專(zhuān)利名稱(chēng)：機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷領(lǐng)域，涉及一種綜合、方便和可靠 地模擬軸承、齒輪的若干典型故障和轉(zhuǎn)子不平衡故障的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
齒輪故障、軸承故障和轉(zhuǎn)子不平衡是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中常見(jiàn)的故障類(lèi)型。在工程實(shí) 際中，機(jī)電設(shè)備由于這三類(lèi)故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而引起的重大事故屢有發(fā)生。對(duì)此類(lèi)設(shè)備開(kāi) 展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，已成為大型企業(yè)的迫切需求，也必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì) 效益。對(duì)于在校師生，接觸和了解工程實(shí)際中的設(shè)備和情況是必要的，但由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所處 環(huán)境和工況往往非常復(fù)雜，所以在學(xué)習(xí)和研究時(shí)，需要從簡(jiǎn)入難，由少到多。鑒于此，設(shè)計(jì)一 臺(tái)可以模擬工程實(shí)際中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障的實(shí)驗(yàn)臺(tái)就有很重要的理論和實(shí)際意義。為了驗(yàn)證針對(duì)各種故障的診斷方法的有效性、準(zhǔn)確性和優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)踐是必不可少的?，F(xiàn)有的大部分機(jī)械故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，有的功能不夠全面，往往只能模擬 一到兩種設(shè)備故障；有的太接近于實(shí)際設(shè)備，即作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)來(lái)說(shuō)，其外型笨重，操作復(fù) 雜；實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用場(chǎng)所是學(xué)?；蚩蒲性核膶?shí)驗(yàn)室，使用人員是在校師生，所以迫切需要一 種既能模擬機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障，又外形整潔、美觀，操作時(shí)輕便、干凈的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠綜合、方 便和可靠地模擬機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的若干典型故障，很好地應(yīng)用于科研人員研究驗(yàn)證故障診斷 方法和在校師生的教學(xué)實(shí)踐。實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案是一種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括一底座(16)，底座由第一導(dǎo)槽 (13)、第二導(dǎo)槽(18)和配電槽(15)三部分組成。第一導(dǎo)槽(13)內(nèi)安裝有可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的 電機(jī)(2)和第一軸(9)，電機(jī)(2)通過(guò)過(guò)渡套(4)、第一聯(lián)軸器(6)與第一軸(9)相連。電 機(jī)(2)通過(guò)電機(jī)后支座(1)和電機(jī)前支座(3)安裝在第一導(dǎo)槽(13)內(nèi)。第一軸(9)上由前 到后分別安裝有可在不同位置安裝不同配重的第一質(zhì)量平衡盤(pán)(8)、可更換的小齒輪(10) 和可在不同位置安裝不同配重的第二質(zhì)量平衡盤(pán)(11)。第一軸(9)通過(guò)裝配了可更換軸承 的第一軸承座⑵和第二軸承座(12)安裝在第一導(dǎo)槽(13)內(nèi)。