昆山漢吉龍內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子軸承齒輪綜合故障實(shí)驗(yàn)臺是一款專為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷與教學(xué)研發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，融合了雙轉(zhuǎn)子動力學(xué)、多故障模擬和智能監(jiān)測技術(shù)，以下是其核心特點(diǎn)：

一、雙轉(zhuǎn)子獨(dú)立驅(qū)動與協(xié)同控制

1. 內(nèi)外轉(zhuǎn)子分離設(shè)計(jì)

2. 實(shí)驗(yàn)臺采用雙軸獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)，內(nèi)轉(zhuǎn)子（直徑 150mm）與外轉(zhuǎn)子（直徑 200mm）可分別通過變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn) 0-6000rpm 無級調(diào)速，支持同向 / 反向旋轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速差模擬1018。這種設(shè)計(jì)可復(fù)現(xiàn)工業(yè)場景中多級傳動系統(tǒng)的復(fù)雜耦合故障，例如齒輪箱輸入輸出軸轉(zhuǎn)速差異導(dǎo)致的動態(tài)不對中。

3. 動態(tài)負(fù)載加載能力

4. 外轉(zhuǎn)子通過磁粉制動器（0-100Nm）模擬實(shí)際工況下的軸向力、徑向力及傾覆力矩，內(nèi)轉(zhuǎn)子配置可編程轉(zhuǎn)矩加載系統(tǒng)（0-50Nm），可施加正弦波、脈沖等動態(tài)載荷，精確研究負(fù)載變化對軸承 - 齒輪系統(tǒng)的損傷影響1820。

二、全生命周期故障模擬體系

1. 軸承故障精準(zhǔn)植入

• 標(biāo)配深溝球軸承（PH205），通過激光蝕刻技術(shù)預(yù)制點(diǎn)蝕（直徑 0.1-0.5mm）、線切割制造保持架裂紋等缺陷，支持內(nèi)圈、外圈、滾動體及混合故障模式210。

• 軸承座集成徑向加載單元（0-10kN 手動預(yù)緊），可增強(qiáng)故障振動信號，模擬重載設(shè)備的軸承失效過程10。

1. 齒輪傳動復(fù)合故障模擬

• 平行軸齒輪箱（傳動比 4.97:1）配備電火花加工的斷齒（1/3 齒寬）、磨損齒（齒厚減少 10%-30%）及點(diǎn)蝕齒輪，行星齒輪箱可模擬齒根裂紋、缺齒等典型缺陷310。

• 采用撥叉換位機(jī)構(gòu)，支持運(yùn)行中切換不同齒輪組合，實(shí)時(shí)觀察故障信號的動態(tài)演變2。

1. 軸系故障多維復(fù)現(xiàn)

• 通過調(diào)整底座頂絲實(shí)現(xiàn)軸系不對中（最大偏移量 ±1mm），模擬聯(lián)軸器瓢偏、安裝誤差等問題1018。

• 轉(zhuǎn)子盤配置平衡孔，可添加 / 移除配重塊，精準(zhǔn)模擬單面 / 雙面不平衡（殘余不平衡量≤5g?mm）1118。

三、多物理場實(shí)時(shí)監(jiān)測與分析

1. 高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)

• 振動監(jiān)測：三向加速度傳感器（頻響 0.5-10kHz）安裝于軸承座 45° 方向，同步采集水平 / 垂直 / 軸向振動信號210。

• 過程參數(shù)：非接觸式扭矩儀（±0.1% 精度）、光電編碼器（1024PPR）及紅外熱像儀（30Hz 幀率），實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、扭矩、溫度場的多維度數(shù)據(jù)融合220。

• 位移測量：電渦流傳感器（線性度 ±0.5%）實(shí)時(shí)監(jiān)測軸頸振動位移，分辨率達(dá) 1μm10。

1. 智能數(shù)據(jù)分析平臺

• 基于 PXIe 總線的 8 通道采集系統(tǒng)（采樣率 1-100kS/s），支持 μs 級同步數(shù)據(jù)采集，可捕捉高速啟停過程中的瞬態(tài)信號210。

