的作用下，将弧形碳板加载于轴承座ii的轴表面；

导杆与绝缘板相连，绝缘板固定于固定板iii上，固定板iii固定于固定板ii上；

连接轴、隔热层ii扭矩传感器通过联轴器ii相连，扭矩传感器另一端与电机输出轴通过联轴器iii相连，电机固定于固定板i上，固定板i与固定板ii相连，固定板ii固定于绝缘台面上；

升流器通与电流表相连，电流表与碳板夹具连接；同时，升流器与轴承座i连接，电压表分别与轴承座i、碳板夹具相连，红外相机通过固定板iii和螺栓固定于绝缘台面上；温度传感器与轴承座i相连，电流表、电压表、红外相机、温度传感器分别通过数据线与控制柜连接。

进一步的，所述的陶瓷球为陶瓷材料，并通过固定陶瓷器挡圈固定于轴承座i底部，陶瓷球与固定陶瓷器挡圈间隙配合，保证陶瓷球能够自由转动，且保证轴承座i与杠杆间没有电流通过。

进一步的，所述的轴承座ii的下端与轴承平面垫圈ii间隙配合；轴承座ii的另一端为轴，与隔热层i、联轴器i、连接轴相连，轴承座ii轴端两侧通弧形碳板加载接触，弧形碳板与轴承座ii的轴端配合时，弧形内径与轴的外径相同。

进一步的，所述的轴承座i、碳板夹具、轴承座ii均为铜合金材料；弧形碳板为碳材料；直线轴承的润滑材料选用固体导电材料。

进一步的，所述绝缘板可以是陶瓷、电木或工程塑料。

进一步的，所述的升流器也可为升压器。

进一步的，所述轴承系统的轴承平面垫圈i，滚珠，轴承平面垫圈ii，可为球平面轴承、滚针平面轴承、圆柱滚子平面轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承。

进一步的，所述的连接轴两端分别为隔热层i和隔热层ii，隔热层的材料为eva隔热材料、玻璃棉隔热材料或纤维纸+有机硅树脂隔热材料。

进一步的，所述的电压表和电流表，用于监测加载于轴承平面垫圈i和轴承平面垫圈ii之间的电压和电流变化。

本发明的另一目的在于提出一种轴承载流摩擦测试方法，具体包括如下步骤：

(1)装轴承：卸下砝码，将轴承座i下移，分别将轴承平面垫圈i、滚珠和轴承平面垫圈ii，安装于轴承座i和轴承座ii上，轴承座i上移，加载砝码；

(2)启动监测软件：启动电流表、电压表、温度传感器、扭矩传感器监测软件，启动电机，开始无电流条件下的轴承摩擦磨损测试；启动红外相机，连续或间断的记录轴承侧面的温度情况；

(3)加载电流：启动升流器，调节电流值，进行载流条件下的轴承摩擦磨损测试；

(4)结束试验：试验测试结束后，依次关闭升流器、电机、电流表、电压表、温度传感器、扭矩传感器和红外相机，保存相关数据；卸载砝码，拆下轴承平面垫圈i、滚珠和轴承平面垫圈ii。

相对于现有技术，本发明所述的一种轴承载流摩擦测试装置及方法具有以下优势：

(1)本发明提供了高电流或高电压条件下轴承摩擦磨损性能测试方法；同时，本测试装置中，主要采用平面推力轴承、锥轴承等，方便拆装，方便下一步轴承材料和润滑脂的失效分析；

(2)本发明可将最高百安级电流或千伏级电压加载于轴承内外圈的技术，能够加速实现轴承材料及其润滑脂载流条件下的电蚀及失效，为电机轴承有轴电流通过时的轴承性能退化研究提供技术上和理论上的支持。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的碳板及其夹具结构示意图；