第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)安裝有 第二軸(20)和扭矩可調(diào)的制動(dòng)器(24)，第二軸(20)通過(guò)第二聯(lián)軸器(22)與制動(dòng)器(24) 相連；制動(dòng)器(24)通過(guò)制動(dòng)器支座(23)安裝在第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)。第二軸(20)上安裝有 可更換的大齒輪(19)。第二軸(20)通過(guò)裝配了可更換軸承的第三軸承座(17)和第四軸承 座(21)安裝在第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)。不同的模擬故障零部件通過(guò)第一軸(9)或者第二軸(20) 安裝于第一導(dǎo)槽(13)和第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)。相互嚙合的小齒輪(10)和大齒輪(19)通過(guò)專(zhuān) 用的便于拆卸的錐形套件分別安裝于第一軸(9)和第二軸(20)上。通過(guò)更換不同的模擬 故障零部件，并通過(guò)控制器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和制動(dòng)器的扭矩大小，即可模擬不同工況下的典型故障。所述的第一聯(lián)軸器(6)上設(shè)計(jì)有兩兩相鄰的齒形凹槽(25)和單一凹槽(26)；第 一聯(lián)軸器(6)的前端設(shè)計(jì)有鍵槽(27)，通過(guò)銷(xiāo)鍵與過(guò)渡套(4)裝配連接。第一聯(lián)軸器(6)的 后端設(shè)計(jì)有使第一聯(lián)軸器(6)和第一軸(9)抱緊連接的螺紋孔(28)、用來(lái)插入第一軸(9) 的軸孔(29)和切口(30)。將第一軸(9)插入軸孔后，通過(guò)擰入螺紋孔的螺釘使第一聯(lián)軸器 (6)和第一軸(9)抱緊連接。所述的4個(gè)軸承座的結(jié)構(gòu)是相同的，以第三軸承座(17)為例，其頂部有前后2個(gè) 豎直方向的螺紋孔(31)，分別用于安裝1個(gè)渦流傳感器和1個(gè)加速度傳感器；第三軸承座 (17)的外側(cè)有前后2個(gè)水平方向的螺紋孔(32)，分別用于安裝1個(gè)渦流傳感器和1個(gè)加速 度傳感器；軸承通過(guò)前軸承端蓋(33)和后軸承端蓋(34)固定在第三軸承座(17)內(nèi)；在前 軸承端蓋(33)上對(duì)應(yīng)于螺紋孔(31)和螺紋孔(32)的位置設(shè)計(jì)有切口(35)；凸臺(tái)(36)用 于軸承座安裝時(shí)緊靠在底座壁上，使其精確定位安裝。所述的專(zhuān)用的便于拆卸的錐形套件由螺母套(37)、內(nèi)錐套(38)和外錐套(39) 組成；螺母套(37)設(shè)計(jì)有用于插入軸的軸孔(40)，用于與齒輪輪轂上的外螺紋配合的內(nèi) 螺紋(41)；內(nèi)錐套(38)的外表面為圓錐形，內(nèi)表面為圓柱形，并有一軸向開(kāi)口(42)；外錐 套(39)的外表面為圓柱形，內(nèi)表面為圓錐形，并有一軸向開(kāi)口(43)；裝配時(shí)，擰緊螺母套 (37)，通過(guò)軸向壓力使內(nèi)錐套(38)與外錐套(39)相互擠壓，產(chǎn)生微小變形；通過(guò)各配件之 間的摩擦力使齒輪與軸裝配固定。所述的底座(16)的頂面在電機(jī)座、軸承座和制動(dòng)器座的相應(yīng)安裝位置設(shè)計(jì)有三 列與軸向平行的螺紋孔(44)；所述的底座(16)在齒輪副安裝位置處設(shè)計(jì)有切口槽(45)，以 防止齒輪和底座發(fā)生干涉。本實(shí)用新型的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以在質(zhì)量平衡盤(pán)的不同位置 安裝不同質(zhì)量的配重模擬轉(zhuǎn)子不平衡故障；通過(guò)拆卸錐形套件方便地更換齒輪模擬齒輪故 障；通過(guò)更換軸承模擬軸承常見(jiàn)故障；若同時(shí)使用不同的模擬故障零件，還可以模擬混合故障。本實(shí)用新型的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠綜合、方便和可靠地模擬 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備的若干典型故障；可以很好地應(yīng)用于科研人員研究驗(yàn)證故障診斷方法和在校 師生的教學(xué)實(shí)踐。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)多處的特別設(shè)計(jì)，側(cè)重于操作的方便性和靈活性，同時(shí)外觀 整潔，可拓展性強(qiáng)。

