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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923802 學(xué)生姓名： 樊阿紅 指導(dǎo)教師： 何雪明（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 軸承檢測裝 置的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果， 其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致 謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體 已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 97 學(xué) 號： 0923802 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 軸承是機(jī)械行業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種重要部件，其質(zhì)量好壞在一 定程度上影響整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的性能。軸承產(chǎn)品精度的高低與性能的 好壞是靠儀器、設(shè)備來檢驗(yàn)和判斷的。因此軸承檢測儀器自身是否先 進(jìn)，將直接影響到軸承產(chǎn)品的檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。 隨著軸承檢測儀器的發(fā)展，對軸承檢測項(xiàng)目的要求及其檢測項(xiàng) 目的精確度要求也越來越多、越來越高。此外還要在一定程度上滿足 人機(jī)協(xié)作的要求。因此，我在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下選擇了這個(gè)課題。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 熟悉 軸承檢測裝置的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來國內(nèi)外的發(fā)展 狀況，及應(yīng)用的主要原理依據(jù)等； ② 較 好的結(jié)合機(jī)械理論知識、自動控制的硬、軟件知識； ③ 達(dá)到技術(shù)指標(biāo)所要求，滿足實(shí)際工作需要，安全、可靠、工作穩(wěn)定、 測量精度準(zhǔn)確的要求； II ④ 熟 練掌握并靈活運(yùn)用 UG 軟件完成繪圖設(shè)計(jì)工作； ⑤ 完成 軸承檢測裝置的裝配圖設(shè)計(jì)（三維及工程圖紙） 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 97 班 姓名 樊阿紅 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 軸承是各類機(jī)械裝備中最為重要的基礎(chǔ)部件，它的精度、性能、壽命以及可靠性對 主機(jī)的精度、性能、壽命以及可靠性起著非常重要的作用。在機(jī)械產(chǎn)品中，軸承屬于高 精度產(chǎn)品，不僅需要數(shù)學(xué)、物理等諸多學(xué)科理論的綜合支持，而且需要材料科學(xué)、熱處 理技術(shù)、精密加工和測量技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和有效的數(shù)值方法及功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)等 諸多學(xué)科為之服務(wù)，因此軸承又是一個(gè)代表國家科技實(shí)力的產(chǎn)品。隨著工業(yè)水平的不斷 進(jìn)步、生產(chǎn)自動化水平的不斷提高，軸承已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在好多行業(yè)領(lǐng)域，它的質(zhì)量直 接影響到工作母機(jī)的工作性能，其精度的高低直接影響到整個(gè)設(shè)備性能的好壞。據(jù)統(tǒng)計(jì) 在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中 30%的故障與軸承有關(guān)。因此，工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控的要求也越來越高，為了保 證軸承質(zhì)量必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的出廠檢測。目前在軸承檢測項(xiàng)目中：軸承游隙檢測、內(nèi) 徑檢測以及振動情況檢測等項(xiàng)目，都是反應(yīng)軸承質(zhì)量的重要指標(biāo)，軸承的合格與否將會 直接影響到軸承的使用性能?，F(xiàn)有的軸承檢測儀一般只能進(jìn)行單一項(xiàng)目的檢測，檢測效 率低不方便。為了滿足軸承安全檢測的要求，研制出一種檢測效率高、基本實(shí)現(xiàn)自動化 的軸承多方面檢測項(xiàng)目的檢測裝置顯得越來越重要。 關(guān)鍵詞：軸承；自動化；檢測；裝置 IV Abstract Bearing is the most basic components in all kinds of the mechanical equipment, for its accuracy, performance, life and reliability plays a very important role of the host's accuracy, performance, life and reliability. Bearing is a high precision product in the mechanical products, not only its needs a comprehensive support for math, physics and other disciplines theory, but also needs the material science, heat treatment technology, precision machining and measuring technology, numerical control technology and numerical method is effective and powerful computer technology and other disciplines to serve its, so the bearing is the products that represents of the national scientific and technological strength. Along with the automation