图3为本发明的圆锥滚子轴承及其装卡方式示意图；

附图标记说明：

1-控制柜，2-电流表数据传输线，3-红外相机数据线，4-温度传感器数据线，5-螺栓i，6-陶瓷球，7-固定陶瓷球挡圈，8-螺栓ii，9-螺栓iii，10-砝码，11-砝码托盘，12-电压表数据传输线，13-杠杆，14-轴承座导向，15-杠杆支架，16-铜导线i，17-电压表，18-轴承座i，19-轴承平面垫圈i，20-滚珠，21-轴承平面垫圈ii，22-铜导线ii，23-弧形碳板，24-碳板夹具，25-隔热层i，26-联轴器i，27-联轴器ii，28-隔热层ii，29-扭矩传感器，30-螺栓iv，31-固定板i，32-联轴器iii，33-螺栓v，34-电机，35-连接轴，36-轴承座ii，37-螺栓vi，38-螺栓vii，39-直线轴承，40-弹簧，41-导杆，42-绝缘板，43-螺栓viii，44-固定板ii，45-固定板iii，46-铜导线iii，47-螺栓ix，48-电流表，49-红外相机，50-固定板iii，51-温度传感器，52-螺栓x，53-计算机，54-大理石台面，55-控制数据线，56-螺栓xi，57-铜导线iv，58-铜导线v，59-电机控制线，60-升流器，61-轴承外圈，62-圆锥轴承，63-轴承内圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1：

本发明提供一种轴承载流摩擦测试装置及方法，其组成系统包括控制系统、加载系统、夹具系统、驱动系统、数据采集系统、载流系统、轴承系统，各系统主要包括：

控制系统：控制柜1，计算机53；

加载系统：陶瓷球6，固定陶瓷器挡圈7，砝码10，砝码托盘11，杠杆13，杠杆支架15；

夹具系统：轴承座导向14，轴承座i18，碳板夹具24，轴承座ii36，直线轴承39，弹簧40，导杆41，绝缘板42；

驱动系统：隔热层i25，隔热层ii28，电机34，连接轴35，轴承座ii36；

数据采集系统：电压表17，扭矩传感器29，电流表48，红外相机49，温度传感器51；

载流系统：弧形碳板23，升流器60；

轴承系统：轴承平面垫圈i19，滚珠20，轴承平面垫圈ii21。

各系统中部件间的位置关系如下：

砝码10放置于砝码托盘11上，砝码托盘11挂在杠杆13端部，杠杆13以杠杆支架15为支点，杠杆13另一端与陶瓷球6接触；

陶瓷球6与固定陶瓷器挡圈7相接，固定陶瓷球挡圈7通过螺栓i5固定于轴承座i18底部，轴承座i18置于轴承座导向14内，轴承平面垫圈i19与轴承座i18配合，轴承平面垫圈i19、滚珠20、轴承平面垫圈ii21从下至上依次相连，轴承平面垫圈ii21与轴承座ii36的下端配合；

轴承座ii36的上端为轴，与隔热层i25、连接轴35通过联轴器i26相连，轴承座ii36与弧形碳板23相接；

弧形碳板23嵌在碳板夹具24上，直线轴承39嵌入碳板夹具24，直线轴承39与弹簧40相接，弹簧40套在导杆41上，在弹簧40的作用下，将弧形碳板23加载于轴承座ii36的轴表面；

导杆41与绝缘板42相连，绝缘板42通过螺栓viii43固定于固定板iii45上，固定板iii45通过螺栓ix47固定于固定板ii44上；

连接轴35、隔热层ii28、扭矩传感器29通过联轴器ii27相连，扭矩传感器29另一端与电机34输出轴通过联轴器iii32相连，电机34通过螺栓v33固定于固定板i31上，固定板i31与固定板ii44通过螺栓iv30相连，固定板ii44通过螺栓x52固定于大理石台面54上；

