滾動(dòng)軸承強(qiáng)化壽命試驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了滾動(dòng)軸承加速度強(qiáng)化壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，分析了VC++程序設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，并給出了軟件設(shè)計(jì)中定時(shí)數(shù)據(jù)采集的步驟。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過查詢采集卡內(nèi)部緩存的數(shù)據(jù)長度，在硬件沒有提供可供用戶使用的中斷源情況下，通過控制用戶緩存中的數(shù)據(jù)長度，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)自動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。
關(guān)鍵詞：軸承故障診斷；數(shù)據(jù)采集；AC6622；定時(shí)功能

滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要零部件之一，其工作狀態(tài)直接決定機(jī)械系統(tǒng)的性能及運(yùn)行情況。在工程實(shí)踐中，滾動(dòng)軸承的一個(gè)微小故障都可能導(dǎo)致生產(chǎn)線的停機(jī)或損壞設(shè)備，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因而對滾動(dòng)軸承工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并制定可靠的維修策略具有重要意義。
為獲得不同故障程度的數(shù)據(jù)，通常先用電火花加工不同直徑的點(diǎn)蝕故障，再測量缺陷軸承的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)。而滾動(dòng)軸承的疲勞失效是長期漸變過程，點(diǎn)蝕故障與軸承疲勞剝落的機(jī)理不同，也難以模擬性能失效的緩慢變化過程。因傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承壽命試驗(yàn)方法具有周期長、費(fèi)用高且試驗(yàn)結(jié)果可靠性差等缺陷。文中采用能在保持疲勞失效機(jī)理一致的前提下，大大縮短試驗(yàn)時(shí)間、降低試驗(yàn)成本的滾動(dòng)軸承強(qiáng)化壽命試驗(yàn)方法。國內(nèi)滾動(dòng)軸承數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多數(shù)是芯片級的連續(xù)實(shí)時(shí)采集和保存的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這類采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性需要反復(fù)測試、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大。而軸承強(qiáng)化壽命試驗(yàn)也是耗時(shí)長、數(shù)據(jù)采集量大。為了準(zhǔn)確可靠檢測疲勞失效，要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)多點(diǎn)檢測，在連續(xù)采集數(shù)據(jù)的同時(shí)還能以固定時(shí)間間隔存儲(chǔ)固定時(shí)間長度的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)采集系統(tǒng)應(yīng)節(jié)約存儲(chǔ)空間，并能有效提取滾動(dòng)軸承疲勞失效漸變過程數(shù)據(jù)。這樣就提出了比一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)更高的要求。文中設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)為板卡級，具有抗干擾力強(qiáng)、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。在滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的前提下，采用國產(chǎn)采集卡和傳感器，縮減了采集系統(tǒng)的成本，較之同類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有著較大的價(jià)格優(yōu)勢。并在精確定時(shí)定量保存數(shù)據(jù)方面作了改進(jìn)，彌補(bǔ)了一般軸承故障診斷采集系統(tǒng)不具備在連續(xù)采集的同時(shí)進(jìn)行精確定時(shí)定量的數(shù)據(jù)保存工作，因而大大節(jié)省了存儲(chǔ)空間，并能有效提取有用信息。文中設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)在軸承強(qiáng)化壽命試驗(yàn)中成功采集到了有效振動(dòng)數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)上述要求文中設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

滾動(dòng)軸承強(qiáng)化壽命試驗(yàn)是在杭州軸承測試中心ABLT-1型試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的，如圖2所示。

1．1 加速度傳感器
滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)屬于高頻信號(hào)，因此采用加速度傳感器進(jìn)行信號(hào)的拾取。壓電加速度傳感器是利用壓電效應(yīng)原理，將作用于其上的加速度轉(zhuǎn)換為與之成正比的電荷量，再經(jīng)過電荷放大、變換成輸出電壓信號(hào)。考慮到本系統(tǒng)的頻率在4kHz以下，軸承載荷負(fù)載的加速度不會(huì)超過10g，采集工作現(xiàn)場環(huán)境溫度高、試驗(yàn)環(huán)境惡劣、要求精度高等因素，所以本系統(tǒng)選用上海北智公司100系列15117型壓電式加速度傳感器。該型號(hào)傳感器具有測量信號(hào)質(zhì)量好、噪聲小、抗外界干擾能力強(qiáng)、輸出電壓范圍為±5V等優(yōu)點(diǎn)。其主要性能參數(shù)如表1所示。