level of continuous improvement, the level of industrial production increasing, application field of bearing has been widely in many industries, it directly affects the quality of the work performance of machine tools, and its precision directly affects the performance of the whole device is good or bad. there are 30 percent of faculties in the rotating mechanism to be relative to bearings. so we must strictly check the qualities of bearings before they are sold .At the present in the bearing detection project, Bearing clearance detection, inner diameter measurement and vibration detection project, is an important indicator of the quality of the bearing.Weather the bearing is qualified or not,it will directly affect the bearing performance. Detection of the existing bearing tester is generally only for a single project, low detection efficiency is not convenient. In order to meet the requirements of bearing safety detection, developing a detection for higb detecting efficiency ,and the basic realization of automatic bearing detection project becomes more and more important. Key words: bearing; automation; measurement; system equipment V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 ...................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ...............................................................................................................1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 ...........................................................................................................2 2 軸承檢測裝置的分類及發(fā)展 .....................................................................................................3 2.1 概述 .......................................................................................................................................3 2.2 軸承儀器的分類和發(fā)展方向 ...............................................................................................3 2.2.1 軸承儀器的分類及特點(diǎn) ................................................................................................3 2.2.2 軸承儀器的發(fā)展方向 ....................................................................................................4 2.3 檢測方法的研究 ...................................................................................................................4 3 軸承的檢測 .................................................................................................................................5 3.1 軸承的基本結(jié)構(gòu) ...................................................................................................................5 3.2 軸承的類型及特點(diǎn) ...............................................................................................................6 3.3 軸承檢測的內(nèi)容和檢測條件 ...............................................................................................6 3.3.1 軸承檢測的標(biāo)準(zhǔn) ............................................................................................................6 3.3.2 軸承檢測的內(nèi)容和檢測條件 ........................................................................................6 4 軸承的振動檢測 .........................................................................................................................8 