一种轴承振动分析仪的改进方法

xiaolingege

　　滚动轴承是机械行业中应用最为广泛的一种通用机械部件，也是机械设备中的易损件。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约30%的机械故障是由于滚动轴承而引起的。滚动轴承是否工作正常直接影响到整台设备的性能，滚动轴承的好坏对机器工作状况的影响极大。振动分析是轴承故障诊断最重要最常用的手段。现有的各种滚动轴承振动分析仪器通过采集轴承的振动信号，经过振动信号的波形、频谱、相位分析，进而诊断出轴承的故障类型和严重程度[1]。 但此类分析仪大都是在恒定转速的状况下进行的振动分析，而在实际应用中，滚动轴承大都是处于变转速的工作状况下的，现有分析仪所得出的振动信号不能满足变转速滚动轴承振动信号分析的要求，从而不能很好地解决滚动轴承工作条件多样性的测试分析问题。因此对变转速下运转的滚动轴承振动分析仪的研究变得具有应用价值。
　　2滚动轴承振动分析的改进。
　　针对原有滚动轴承振动分析仪的整体结构，将改进后设备的主要功能进行简要介绍如下：(1)通过增加变频调速器控制原有滚动轴承振动仪主轴电动机的转速，从而实现对被测滚动轴承转速的控制，实现非恒转速工况的模拟。(2)推力器(1)的作用是给滚动轴承
　　外圈施加一个轴向力，同时使滚动轴承外圈在轴承高速运转的情况下能够保持静止不动。在原有推力器上加装一个压力传感器，由计算机直接显示出传感器测得的压力，这样可以精确调整轴向力，更便于进行轴向力对轴承振动信号影响规律的分析。(3)在主轴(20)的尾端安装一个光电编码器，通过计算机便可以测得主轴的转速，转角，角速度等参数，可以用来分析滚动轴承转速对其振动信号的影响规律。在设备改造中，利用变频调速器改变滚动轴承转速是任务的关键环节，因此就此部分做较详细地介绍。
　　2.1主轴变频调速
　　为了解决滚动轴承变转速工况模拟的问题，我们在滚动轴承主轴电动机上增加了型号为M420的变频调速器日，其工作原理如图1所示。
　　图1 M420型变频调速器的工作原理图
　　变频器的作用是将频率固定的(通常为50Hz的)交流电变成频率连续可调(多数为0-400Hz)的三相交流电。这样电机的同步转速no=60f~p . (1)其中：n。又称为旋转磁场的转速，f为电流的频率，P为旋转磁场的磁极对数。
　　由公式(1)可知当频率f连续可调时(一般P为定数)，电动机的同步转速也连续可调。又因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略低一些，所以，当同步转速连续可调时，异步电动机转子的转速也是连续可调的。因而可以通过改变变频器的f来对滚动轴承主
　　轴电动机进行调速。
　　2.2变频调速器与电动机的连接
　　图2是M420型变频调速器与电动机连接的线路图。图2 变频调速器与电动机的连接
　　结合M420型变频调速器的工作原理图和M420型变频调速器与电动机的连接电路图可知：Ll，L2，L3分别为三相交流电的相把三相交流电从R，s，T三个对应相输入，通过变频调速器内部的整流电路，滤波电路，制动电路，逆变电路最终输出u，V，w三相。再将其输入到三相电动机，实现控制滚动轴承主轴转速的目的。
　　3滚动轴承调速步骤
　　按照图3给出的变频调速操作流程图，可以使滚动轴承的主轴实现预定的转速，可实现匀加速启动，停止、变加速启动/停止、正弦启动等功能，为滚动轴承振动信号采集提供所需的转速变化形式。
　　捌 访问缀1：003=1 r'1 开始快建调 P0010= 1选掸 侔地燧PO100=O r1 电动机割i定衄蹑p0 o4 ∞电'咄机鞭定电流P0305=-1 6 r1 电动机额定功率P0507=0 55电劫帆额锺螂举1)0310=50 r.1屯动机额定j垂虚(vl~a)P0311=1390地样命々源I~0700==2 r1 蹙糊器出厂参数复位P0970=0选择黼犁 电值潦Pl000=l r.1 电动机最小捌举P10~0=5斜坡 醉时阃P1121=5 r'1 站柬快速调试P3900=-1亘]
　　图3 变频调速操作流程图
　　其中调整斜坡上升时间P1120或斜坡下降时间P1121的值可以改变滚动轴承主轴的加速或减速时的加速度。在滚动轴承运转过程中，通过传感器测得滚动轴承的振动信号并通过数据采集卡将信号采集到计算机中。我们便可以在计算机中通过相应软件获得所测
　　信号的波形图。
　　4结束语
　　通过对现有仪器的改进，使其除具备原有恒转速条件下的滚动轴承振动测试功能外增加了变转速条件下的测试功能，能够获取滚动轴承在不同转速下和在不同转速变换模式下的振动信号，为深入研究滚动轴承在不同工况下的振动特性搭建了实用的实验平台。