滾動軸承強化壽命試驗的數據采集系統設計

摘要：介紹了滾動軸承加速度強化壽命試驗數據采集系統的硬件和軟件結構，分析了VC++程序設計中的關鍵問題，并給出了軟件設計中定時數據采集的步驟。數據采集系統通過查詢采集卡內部緩存的數據長度，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據長度，實現了定時自動數據存儲功能。
關鍵詞：軸承故障診斷；數據采集；AC6622；定時功能

滾動軸承是旋轉機械的重要零部件之一，其工作狀態直接決定機械系統的性能及運行情況。在工程實踐中，滾動軸承的一個微小故障都可能導致生產線的停機或損壞設備，造成嚴重的經濟損失。因而對滾動軸承工作狀態進行實時監測，及時發現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據，通常先用電火花加工不同直徑的點蝕故障，再測量缺陷軸承的振動加速度數據。而滾動軸承的疲勞失效是長期漸變過程，點蝕故障與軸承疲勞剝落的機理不同，也難以模擬性能失效的緩慢變化過程。因傳統滾動軸承壽命試驗方法具有周期長、費用高且試驗結果可靠性差等缺陷。文中采用能在保持疲勞失效機理一致的前提下，大大縮短試驗時間、降低試驗成本的滾動軸承強化壽命試驗方法。國內滾動軸承數據采集系統多數是芯片級的連續實時采集和保存的數據采集系統。這類采集系統的穩定性需要反復測試、存儲數據量大。而軸承強化壽命試驗也是耗時長、數據采集量大。為了準確可靠檢測疲勞失效，要求數據采集系統實時多點檢測，在連續采集數據的同時還能以固定時間間隔存儲固定時間長度的數據。試驗采集系統應節約存儲空間，并能有效提取滾動軸承疲勞失效漸變過程數據。這樣就提出了比一般數據采集系統更高的要求。文中設計的采集系統為板卡級，具有抗干擾力強、性能穩定的優點。在滿足系統設計要求的前提下，采用國產采集卡和傳感器，縮減了采集系統的成本，較之同類數據采集系統有著較大的價格優勢。并在精確定時定量保存數據方面作了改進，彌補了一般軸承故障診斷采集系統不具備在連續采集的同時進行精確定時定量的數據保存工作，因而大大節省了存儲空間，并能有效提取有用信息。文中設計的采集系統在軸承強化壽命試驗中成功采集到了有效振動數據。

1 系統硬件設計
根據上述要求文中設計的采集系統總體框架如圖1所示。

滾動軸承強化壽命試驗是在杭州軸承測試中心ABLT-1型試驗機上進行的，如圖2所示。

1．1 加速度傳感器
滾動軸承的振動信號屬于高頻信號，因此采用加速度傳感器進行信號的拾取。壓電加速度傳感器是利用壓電效應原理，將作用于其上的加速度轉換為與之成正比的電荷量，再經過電荷放大、變換成輸出電壓信號。考慮到本系統的頻率在4kHz以下，軸承載荷負載的加速度不會超過10g，采集工作現場環境溫度高、試驗環境惡劣、要求精度高等因素，所以本系統選用上海北智公司100系列15117型壓電式加速度傳感器。該型號傳感器具有測量信號質量好、噪聲小、抗外界干擾能力強、輸出電壓范圍為±5V等優點。其主要性能參數如表1所示。