4.1 研究背景 ...............................................................................................................................8 4.2 軸承振動自動檢測的工作原理 ...........................................................................................8 4.3 系統(tǒng)組成及功能 .................................................................................................................10 4.4 振動信號的采集方案設(shè)計(jì) .................................................................................................12 4.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理 .........................................................................................................................13 4.6 幅值域參數(shù)計(jì)算 .................................................................................................................13 5 軸承游隙的檢測 .......................................................................................................................14 5.1 軸承徑向游隙檢測裝置的設(shè)計(jì) .........................................................................................14 5.1.1 游隙 ..............................................................................................................................14 5.1.2 徑向游隙的設(shè)計(jì)原理 ..................................................................................................14 5.2 軸承徑向游隙的動態(tài)游隙的測量計(jì)算 .............................................................................15 5.3 校核軸承游隙計(jì)算關(guān)系 .....................................................................................................16 6 軸承內(nèi)徑檢測裝置的設(shè)計(jì) .......................................................................................................18 6.1 軸承內(nèi)徑在線檢測裝置的設(shè)計(jì) .........................................................................................18 6.2 軸承內(nèi)徑檢測裝置的測量原理 .........................................................................................18 6.2.1 內(nèi)徑測量方法的研究 ..................................................................................................18 6.2.2 內(nèi)徑測量的設(shè)計(jì)機(jī)理 ..................................................................................................19 VI 6.3 軸承內(nèi)徑檢測系統(tǒng)精度的確定 .........................................................................................20 7 傳動裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................21 7.1 電動機(jī)的選擇 .....................................................................................................................21 7.2 傳動比的分配 .....................................................................................................................21 7.3 傳動帶的選擇 .....................................................................................................................22 7.3.1 帶傳動的類型 ..............................................................................................................22 7.3.2 帶傳動的特點(diǎn)及應(yīng)用 ..................................................................................................22 7.3.3 V 帶的材料和結(jié)構(gòu) .......................................................................................................22 