• 內(nèi)置 BALISHOOTER® 診斷軟件，自動識別不平衡（2X 頻率異常）、不對中（1X 幅值升高）、軸承沖擊（高頻調(diào)制）等特征，分類準(zhǔn)確率 > 92%210。

• 提供三維振動云圖、軸心軌跡、FFT 頻譜（51200 線分辨率）及趨勢曲線，支持與 MATLAB、LabVIEW 等工具的數(shù)據(jù)交互1020。

四、模塊化設(shè)計(jì)與教學(xué)適配

1. 快速重構(gòu)實(shí)驗(yàn)場景

• 關(guān)鍵部件（軸承座、齒輪軸）采用快拆設(shè)計(jì)，5 分鐘內(nèi)可完成故障模塊更換，支持從單一故障到復(fù)合故障的教學(xué)進(jìn)階210。

• 標(biāo)配透明防震安全罩（IK10 抗沖擊），互鎖開關(guān)在開啟時(shí)自動停機(jī)，既保障安全又便于觀察內(nèi)部傳動狀態(tài)110。

1. 教學(xué)科研雙模式

• 基礎(chǔ)教學(xué)模式：通過觸控屏（10 英寸）預(yù)設(shè)故障類型，學(xué)生可通過聽診器、測溫儀等工具進(jìn)行現(xiàn)象觀察，建立故障 - 癥狀關(guān)聯(lián)610。

• 科研模式：開放 PLC 控制接口（16 路 I/O），支持自定義加載曲線、傳感器配置及數(shù)據(jù)存儲策略，滿足軸承壽命預(yù)測、齒輪疲勞裂紋擴(kuò)展等前沿研究需求1018。

1. 虛擬仿真擴(kuò)展

• 兼容 AR/VR 頭顯設(shè)備，學(xué)生可通過虛擬拆解觀察內(nèi)部故障點(diǎn)，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)與仿真分析的雙向驗(yàn)證619。

五、嚴(yán)苛環(huán)境適應(yīng)性與可靠性

1. 工業(yè)級硬件配置

• 臺架主體采用 T 型槽鑄鐵平臺（2m×1m×1.5m），固有頻率 > 200Hz，有效抑制外界振動干擾1018。

• 電氣系統(tǒng)具備過載斷電（響應(yīng) < 10ms）、振動閾值報(bào)警及軟件容錯(cuò)（±1mm 位移限制）功能，保障長期運(yùn)行穩(wěn)定性210。

1. 多場景應(yīng)用覆蓋

• 教學(xué)實(shí)訓(xùn)：已在國內(nèi) 20 余所高校的《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測》課程中應(yīng)用，支持 “理論 - 仿真 - 實(shí)操 - 考核” 閉環(huán)教學(xué)26。

• 科研測試：為風(fēng)電齒輪箱、盾構(gòu)機(jī)主軸承等裝備提供故障機(jī)理研究平臺，已完成齒面磨損、軸承疲勞等全壽命測試39。

• 企業(yè)培訓(xùn)：通過模擬工廠實(shí)際故障案例（如風(fēng)機(jī)失衡、泵體氣蝕），提升技術(shù)人員的診斷與維修技能618。

六、技術(shù)參數(shù)與擴(kuò)展性

項(xiàng)目參數(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子 0-6000rpm，外轉(zhuǎn)子 0-5000rpm，轉(zhuǎn)速差 ±2000rpm 可調(diào)負(fù)載能力扭矩 0-100Nm（外轉(zhuǎn)子），軸向力 0-30kN（軸承座）傳感器精度振動速度 ±1%，扭矩 ±0.1%，溫度 ±1℃數(shù)據(jù)采集8 通道同步采集，24 位 AD，最高采樣率 100kS/s擴(kuò)展性支持添加油液分析模塊、聲發(fā)射傳感器及無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建全生命周期健康管理系統(tǒng)，

