主轴振动测量系统的设计方案解析

主轴振动测量系统的设计方案解析

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主轴振动测量系统的设计方案

主轴组件是机床中的一个关键组件,在主轴的动态参数中,振动是最重要的问题之一,包含了丰富的运行状态信息,是一个动态状态信息库。检测主轴的振动能够了解主轴的动态运行情况,对其进行综合分析评估和诊断。

主轴的振动受制造、结构、安装及机床整体装配等很多因素影响。不同故障会在振动信号以不同的形式中体现出来。

主轴组件在运转时,有很多信息经过振动、温度状态等表现出来,研究这些信息能够认识其运行特征。利用一系列的传感器接收其动态信息并将其转化为电信号,输入到信号采集模块,经过处理后,再输入到PC机或专用的分析设备,利用轴心轨迹图、轴心位置图、振动波形图、频谱图等方式显示出来,可对其状态进行分析评估。

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虚拟仪器是电子测量技术和计算机测控技术的前沿技术,它将计算机的采集、测试、分析与处理引入到电子测试领域,利用数字化技术和软件技术极大地提高了测试系统的灵活性和可扩展性。

设备状态检测及诊断技术的实施,主要包括三个环节:一是信息的采集,为分析诊断提供依据;二是信号处理,将杂乱无章的信号去伪存真,并根据分析要求进行相应的转换(变换),以获得对诊断工作的既敏感又直观的信息;三是经过信号处理得到的信息对设备的状态(含故障状态)进行识别、判断和评估。其实施过程如图1所示。

检测对象的实施过程

主轴组件运行时可表述其特征的信息主要是:振动、温度、转速等,本课题主要研究主轴的振动。

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图2系统总体结构设计

当前检测领域多是利用一系列的传感器接收此类信息并将其转化为电信号,将其进行一系列的处理之后,利用图形或软件等方式分析这些信息后提供给研究人员,以供其参考或进一步研究。采用一系列的传感器检测主轴的振动、温度、转速等,将测得的信息变换成电信号后,输入到信号采集模块,经过处理后,再输入到PC机或专用的分析设备,利用轴心轨迹图、轴心位置图、振动波形图、频谱图等方式显示出来,对其状态进行分析评估。

振动信息的测量

可检测振动信号的传感器主要有:电涡流式位移传感器、电容式位移传感器、加速度传感器,其中可进行非接触式测量的主要是:电涡流式位移传感器、电容式位移传感器。电容式传感器的后续电路复杂,在存在较强电磁干扰的现场,使用的电缆较长,杂散电容对测量结果产生影响,成本较高。不适合对机床主轴的振动。

电涡流传感器能够实现非接触式测量,且有灵敏度高、抗干扰能力强、低频特性好、响应速度快、工作稳定可靠等优点,具有很宽的使用范围(0一1000OHZ)和线形范围,在旋转类机械设备振动信号采集中得到广泛的应用,技术比较成熟。本文拟采用电涡流式

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传感器完成对主轴的振动信号的采集。

传感器的位置

振动监测和故障诊断的核心问题是适当的选择及安装传感器,以便能获得机械振动及其它状态数据。对于旋转设备来说,径向的振动的测量多是在长y方向上安装两个非接触式的涡流传感器;对于主轴组件来说,其径向是振动的敏感方向,可在主轴的径向安装两个互为90。的涡流传感器,以获取主轴的振动信息。

振动信息的读取

振动信息读取的传感器选用江阴盈誉科技有限公司生产的S 一DW一A008一BOI一COI一Dol型涡流传感器。其线性范围为Ilnln,灵敏度为SV/mm。

(1)涡流传感器检测原理

电涡流位移传感器的工作原理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时,在前置器内会产生一个高频电流信号,该信号经过电缆送到探头的内部,在头部周围产生交变磁场Hl。如图3所示。如果在磁场Hl的范围内没有金属导体材料接近,则发射到这一范围内的能量会全部释放;反之,如果有金属导体材料接近探头头部,则交变磁场Hl将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流场也会产生一个方向与Hl相反的交变磁场场。由于丛的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,即改变了线圈的有效阻抗。假定金属导体是均质的,则线圈一金属导体系统的物理性能一般可由金

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属导体的磁导率夕、电导率占、尺寸因子;、线圈与金属导体距离d、线圈激励电流强度I和频率f等参数来描述。

因此线圈的阻抗可用如下函数来表示:

对于特定的传感器,线圈的尺寸因子;、线圈的激励电流强度I 和频率f恒定不变;对一于特定的测试对象,金属导体的磁导率户、电导率沙值定不变,那么阻抗Z就成为距离d的单值函数。由麦克斯韦尔公式能够求得此函数为一非线性函数,其曲线为”S’’形曲线,在一定范围内能够近似为一线性函数。

图3涡流效应示意图

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