7.3.4 V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................................................................................23 8 齒輪傳動 ...................................................................................................................................24 8.1 齒輪概述 .............................................................................................................................24 8.2 齒輪類型的選擇及齒數(shù)的計(jì)算 .........................................................................................25 8.2.1 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..................................................................................................25 8.2.2 計(jì)算各參數(shù) ..................................................................................................................26 8.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ..................................................................................................27 8.2.4 齒輪的幾何尺寸計(jì)算 ..................................................................................................28 8.2.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................................................................................................29 9 軸 ...............................................................................................................................................30 9.1 最小軸徑的估算 .................................................................................................................30 9.2 軸的強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算 .................................................................................................30 10 軸承、聯(lián)軸器的選擇 .............................................................................................................33 10.1 軸承的選擇 .......................................................................................................................33 10.2 聯(lián)軸器的選擇 ...................................................................................................................33 11 結(jié)論與展望 .............................................................................................................................35 11.1 結(jié)論 ...................................................................................................................................35 11.2 不足之處及未來展望 .......................................................................................................35 致 謝 ...........................................................................................................................................36 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................37 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)零件之一，其質(zhì)量好壞在一定程度上影響整個(gè)機(jī) 械系統(tǒng)的性能，可以說在制造業(yè)大發(fā)展的環(huán)境下軸承的使用無處不在。但是軸承也是最 容易損壞的零件之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械中大約有 30%的故障與軸承有關(guān)，軸承的質(zhì)量 與設(shè)備的正常運(yùn)行有著緊密的聯(lián)系。我國軸承行業(yè)對軸承成品也采用了極為嚴(yán)格的檢測 工藝，主要依據(jù)有國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。檢測項(xiàng)目從重要性上分為：關(guān)鍵項(xiàng) 目、主要項(xiàng)目及次要項(xiàng)目。