圖1機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2第一聯(lián)軸器三維示意圖；圖3軸承裝配套件三維示意圖；圖4齒輪裝配套件三維示意圖；圖5實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座三維示意圖；圖中1、電機(jī)后支座；2、電機(jī)；3、電機(jī)前支座；4、過(guò)渡套；5、渦流傳感器后支座； 6、第一聯(lián)軸器；7、第一軸承座；8、第一質(zhì)量平衡盤(pán)；9、第一軸；10、小齒輪；11、第二質(zhì)量平 衡盤(pán)；12、第二軸承座；13、第一導(dǎo)槽；14、渦流傳感器前支座；15、配電槽；16、底座；17、第三軸承座；18、第二導(dǎo)槽；19、大齒輪；20、第二軸；21、第四軸承座；22、第二聯(lián)軸器；23、制 動(dòng)器支座；24、制動(dòng)器；25、齒形凹槽；26、單一凹槽；27、鍵槽；28、螺紋孔；29、軸孔；30、切 口 ；31、螺紋孔；32、螺紋孔；33、前軸承端蓋；34、后軸承端蓋；35、切口 ；36、凸臺(tái)；37、螺母 套；38、內(nèi)錐套；39、外錐套；40、軸孔；41、內(nèi)螺紋；42、軸向開(kāi)口 ；43、軸向開(kāi)口 ；44、螺紋孔； 45、切口槽。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，為本實(shí)用新型的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括一底座 16，底座由第一導(dǎo)槽13、第二導(dǎo)槽18和配電槽15三部分組成。第一導(dǎo)槽13內(nèi)安裝有可以 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機(jī)2和第一軸9，電機(jī)2通過(guò)過(guò)渡套4、第一聯(lián)軸器6與第一軸9相連。電機(jī)2 通過(guò)電機(jī)后支座1和電機(jī)前支座3安裝在第一導(dǎo)槽13內(nèi)。第一軸9上由前到后分別安裝 有可在不同位置安裝不同配重的第一質(zhì)量平衡盤(pán)8、可更換的小齒輪10和可在不同位置安 裝不同配重的第二質(zhì)量平衡盤(pán)11。第一軸9通過(guò)裝配了可更換軸承的第一軸承座7和第 二軸承座12安裝在第一導(dǎo)槽13內(nèi)。第二導(dǎo)槽18內(nèi)安裝有第二軸20和扭矩可調(diào)的制動(dòng)器 24，第二軸20通過(guò)第二聯(lián)軸器22與制動(dòng)器24相連。制動(dòng)器24通過(guò)制動(dòng)器支座23安裝在 第二導(dǎo)槽18內(nèi)。第二軸20上安裝有可更換的大齒輪19。第二軸20通過(guò)裝配了可更換軸 承的第三軸承座17和第四軸承座21安裝在第二導(dǎo)槽18內(nèi)。不同的模擬故障零部件通過(guò) 第一軸9或者第二軸20安裝于第一導(dǎo)槽13和第二導(dǎo)槽18內(nèi)。相互嚙合的小齒輪10和大 齒輪19通過(guò)專(zhuān)用的便于拆卸的錐形套件分別安裝于第一軸9和第二軸20上。通過(guò)更換不 同的模擬故障零部件可以模擬如下的典型故障(1)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障；(2)齒輪齒根裂紋、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕和斷齒故障；(3)軸承內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體的點(diǎn)蝕、裂紋故障；(4)以上三類(lèi)故障的任意組合故障。如圖2所示，第一聯(lián)軸器6上設(shè)計(jì)有兩相鄰的齒形凹槽25和單一凹槽26，配合在 兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置的渦流傳感器后支座5和渦流傳感器前支座14上安裝的渦流傳感器，即可分 別測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速和相位。第一聯(lián)軸器6的前端設(shè)計(jì)有鍵槽27，通過(guò)銷(xiāo)鍵與過(guò)渡套4裝配連 接。第一聯(lián)軸器6的后端設(shè)計(jì)有螺紋孔28、軸孔29和切口 30，將第一軸9插入軸孔后，通 過(guò)擰入螺紋孔28的螺釘使第一聯(lián)軸器6和第一軸9抱緊連接。