升流器60通过铜导线iv57与电流表48相连，电流表48与碳板夹具24通过铜导线iii46连接；同时，升流器60与轴承座i18通过铜导线v58连接，电压表17分别通过铜导线i16和铜导线ii22与轴承座i18、碳板夹具24相连，红外相机49通过固定板iii50和螺栓xi56固定于大理石台面54上；温度传感器51与轴承座i18相连，电流表48、电压表17、红外相机49、温度传感器51分别通过电流表数据传输线2、电压表数据传输线12、红外相机数据线3、温度传感器数据线4与控制柜1连接，控制柜1通过控制数据线55与计算机53连接。

优选的，陶瓷球6为陶瓷材料，如al2o3，并通过固定陶瓷器挡圈7固定于轴承座i18底部，陶瓷球6与固定陶瓷器挡圈7间隙配合，保证陶瓷球6能够自由转动，且保证轴承座i18与杠杆13间没有电流通过；

优选的，轴承座ii36的下端与轴承平面垫圈ii21间隙配合；轴承座ii36的另一端为轴，与隔热层i25、联轴器i26、连接轴22相连。轴承座ii36轴端两侧通过弧形碳板23加载接触，弧形能够增大接触面积，降低电流密度，降低温升；同时导电性良好。弧形碳板23与轴承座ii31的轴端配合时，弧形内径与轴的外径相同。

优选的，轴承座i18、碳板夹具24、轴承座ii36均为铜合金材料；弧形碳板23为碳材料；直线轴承39的润滑材料选用固体导电材料，如石墨。

优选的，连接轴22为陶瓷材料，如al2o3，或具有陶瓷涂层的材料；

优选的，导杆41与绝缘板42连接，绝缘板42可以是陶瓷、电木或工程塑料；

优选的，升流器60也可为升压器，可以实现较高电压条件下的轴承摩擦磨损测试；

优选的，轴承系统的轴承平面垫圈i19，滚珠20，轴承平面垫圈ii21，轴承可以为球平面轴承、滚针平面轴承、圆柱滚子平面轴承、圆锥滚子轴承或深沟球轴承；

优选的，连接轴22两端分别为隔热层i25和隔热层ii28，隔热层的材料为eva隔热材料、玻璃棉隔热材料或纤维纸+有机硅树脂隔热材料，防止摩擦界面的热量传递到电机轴端，起到保护电机的目的；

优选的，电压表17和电流表48，能够监测加载于轴承平面垫圈i19和轴承平面垫圈ii21之间的电压和电流变化；根据欧姆定律r＝u/i即能够计算轴承垫圈(内外圈)之间的电阻，可以近似的等于轴承运行过程中润滑脂所产生的电阻；

优选的，红外相机49，能够从轴承侧面监测摩擦界面的温度；同时，在轴承座i18内部设有温度传感器51，采集轴承侧面附近的温度的变化过程；

优选的，大理石台面54，起到绝缘的作用。

为达到上述目的，本发明的工作过程如下：

第一步：装轴承

卸下砝码10，将轴承座i18下移，分别将轴承平面垫圈i19、滚珠20和轴承平面垫圈ii21，安装于轴承座i18和轴承座ii36上，轴承座i18上移，加载砝码10；

第二步：启动监测软件

启动电流表48、电压表17、温度传感器51、扭矩传感器监测软件，启动电机34，开始无电流条件下的轴承摩擦磨损测试；启动红外相机49，连续或间断的记录轴承侧面的温度情况；

第三步：加载电流

启动升流器60，调节电流值，进行载流条件下的轴承摩擦磨损测试；

第四步：结束试验

试验测试结束后，依次关闭升流器60、电机34、电流表48、电压表17、温度传感器51、扭矩传感器29和红外相机49，保存相关数据。

卸载砝码10，拆下轴承平面垫圈i19、滚珠20和轴承平面垫圈ii21，用于下一步磨损及润滑脂分析。

实施例2：

请参照实施例1、图3，本实施例提供一种轴承载流摩擦测试装置及方法，与实施例1不同的是，将轴承系统即轴承平面垫圈i19，滚珠20，轴承平面垫圈ii21，改为圆锥滚子轴承，轴承外圈61、圆锥滚子62、轴承内圈63。

其它系统及工作过程与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。