隨著軸承工業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展和當(dāng)前市場前景的預(yù)測，軸承 儀器制造業(yè)已顯跟不上形式的發(fā)展，因此開發(fā)高新檢測裝置儀器勢在必行并且大有市場。 產(chǎn)品的質(zhì)量是一個(gè)企業(yè)生存的根本，在全球經(jīng)濟(jì)一體化，行業(yè)競爭白熾化的環(huán)境下， 產(chǎn)品的質(zhì)量尤為重要。目前，我國軸承企業(yè)廣泛應(yīng)用了自動化程度比較高的加工機(jī)床， 生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到了很大的提高，然而軸承的檢測卻處于半自動化與手工檢測相 結(jié)合的靜態(tài)測量階段。在國外軸承產(chǎn)品的沖擊下，國內(nèi)軸承企業(yè)求生存求發(fā)展的根本也 就要求地保證軸承的質(zhì)量。因此，對軸承檢測項(xiàng)目的要求及其檢測項(xiàng)目的精確度要求也 越來越多、越來越高，此外還要在一定程度上滿足人機(jī)協(xié)作的要求。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 精密機(jī)械制造技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品精度的日益提高，有力地促進(jìn)了測試技術(shù)和試 驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，使其呈現(xiàn)出多態(tài)性和超精密的特性。為了滿足人們的需求，許多廠家和 軸承試驗(yàn)研究所都在研究改進(jìn)新產(chǎn)品來適應(yīng)市場的需求。在國內(nèi)，常用的檢測軸承質(zhì)量 的軸承振動檢測儀有兩種，一種是測量軸承振動的加速型軸承振動檢測儀，另一種是通 過測量軸承振動速度的速度型軸承振動檢測儀。杭州軸承試驗(yàn)研究中心的 BVT-5 軸承振 動速度檢測儀（如圖 1.1）是其性能最完善的一個(gè)型號。杭州軸承試驗(yàn)中心的 BVT 系列 軸承振動檢測儀以及洛陽軸承研究所研制的 S09（如圖 1.2）系列軸承振動檢測儀是軸承 行業(yè)應(yīng)用最多的產(chǎn)品，同時(shí)其他廠家也研制出了自主特色的圓錐滾子軸承振動檢測儀。 例如：大連軸承儀器廠、大連科匯軸承儀器有限公司研制的 S3907-2A 型軸承振動監(jiān)測儀、 寧波科技園區(qū)中策儀器廠研制的 S7910 圓錐滾子軸承振動測量儀 [1]。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 BVT-5 軸承振動檢測儀外形 圖 1.2 S09 系列軸承振動檢測儀外形 在國外，丹麥研制出了 B是 對工件上的各個(gè)被測幾何量分別進(jìn)行測量。綜合測量：是對工件上的幾個(gè)相關(guān)幾何量的 綜合效應(yīng)同時(shí)測量得到綜合指標(biāo)，以判斷綜合結(jié)果是否合格。 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 5 3 軸承的檢測 3.1 軸承的基本結(jié)構(gòu) 軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖3.1、圖3.2、圖3.3所示，它有內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3、和保持 架4組成。內(nèi)圈安裝在軸勁上，外圈安裝在軸承座孔中。內(nèi)外圈上制有弧形環(huán)狀滾道，用 以限制滾動體的側(cè)向移動，并可降低滾動體在內(nèi)、外圈的接觸應(yīng)力。軸承通常是內(nèi)圈旋 轉(zhuǎn)、外圈固定，也有外圈旋轉(zhuǎn)、內(nèi)圈固定。保持架的功用是使?jié)L動體均勻隔開，防止相 鄰滾動體轉(zhuǎn)動時(shí)由于接觸處產(chǎn)生較大的相對滑動速度而引起磨損。滾動體是滾動軸承的 核心元件，當(dāng)內(nèi)、外圈相對運(yùn)動時(shí)，滾動體就在軸承的內(nèi)、外圈滾道間滾動，使相對運(yùn) 動表面間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦。 圖3.1 軸承結(jié)構(gòu)圖 1-外圈；2- 內(nèi)圈；3- 滾動體；4- 保持架 圖3.2 圓錐滾子軸承 內(nèi)、外圈及滾動體一般是用強(qiáng)度高、耐磨性好的軸承鋼制造，例如 GCr15、GCr15SiMn等，熱處理后工作表面硬度應(yīng)達(dá)到HRC60-65。由于這些元件都經(jīng)過 150 的回火處理，所以通常當(dāng)軸承的工作溫度≤120 時(shí)，元件的硬度都不會下降。保C? C? 持架多用低碳鋼板沖壓成形，也有用銅合金、鋁合金或塑料等制成實(shí)體的。 圖 3.3 軸承 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 3.2 軸承的類型及特點(diǎn) 軸承的功用是支撐軸及軸上的零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支撐之間的摩擦 和磨損。根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，軸承可以分為滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）和 摩擦軸承（簡稱滑動軸承）兩大類。滾動軸承按其結(jié)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、承載情況有多種 分類方法，分別適用于不同的載荷、轉(zhuǎn)速及特殊的工作要求。 按其所承受載荷方向可以分為向心軸承和推力軸承兩大類。 按滾動體的種類可分為球軸承和滾子軸承。球軸承的滾動體為球，球與滾道表面的 接觸點(diǎn)為點(diǎn)接觸；滾子軸承的滾動體為滾子，滾子與滾道表面的接觸為線接觸。滾子軸 承比球軸承的承載能力和耐沖擊能力都好，而球軸承摩擦小、高速性能好。 按工作時(shí)能否調(diào)心可分為調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。調(diào)心軸承允許的偏位角大。 按安裝軸承時(shí)其內(nèi)、外圈可否分別安裝，分為可分離軸承和不可分離軸承。軸承在 裝置中的應(yīng)用（如圖 3.4）所示： 圖 3.4 軸承在裝置中的應(yīng)用 3.3 軸承檢測的內(nèi)容和檢測條件 3.3.1 軸承檢測的標(biāo)準(zhǔn) 軸承的檢測是個(gè)全面的系統(tǒng)化的過程，它包括很多方面的內(nèi)容和要求。它的檢測必 須符合相關(guān)的軸承檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 針對軸承質(zhì)量進(jìn)行檢測的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩個(gè)方面： （1）滾動軸承檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)是軸承檢測的主要依據(jù)。