一种电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机

本发明涉及轴承的测试，尤其涉及一种电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机。

背景技术：

1、随着电力电子技术的迅速发展，高铁、地铁、新能源汽车等领域电驱动技术应用越来越广泛。极大地提高了效率的同时也产生了许多新的问题。其中高电压、高转速、大功率引起的电驱系统出现轴承电腐蚀问题是导致工作异常的主要因素。在电磁耦合的作用下，会对轴承的接触状态以及润滑效果产生影响，大大缩减轴承寿命，甚至会造成在短短几天甚至几小时内失效，造成设备损伤。现阶段，保持架断裂、疲劳及材料剥落和磨损等大部分的轴承失效可以通过监控有效的避免或者合适的手段进行维修保护，但电驱动自身系统中存在的电压导致的轴电流是无法被避免或者消除的，其引起的轴承电腐蚀损害无法通过监控或者维护等类似的方法消除。由于电机在运转过程中会产生磁场，磁场会使金属部件磁化相吸或相互排斥而导致轴承产生振动以及转速的降低，因此电磁耦合作用下所造成的轴承损伤问题已不容忽视。

2、目前关于电磁耦合作用下滚动轴承损伤方面的研究报道较少，而磁路不平衡会引起低频轴电流，轴承在这种情况下运转，电流在旋转表面会产生蚀坑、熔痕、电蚀锉纹、变色、微磨损等损伤，如果轴承继续运转很快就会由于磨损而失效。目前尚未有专用的电磁耦合作用下滚动轴承损伤研究设备。本专利正是基于此种需求，发明了一种电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机，用于在电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理的研究。

3、电磁耦合作用下滚动轴承损伤部分原因是由于机械啮合面间放射出的电弧或电火花在作用表面形成的许多边缘光滑的小弧坑，有时表面出现大面积灼伤并呈现回火色。轴承电腐蚀有起霜、放电痕迹、疤痕、点焊4种类型。起霜表现为表面磨沙，当用显微镜观察时，可以看到表面是一个个很小的凹坑；放电痕迹表现为表面划痕；疤痕表现为表面产生较大凹坑；点焊则表现为轴承部件间由于通过大的电流(几百安培)而发生类似焊接的腐蚀现象。

4、轴承内圈和滚动体之间、轴承外圈和滚动体之间各自构成接触点电容。当轴承内外套圈和滚动体之间的电压超过绝缘击穿阈值时，就会击穿电容产生瞬时大电流，电流通过滚动体和润滑油膜从轴承的一个套圈传递到另一个套圈，在套圈和滚动体之间的接触区发生集中火花放电，局部火花温度很高，造成在非常短的时间间隔内局部受热，使得接触区发生熔化并焊合在一起。这种损伤表现为一系列直径为百微米级别的环形凹坑，当滚动体滚过时，就会在凹坑边缘产生应力集中。局部高温和应力集中的综合作用，使得油脂碳化和凹坑附近轴承钢剥落，轴承进一步发生次生失效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机，用于解决尚未有专用的研究设备用于滚动轴承电磁耦合作用下轴承损失的研究的问题。

2、本发明的电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机采用如下技术方案：一种电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机，包括机架，机架上安装有轴承套圈安装座和滚动件安装座，轴承套圈安装座转动设置且配置有套圈驱动机构，轴承套圈安装座和滚动件安装座均具有用于安装待测轴承部件的安装端，且两者的安装端满足在装上相应的待测轴承部件后滚动件与轴承套圈模拟轴承正常运行时的配合关系，机架上还设有径向加载机构用以对滚动件和/或套圈施加径向载荷，轴承套圈安装座和滚动件安装座均具有导电连接端，以用于在试验过程中使滚动件与套圈形成电流回路，机架上还在待测轴承部件配合位置的附近设有磁场发生装置，用以将待测轴承部件覆盖在磁场范围内，实现在试验转速和载荷达到设定值时，同时施加电压和电磁到电流激变时模拟电磁耦合作用下试验轴承套圈和滚动件之间的击穿试验以观察待测轴承部件的腐蚀情况。

