[發明專利]滾動軸承振動檢測裝置及分析方法

有效

• 申請號: 201410519880.3
• 申請日: 2014-09-30
• 公開（公告）號: CN104251764B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 劉文濤;張云;馮之敬;王于岳
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01M13/04
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司44311
• 代理人: 哈達

技術領域

本發明涉及一種滾動軸承振動檢測裝置及分析方法，尤其涉及一種能夠排除心軸回轉誤差影響的滾動軸承振動檢測裝置及分析方法。

背景技術

滾動軸承作為高速精密數控機床主軸的回轉支撐零件，其自身的運動平穩性直接影響到機床的加工精度。隨著現代數控機床加工精度的不斷提高，對滾動軸承動態性能的要求也越來越高，軸承振動成為必須考核的項目之一。軸承振動是指軸承在運轉過程中，除功能所必須的運動外，其內部零件出現的偏離理想位置的運動。在實際應用中，當軸承外圈固定，內圈旋轉時，軸承振動主要表現為內圈偏離理想位置的運動；當軸承內圈固定，外圈旋轉時，軸承振動主要表現為外圈偏離理想位置的運動。軸承振動產生的原因主要包括：

（1）時變的徑向剛度；（2）加工誤差，例如套圈滾道和滾動體表面的波紋度、粗糙度和直徑偏差等；（3）保持架與滾動體和套圈之間的碰撞；（4）表面缺陷，例如點蝕和剝落等；（5）外圈的柔性變形；（6）潤滑劑中的雜質。

對于軸承振動的測量，通常的方法是將軸承內圈安裝在一個隨主軸旋轉的心軸上，外圈不轉并承受一定的軸向或徑向載荷，在外圈圓柱面寬度二分之一處沿圓周方向取三個測量點，依次測量外圈的徑向振動，然后取平均值。根據JB/T?51112―2001《滾動軸承?振動（速度）測量方法》的規定，外圈徑向振動的速度量采用動圈式速度型傳感器測量；根據JB/T?51114―2002《滾動軸承?振動（加速度）測量方法》的規定，外圈徑向振動的加速度量采用加速度型傳感器測量。由于速度型傳感器對低頻振動反應比較敏感，所以在轉速較低時適合采用速度量測試；而由于加速度型傳感器對高頻振動反應比較敏感，所以在轉速較高時適合采用加速度量測試。采用速度量測試軸承時，分別在低頻（50～300Hz）、中頻（300～1800Hz）和高頻（1800～10000Hz）三個頻段內評定其振動值；而采用加速度量測試時，通常在通頻段（50～10000Hz）內評定振動值。

實際中，心軸的回轉誤差會對軸承振動的測量產生影響。由于心軸固定安裝在電機主軸上，電機主軸具有一定的回轉誤差，而且心軸本身存在形位誤差，導致心軸也具有回轉誤差。心軸的回轉誤差會使軸承內圈的旋轉軸線發生偏移和擺動，即在通過旋轉軸線的一個或兩個相互垂直平面內發生徑向平移、軸向平移的和角向運動。這些運動誤差將會通過滾動體傳遞到軸承外圈上，從而引入系統測量誤差。盡管目前普遍采用液體靜壓主軸，但是仍不能消除心軸回轉誤差的存在。因此，有必要提出一種測量分析方法來評定及分離心軸回轉誤差對軸承振動的影響，以提高測量結果的準確性。

回轉誤差的測量一般采用單向法或雙向法，其中單向測量法是在主軸回轉面的一個方向上放置傳感器測量主軸的徑向跳動值，而雙向測量法是在相互垂直的x和y兩個方向上同時測量主軸的徑向跳動值。常用的振動傳感器有電渦流式、電容式和激光位移傳感器，主要性能指標包括測量范圍、分辨率、響應特性、線性度和穩定性。電渦流位移傳感器的主要特點是測量范圍寬，響應速度較快；電容位移傳感器的特點是分辨率高，可實現低于1nm的分辨率，但是響應速度較低；激光位移傳感器的特點是響應速度快，線性度高。因為JB/T?51112―2001和JB/T?51114―2002中規定的主軸的徑向和端面跳動誤差在微米量級，所以此處主軸的振動采用電渦流式或激光位移傳感器進行測量較為合適。

因為在測量過程中心軸的回轉誤差是軸承振動的一個激勵源，兩者之間的關系取決于軸承本身復雜的動力學特性。如果把待測軸承看作為一個系統，軸承振動看作為系統的輸出，那么系統的輸入就包括心軸的回轉誤差和軸承內部的各種激勵（例如套圈滾道和滾動體表面的波紋度、粗糙度、局部缺陷、保持架與滾珠和套圈的碰撞等）。對于軸承振動和各種激勵之間因果關系的研究，通常的方法是基于周期信號的假設，通過比較實際測量的振動頻譜和理論計算的激勵頻譜來辨別某個激勵對振動的影響。然而這種方法在低頻范圍內具有一定的可行性，但是在中、高頻范圍內，由于軸承振動信號的頻率成份非常復雜，而且不同的激勵可能產生相同的頻率分量，導致很難分辨出某個激勵產生的振動頻率分量，也就很難分離這個激勵對軸承振動的影響。因此，如何分離主軸振動的影響是軸承振動測量的一個難點。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種能夠分離心軸回轉誤差影響的滾動軸承振動檢測裝置及分析方法。