例如 GB307.2-84《滾動軸承 公差的測量方法》及 GB307.3-84《滾動軸承的一般技術(shù)要求 》等。 （2）頒標(biāo)了專用標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如 JB/CQ13-87《球軸承及其零件補(bǔ)充技 術(shù)要求》以及 JB/CQ14-88《滾子軸承及其零件補(bǔ)充技術(shù)要求》等。 3.3.2 軸承檢測的內(nèi)容和檢測條件 軸承的基本的基本結(jié)構(gòu)是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分構(gòu)成，相應(yīng)軸承的 檢測也包括對軸承內(nèi)圈的檢測，外圈的檢測，滾動體的檢測以及對保持架的檢測。以上 檢測都合格并不代表該軸承是合格的，軸承裝配好了以后，我們還要進(jìn)行對該軸承的成 品檢測。國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的軸承的檢測項(xiàng)目主要有：尺寸精度、旋轉(zhuǎn)精度、游隙、旋轉(zhuǎn) 靈活性、振動噪聲、殘磁強(qiáng)度、表面質(zhì)量、硬度等。如圖 3.5 所示： 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 7 圖 3.5 軸承的主要檢測項(xiàng)目 國家標(biāo)準(zhǔn)不僅對軸承檢測的內(nèi)容作了規(guī)定，而且對軸承檢測時(shí)應(yīng)滿足的條件足額作 了規(guī)定。在設(shè)計(jì)軸承檢測儀器以及進(jìn)行軸承檢測時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 溫度的影響：因軸承摩擦發(fā)熱和其他熱源的影響而使軸承套圈的溫度高于相配件的 溫度時(shí)，內(nèi)圈軸頸的配合將會變松，外圈外殼孔的配合將會變緊，當(dāng)軸承工作溫度高于 100 度時(shí)，應(yīng)該對所選用的配合適當(dāng)修正（減少外圈與外殼孔的過盈，增加內(nèi)圈與軸頸的 過盈） 。軸承在測量時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為 20 度，測量時(shí)要保證被測軸承、標(biāo)準(zhǔn)件或量塊以及 測量時(shí)用的儀器處于同一溫度條件下。 轉(zhuǎn)速的影響：對于轉(zhuǎn)速高又承受沖擊動負(fù)荷作用的滾動軸承，軸承與軸頸的外殼孔 的配合應(yīng)選用過盈配合。在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對類型的選擇沒有什么影響，只有 在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會有比較顯著的影響，通常軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于其極限轉(zhuǎn)速（手冊 中查閱） ，否則會降低其使用的壽命。 公差等級的協(xié)調(diào)：選擇軸承和外殼孔精度等級時(shí)應(yīng)與軸承精度等級相協(xié)調(diào)。如 0 級 軸承配合軸頸一般為 IT6，外殼孔則為 IT7;對旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動平穩(wěn)性有較高要求地場合， 軸頸為 IT5 時(shí)，外殼孔選為 IT6; 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 4 軸承的振動檢測 4.1 研究背景 隨著我國軸承檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，2010 年 4 月我國實(shí)施的新標(biāo)準(zhǔn)基本和國際 標(biāo)準(zhǔn)一致。 《滾動軸承 振動測量方法》第 3 部分規(guī)定：具有圓柱孔和圓柱外表面的向心 調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承》 （GB/T 24610.3-2009)中加載力要求如下表 4-1： 表 4-1 圓錐滾子軸承軸向載荷的新設(shè)定值 由于振動檢測法具有：（1）適用于不同類型和不同工作環(huán)境下的軸承；（2）可以 有效地診斷出軸承生產(chǎn)制造時(shí)的各種缺陷與不足，同時(shí)可以判斷出軸承的壽命;（3）對軸 承振動信號的各種測試及相關(guān)處理比較簡單、直觀；（4）診斷結(jié)果準(zhǔn)確度高，可靠性較 好等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此振動檢測法在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 4.1 裝置圖 4.2 軸承振動自動檢測的工作原理 軸承測振原理：主軸系統(tǒng)作為被測軸承的支撐(如圖 4.1)，當(dāng)測振傳感器（如圖 4.2） 的測頭壓在被測軸承外圈表面時(shí)，其獲得的振動信號中包含了主軸系統(tǒng)自身的振動信號 和被測軸承的振動信號，因此主軸的旋轉(zhuǎn)精度、軸向跳動、端面跳動、自振等參數(shù)要較 小，否則會造成軸承優(yōu)良判斷的誤差。即當(dāng)測振傳感器的拾振桿輕壓在振動的物體上時(shí)， 隨著振動物體一起振動，拾振質(zhì)量相對于傳感器殼體作相對運(yùn)動。系統(tǒng)的輸入是殼體運(yùn) 動所引起的慣性力，系統(tǒng)的輸出則是質(zhì)量的相對位移。為了真實(shí)的測得軸承的振動情況， 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 9 可以模擬軸承正常工作時(shí)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況， 首先定位好該被測軸承的位置，考慮到軸承 型號的不同（即檢測的軸承的內(nèi)徑不同） ， 在此我們選用了錐形主軸（如圖 4.3）所示， 利用軸承的推力裝置將被測軸承推送到圓錐 主軸系統(tǒng)的芯軸上，并利用螺塞、錐軸套加 以固定被測軸承的內(nèi)圈，以一定的軸向壓緊 力壓緊被測軸承的外圈。隨后，加速度傳感 器輕壓在被測軸承的外圈表面上，主軸傳動 系統(tǒng)帶動被測軸承轉(zhuǎn)動。