如圖3所示，第三軸承座17的頂部有前后2個(gè)豎直方向的螺紋孔31，分別用于安 裝1個(gè)渦流傳感器和1個(gè)加速度傳感器；第三軸承座17的外側(cè)有前后2個(gè)水平方向的螺紋 孔32，分別用于安裝1個(gè)渦流傳感器和1個(gè)加速度傳感器；軸承通過(guò)前軸承端蓋33和后軸 承端蓋34固定在第三軸承座17內(nèi)；因?yàn)闇u流傳感器用于測(cè)量軸的徑向位移，所以在前軸承 端蓋33上對(duì)應(yīng)于螺紋孔31和螺紋孔32的位置設(shè)計(jì)有切口 35 ；凸臺(tái)36用于軸承座安裝時(shí) 緊靠在底座壁上，使其精確定位安裝。如圖4所示，錐形套件由螺母套37、內(nèi)錐套38和外錐套39組成；螺母套37設(shè)計(jì) 有用于插入軸的軸孔40，用于與齒輪輪轂上的外螺紋配合的內(nèi)螺紋41 ；內(nèi)錐套38的外表面 為圓錐形，內(nèi)表面為圓柱形，并有一軸向開(kāi)口 42 ；外錐套39的外表面為圓柱形，內(nèi)表面為圓錐形，并有一軸向開(kāi)口 43 ；裝配時(shí)，擰緊螺母套37，通過(guò)軸向壓力使內(nèi)錐套38與外錐套39 相互擠壓，產(chǎn)生微小變形；通過(guò)各配件之間的摩擦力使齒輪與軸裝配固定。如圖5所示，底座16的頂面在電機(jī)座、軸承座和制動(dòng)器座的相應(yīng)安裝位置設(shè)計(jì)有 三列與軸向平行的螺紋孔44 ；所述的底座16在齒輪副安裝位置處設(shè)計(jì)有切口槽45，以防止 齒輪和底座發(fā)生干涉。裝配完成后的實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)控制器調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入扭矩和轉(zhuǎn)速、制動(dòng)器的扭矩，可 以實(shí)現(xiàn)不同工況下的故障模擬。由渦流傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集 卡和計(jì)算機(jī)組成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成信號(hào)的采集和前期處理。最后通過(guò)專(zhuān)用的信號(hào)處理軟件的 分析信號(hào)、診斷故障。
權(quán)利要求一種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于該綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括一底座(16)，底座由第一導(dǎo)槽(13)、第二導(dǎo)槽(18)和配電槽(15)三部分組成；第一導(dǎo)槽(13)內(nèi)安裝有可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的電機(jī)(2)和第一軸(9)，電機(jī)(2)通過(guò)過(guò)渡套(4)、第一聯(lián)軸器(6)與第一軸(9)相連；電機(jī)(2)通過(guò)電機(jī)后支座(1)和電機(jī)前支座(3)安裝在第一導(dǎo)槽(13)內(nèi)；第一軸(9)上由前到后分別安裝有可在不同位置安裝不同配重的第一質(zhì)量平衡盤(pán)(8)、可更換的小齒輪(10)和可在不同位置安裝不同配重的第二質(zhì)量平衡盤(pán)(11)；第一軸(9)通過(guò)裝配了可更換軸承的第一軸承座(7)和第二軸承座(12)安裝在第一導(dǎo)槽(13)內(nèi)；第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)安裝有第二軸(20)和扭矩可調(diào)的制動(dòng)器(24)，第二軸(20)通過(guò)第二聯(lián)軸器(22)與制動(dòng)器(24)相連；制動(dòng)器(24)通過(guò)制動(dòng)器支座(23)安裝在第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)；第二軸(20)上安裝有可更換的大齒輪(19)；第二軸(20)通過(guò)裝配了可更換軸承的第三軸承座(17)和第四軸承座(21)安裝在第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)；不同的模擬故障零部件通過(guò)第一軸(9)或者第二軸(20)安裝于第一導(dǎo)槽(13)和第二導(dǎo)槽(18)內(nèi)；相互嚙合的小齒輪(10)和大齒輪(19)通過(guò)專(zhuān)用的便于拆卸的錐形套件分別安裝于第一軸(9)和第二軸(20)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的第 