3、本发明的电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机为新型的电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机，本发明的电磁耦合作用下滚动轴承损伤机理试验机在使用时，套圈驱动机构驱动试验轴承套圈转动，开始无电流电磁条件的运转，不断用测温枪测量试验轴承套圈和滚动件附近温度，待待测轴承部件附近温度稳定，启动径向加载机构使试验轴承套圈和滚动件接触使其达到试验设定值后停止。当试验转速与载荷达到设定值后，施加电压和电磁，观察电流和电磁变化，当电流突然激变时代表此时试验轴承滚动件与试验轴承套圈被击穿，此时停止实验，拆卸并观察试验轴承套圈和滚动件表面，记录试验运行数据，研究不同运行参数和不同条件下电磁耦合作用下的测轴承部件的击穿机理。解决了尚未有专用的研究设备用于滚动轴承电磁耦合作用下轴承损失的研究的问题。

4、进一步地，所述滚动件安装座转动设置且配置有与其绝缘隔离的滚动件驱动机构。套圈驱动机构和滚动件驱动机构均设置，可以驱动试验轴承套圈和试验轴承滚动件同时转动，模拟某一刻两者之间的滑动速度差值。

5、进一步地，所述轴承套圈安装座和滚动件安装座上均设置有试验转轴，试验转轴的一端为所述安装端，转轴的另一端为所述导电连接端，对应的驱动机构传动连接于试验转轴的安装端和导电连接端之间的位置。通过试验转轴连接待测轴承部件和相应的驱动机构，试验转轴的一端安装轴承套圈和滚动件，通过驱动机构带动其旋转，可以保证轴承套圈和滚动件的轴向平行，便于配合。

6、进一步地，所述还设置有气氛试验箱，氛围试验箱内具有安装待测轴承部件的安装空间，安装端伸入气氛试验箱内。通过将待测轴承部件设置在氛围试验箱内，可以模拟不同气氛、环境等试验测试的过程，使用方便。

7、进一步地，两个安装座的转轴平行相对布置在气氛试验箱两侧，两个安装座的驱动机构在转轴的轴向方向上并列布置。这种设置结构对称，合理利用空间，两个试验转轴平行相对布置在气氛试验箱两侧，互不干扰，试验转轴上安装有待测轴承部件，便于试验轴承套圈和滚动件的配合。

8、进一步地，所述磁场发生装置包括亥姆霍兹线圈。亥姆霍兹线圈磁场空间开阔，由一对彼此平行且连通的线圈组成，在轴线中点产生较广的均匀磁场，便于试验结果的准确性，而且这种磁场发生装置结构简单。

9、进一步地，所述亥姆霍兹线圈的两个线圈套设在转轴上且平行布置于气氛试验箱两侧。这种设置方式结构紧凑，在不影响试验转轴转动和导电的情况下空间利用率最高，使得导电端和电磁线圈端处于同一轴向上，电磁耦合作用下的试验测试过程测试的准确性和真实性更好。

10、进一步地，所述驱动机构均包括驱动电机以及绝缘转轴，绝缘转轴和试验转轴通过传动带传动连接。传动带传动稳定性高，传动振动小，传动能力强，耐冲击力高，绝缘效果好，降低振动对转轴的影响并防止漏电。

11、进一步地，所述径向加载机构包括加载结构，加载结构用于设置在滚动件外周与滚动件贴合，径向加载机构还包括拉压力传感器，拉压力传感器上连接有缓冲框，缓冲框滑动设置在机架上，缓冲框与加载结构连接，缓冲框的强度与径向拉压力传感器的量程相匹配。通过加载结构便于施加载荷，缓冲框的强度与径向拉压力传感器的量程相匹配用于防止摩擦过程中的瞬时冲击造成对拉压力传感器的损伤。

12、进一步地，所述滚动件安装座沿转动方向的轴向可调设置在机架上。这种设置可以调整试验轴承套圈与滚动件接触角度、距离和位置，模拟不同尺寸和不同间距的电磁耦合作用下被测轴承部件电腐蚀性能测试和机理分析。