傳感器將采集到的 振動信號轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過信號處理電 路處理后，由數(shù)據(jù)采集卡的 A/D 模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號， 最后將數(shù)字信號傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 圖 4.2 速度型傳感器結(jié)構(gòu)原理圖 得出測量結(jié)果 [5]，流程如（圖 4.4 所示）： 圖 4.3 錐形軸 圖 4.4 軸承振動測量 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 4.3 系統(tǒng)組成及功能 系統(tǒng)主要由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成，具有信號采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、故障診 斷等主要功能。由于傳感器所得到的電信號很弱，必須經(jīng)電荷放大器進(jìn)行處理，在處理 中控制示波器器輔助監(jiān)視信號的大小，以不超過 A/D 轉(zhuǎn)換額定電壓±5V 為準(zhǔn)。應(yīng)用磁帶 機(jī)主要是便于離線分析，低通濾波主要是為了適應(yīng) A/D 轉(zhuǎn)換的要求，如果信號中包含的 頻率很高，為滿足采樣定理，采樣速率就必須很大，因?yàn)?A/D 轉(zhuǎn)換有一定的時(shí)間限制， 這樣就要求濾掉高頻成分，系統(tǒng)功能及工作流程見（圖 4.5） ，振動檢測的局部設(shè)計(jì)如 （圖 4.6）所示： 圖 4.5 系統(tǒng)的功能及工作流程圖 由于被測量軸承的厚度或大小的改變，導(dǎo)致軸承相對于錐軸位置的改變，我們就需 要調(diào)整傳感器測頭的位置，讓傳感器的測頭（如圖 4.7）幾乎始終位于被測量軸承外圈的 中心位置。這就需要傳感器能夠左右移動。同時(shí)由于被測軸承直徑大小的改變，這就需 要調(diào)整該傳感器的前后位置，讓傳感器的測頭能夠保持壓在被測量軸承的外圈上。因此 該傳感器需要固定在一個(gè)能同時(shí)實(shí)現(xiàn)上下和前后移動的平臺上（如圖 4.8） 。 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 11 圖 4.6 振動檢測局部圖設(shè)計(jì) 圖 4.7 傳感器的接觸觸頭及其連桿 圖 圖 4.8 傳感器位置調(diào)整機(jī)構(gòu) 軸承定位裝置主要用于軸承的定位，在其上方安裝一個(gè) V 型板，使其靠在軸承的外 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圈上，其軸承中心自動與芯軸中心保持較好的同心度，便于與傳感器接觸觸頭進(jìn)行良好 的定位，如（圖 4.9）所示。 圖 4.9 V 型板定位局部放大圖 滾動軸承振動（速度）測量法（JB/T 5313-2001)中規(guī)定：啟動驅(qū)動主軸，將傳感器測 頭壓下，使其處于與測量狀態(tài)相同的條件下，此時(shí)個(gè)頻帶示值應(yīng)符合表 4-2 的規(guī)定。 表 4-2 軸承測振儀基礎(chǔ)振動 軸承公稱內(nèi)徑 各頻帶振動值 max mm um/s 超過 到 50-300HZ 300-1800HZ 1800-10000HZ 3 12 10 7 4 12 60 12 10 5 60 120 15 15 7 4.4 振動信號的采集方案設(shè)計(jì) 換在軸承振動的信號測量中，軸承振動檢測儀通過速度傳感器將軸承的振動信號轉(zhuǎn) 為微弱的電信號，將信號的電壓大小一般在毫伏級，將微弱電信號經(jīng)放大后（前置放大 器)輸入到數(shù)據(jù)采集卡中進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后計(jì)算機(jī)調(diào)用得到的數(shù)字進(jìn)行相關(guān)處理。信號 處理得相關(guān)過程如下（圖 4.10）： A/D 圖 4.10 信號處理過程 計(jì)算機(jī)對通過對所采集得到的軸承信號進(jìn)行我們所需要的各種分析，主要的有兩個(gè) 方面：時(shí)域分析、頻域分析，當(dāng)振動信號采集后需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析。 采用 MS-1239A/D 轉(zhuǎn)換卡，直接插入微機(jī)擴(kuò)展槽中，用單通道采集數(shù)據(jù)。采樣子程 序用那個(gè)是匯編語言編制，因?yàn)閰R編語言直接進(jìn)行位操作，運(yùn)行速度比較快，能滿足高 速采樣的要求，采樣方式為中斷方式，直接用微機(jī)的 8253 定時(shí)器計(jì)時(shí)，這樣采樣頻率控 制精確。中斷控制器 8259 根據(jù)定時(shí)信號向 CPU 申請中斷。采樣值保存在緩沖區(qū)內(nèi)，供主 速度傳感器 前置放大器 數(shù)據(jù)采集卡 計(jì)算機(jī) 軸承檢測裝置的設(shè)計(jì) 13 程序調(diào)用。通過對定時(shí)器賦不用的計(jì)數(shù)值，實(shí)現(xiàn)不同頻率的采樣 [14]。 4.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理 根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)化器的 12 位偏移編碼將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制電壓值，這時(shí)可以進(jìn)行單 位標(biāo)定，對所有采樣點(diǎn)做零均值化處理。即： 均 E= 為 信 號 幅 值 。為 采 樣 點(diǎn) 數(shù) ， ii XnX,/?niEii .3,21}{, ??經(jīng) 的 變 換 是 在直 流 分 量 ， 而 直 流 信 號信 號 的 均 值 相 當(dāng) 于 一 個(gè)變 換 后 的 信 號 序 列 ,i X=0 處的沖擊函數(shù)，因此如不去掉均值，在估計(jì)信號的功率時(shí)，在 X=0 處會出現(xiàn)一個(gè)很 大的峰值，并會影響 X=0 左右處的譜線，使之產(chǎn)生較大的偏差。 而根據(jù) Chauvenl 判據(jù) K(見表 4-3） ，軸承振動標(biāo)準(zhǔn)（表 4-4） ，實(shí)例檢測（表 4-5）： 表 4-3 Chauvenl 判據(jù) 4.6 幅值域參數(shù)計(jì)算 均方根值 212})({dxQXuRMS?????? （4-1 ） 平均幅值 )( 2???? （4-2 ） 方根幅值 22})({dxQXur????? （4-3 ） 峰值 )(max0tE ? （4-4 ） 表 4-4 軸承振動標(biāo)準(zhǔn) （雙振幅 mm) 優(yōu) 良好 合格 1500r/min ≤0.03 ≤0.05 ≤0.07 3000r/min ≤0.02 ≤0.025 ≤0.05 ≥5000r/m ≤0.01 ≤0.025 ≤0.05 表 4-5 檢測實(shí)例 編號 診斷對象 內(nèi)圈 外圈 滾動體 dB 值 結(jié)果 1 2 3 4 5 <<<< << E << EE
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