一聯(lián)軸器(6)上設(shè)計(jì)有兩兩相鄰的齒形凹槽(25)和單一凹槽(26)；第一聯(lián)軸器(6)的前 端設(shè)計(jì)有鍵槽(27)，通過(guò)銷(xiāo)鍵與過(guò)渡套(4)裝配連接；第一聯(lián)軸器(6)的后端設(shè)計(jì)有使第 一聯(lián)軸器(6)和第一軸(9)抱緊連接的螺紋孔(28)、用來(lái)插入第一軸(9)的軸孔(29)和切 口(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的4 個(gè)軸承座的結(jié)構(gòu)是相同的，以第三軸承座(17)為例，其頂部有前后2個(gè)豎直方向的螺紋孔 (31)；第三軸承座(17)的外側(cè)有前后2個(gè)水平方向的螺紋孔(32)；軸承通過(guò)前軸承端蓋 (33)和后軸承端蓋(34)固定在第三軸承座(17)內(nèi)；在前軸承端蓋(33)上對(duì)應(yīng)于螺紋孔 (31)和螺紋孔(32)的位置設(shè)計(jì)有切口(35)；凸臺(tái)(36)在軸承座安裝時(shí)緊靠在底座壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的專(zhuān) 用的便于拆卸的錐形套件由螺母套(37)、內(nèi)錐套(38)和外錐套(39)組成；螺母套(37)設(shè) 計(jì)有用于插入軸的軸孔(40)，用于與齒輪輪轂上的外螺紋配合的內(nèi)螺紋(41)；內(nèi)錐套(38) 的外表面為圓錐形，內(nèi)表面為圓柱形，并有一軸向開(kāi)口(42)；外錐套(39)的外表面為圓柱 形，內(nèi)表面為圓錐形，并有一軸向開(kāi)口(43)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的底 座(16)的頂面在電機(jī)座、軸承座和制動(dòng)器座的相應(yīng)安裝位置設(shè)計(jì)有三列與軸向平行的螺 紋孔(44)；所述的底座(16)在齒輪副安裝位置處設(shè)計(jì)有切口槽(45)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于所述的機(jī) 械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以在質(zhì)量平衡盤(pán)的不同位置安裝不同質(zhì)量的配重模擬 轉(zhuǎn)子不平衡故障；通過(guò)拆卸錐形套件方便地更換齒輪模擬齒輪故障；通過(guò)更換軸承模擬軸 承常見(jiàn)故障；若同時(shí)使用不同的模擬故障零件，可以模擬混合故障。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)故障模擬綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用于模擬機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的常見(jiàn)故障，包括軸承故障、齒輪故障、轉(zhuǎn)子不平衡故障和多部件混合故障。該綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括一底座(16)，底座由第一導(dǎo)槽(13)、第二導(dǎo)槽(18)和配電槽(15)三部分組成；設(shè)計(jì)的專(zhuān)用軸承座可方便的更換軸承，并用于安裝渦流位移傳感器和振動(dòng)加速度傳感器；安裝于該綜合實(shí)驗(yàn)平內(nèi)的齒輪通過(guò)專(zhuān)用的拆卸方便的錐形裝配套件與軸裝配固定。無(wú)論是用于研究驗(yàn)證故障診斷方法的有效性和準(zhǔn)確性，還是用于在校師生的教學(xué)實(shí)踐，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的全面性和易操作性較之現(xiàn)有的大部分同類(lèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)都有很大的改進(jìn)。
文檔編號(hào)G01M13/04GK201757705SQ20102027276
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者劉德忠, 葉輝, 崔玲麗, 張建宇, 張飛斌, 胥永剛, 蘇善斌, 賈明, 陽(yáng)子婧, 高立新 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)