[发明专利]适用于多型号轴承的电蚀损伤试验装置

说明书

本发明涉及一种适用于多型号轴承的电蚀损伤试验装置，包括底板、旋转主轴、一对直线滑台和相应的一对支撑架，每个直线滑台滑动设置于底板上，每个支撑架的一端固定于相应的直线滑台面板上，另一端固定连接有轴承座，轴承座内安装有测试轴承，两测试轴承分别固定于旋转主轴两端，其中所述旋转主轴为双端同心阶梯轴结构，各段轴径由旋转轴中部向外递减；该试验装置还包括位于旋转主轴中部带动旋转主轴旋转的传动装置、位于旋转主轴中部向旋转主轴施加径向力的径向力加载装置、轴电压模拟装置和数据采集装置，轴电压模拟装置用于模拟通过轴承的电流和轴承上的电压，数据采集装置用于采集该试验装置所需的参数。

技术领域

本发明涉及一种面向电机轴承的电蚀损伤测试装置，具体地涉及一种适用于多型号轴承的电蚀损伤试验装置。

背景技术

在PWM逆变器驱动电机系统中，共模电压一般定义为电机三相绕组中点对参考地的电位差。轴电压有两种定义，一种为转轴与机壳之间的电压差，由于轴承的内圈与转轴相连，外圈与轴承座和机壳相连，该电压也可表述为轴承内外圈之间的电压；另一种为转轴端到端的电压差。本申请中的轴电压指的是第一种定义。轴电流指的是流过轴承的电流，当电机磁路不平衡时可以引起低频轴电流，电机变频器驱动下会由于脉冲供电方式产生高频轴电流。轴承电蚀指的是电流在旋转中的轴承内外滚道和滚动体接触部分流动时，击穿润滑油膜发生火花放电，使得金属表面出现局部的熔融和凹凸现象。

轴承是电机运行的关键部件，同时也是电机内部最易损的部件之一。据工业调查，轴承故障占电机故障的40％～50％，其中40％的轴承故障由电蚀损伤引起，随着变频调速技术的推广应用，这一比例仍在扩大。在轨道交通牵引电机、风力发电机、电动汽车中，轴承电蚀问题逐年显现，越来越受到人们的重视。

PWM变频器固有驱动模式，会不可避免地产生高频共模电压，并通过电机内部寄生电容的耦合作用在电机转轴与机壳之间感应出轴电压。电机正常运行时，轴承滚珠与内外滚道之间形成的油膜会起到绝缘介质的作用，轴承呈现容性。当轴电压超过介质击穿阈值时，就会发生火花放电，产生轴电流和局部高温，一方面使润滑脂碳化，另一方面使金属表面熔融，产生微小的凹坑。长期的电蚀损伤会在滚道表面形成“搓板纹”，引起振动加剧、噪声增大、温度升高，缩短轴承的使用寿命。

目前尚没有一种方案能完全解决电蚀问题，为了节约成本、保障电机运行可靠性，探索针对电机轴承的预测性维护技术具有极高的应用前景。电机轴承预测性维护主要包括电蚀损伤机理分析、性能退化状态识别、剩余使用寿命预测三个方面，难点在于缺乏专门的轴承电蚀测试方案、试验设备和试验数据的支撑。开发一种面向电机轴承的电蚀损伤测试装置，模拟电机运行过程中轴电流对轴承造成的损伤失效模式，对测试轴承进行状态监测、信息提取和失效分析，对于解决上述问题有重要的理论和工程意义。

图1显示了由西门子工程师H.Tischmacher和S.Gattermannn提出的一种轴承电蚀试验装置。试验装置由驱动装置、传动装置、轴电压模拟装置、加载装置、测控装置组成。驱动电机100通过绝缘联轴节101与传动主轴102相连，前测试轴承103和后测试轴承104以及中间的负载轴承105固定在绝缘加载轴承座106上，沿轴向依次排列。变频器控制电机及测试轴承的转速；在负载轴承105上施加稳定的径向载荷，利用不平衡盘和惯性激振器可将动态负载引入系统；模拟电源通过固定于主轴102和轴承座106上的电刷将电压脉冲施加载测试轴承的内外圈之间，并通过电刷引出线测量流过轴承的电流。测控装置包括相应的力、热、电传感器，并行采集测试轴承的转速、温度、振动、电压、电流等运行参数。