一、 平臺底座

1.1 材質(zhì)要求：優(yōu)質(zhì)T型槽鑄鐵焊接平臺。

1.2 ★外形尺寸 (長×寬×高)：≥ 3000 mm × 1500 mm × 500 mm。

1.3 水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)：

配備楔形可調(diào)墊腳，用于現(xiàn)場安裝時(shí)精密調(diào)節(jié)臺面水平度。

楔形墊腳底部必須集成高性能減震橡膠墊。

減震墊功能要求：必須具備有效防滑、減震、降低運(yùn)行噪音功能。

二、 內(nèi)轉(zhuǎn)子驅(qū)動系統(tǒng)

2.1 電機(jī)類型：高精度異步伺服主軸電機(jī)。

2.2 額定電壓：380V AC ± 10%。

2.3 ★額定功率：≥ 22 kW。

2.4 ★許用轉(zhuǎn)速：≥ 6000 rpm。

2.5 內(nèi)轉(zhuǎn)子主體結(jié)構(gòu)要求：

總長度：≈ 1.3 m。

主要工作段軸徑：≥ ?30 mm。

三、 外轉(zhuǎn)子驅(qū)動系統(tǒng)

3.1 電機(jī)類型：高精度異步伺服主軸電機(jī)。

3.2 額定電壓：380V AC ± 10%。

3.3 ★額定功率：≥ 28 kW。

3.4 ★許用轉(zhuǎn)速：≥ 6000 rpm。

3.5 外轉(zhuǎn)子主體結(jié)構(gòu)要求：

總長度：≈ 0.7 m。

材料：高強(qiáng)度合金鋼。

性能要求：保證具備高強(qiáng)度及高韌性。

3.6 ★傳動方式：通過錐齒輪進(jìn)行動力傳遞。

四、 不平衡與力加載實(shí)驗(yàn)功能

4.1 內(nèi)外轉(zhuǎn)子主體結(jié)構(gòu)要求：具備安裝葉片的接口。

4.2 ★內(nèi)轉(zhuǎn)子加載能力：可施加軸向力進(jìn)行加載，最大加載力 ≥ 3 kN，軸向力加載裝置與齒輪箱減速系統(tǒng)為互換安裝，不可同時(shí)開展實(shí)驗(yàn)。

五、 機(jī)匣與碰磨實(shí)驗(yàn)功能

5.1 機(jī)匣配置：內(nèi)外轉(zhuǎn)子均配備專用機(jī)匣。

5.2 噴嘴安裝功能：外轉(zhuǎn)子機(jī)匣設(shè)計(jì)有可安裝噴嘴的接口。

5.3 位移測量系統(tǒng)：

配備高精度百分表。

量程：≥ 4 mm。

5.4 碰磨實(shí)驗(yàn)要求：

外轉(zhuǎn)子機(jī)匣位置軸向可調(diào)，能夠與轉(zhuǎn)子葉片發(fā)生可控碰磨。

配備的百分表用于實(shí)時(shí)測量機(jī)匣在碰磨過程中的位移量變化。

六、 ★控制系統(tǒng)與人機(jī)界面

6.1 控制器：集成PLC。

6.2 人機(jī)界面 (HMI)：

顯示器類型：彩色工業(yè)級觸摸屏。

尺寸：≥ 10英寸。

6.3 操作界面要求：可視化圖形界面 (GUI)，操作邏輯清晰，反應(yīng)靈敏。

6.4 實(shí)時(shí)監(jiān)測參數(shù)顯示 (包括但不限于)：內(nèi)外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流。

6.5 控制功能要求：

實(shí)驗(yàn)臺智能啟?？刂?，轉(zhuǎn)速、負(fù)載控制。

6.6 控制柜要求：

基座配備可鎖止萬向腳輪。

具備急停按鈕及必要的安全保護(hù)電路。

七、 安全防護(hù)罩

7.1 材料與規(guī)格：≥ 1.5mm 厚度優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板。

7.2 結(jié)構(gòu)要求：采用鈑金加工工藝成型，覆蓋實(shí)驗(yàn)臺主要運(yùn)動部件，確保操作安全。

八、 傳動與加載系統(tǒng)

8.1 內(nèi)轉(zhuǎn)子后置傳動系統(tǒng)：包含平行軸齒輪箱和行星輪齒輪箱兩套獨(dú)立傳動減速系統(tǒng)。

8.2 ★平行軸齒輪箱要求：

傳動比：≥ 1:1.5。

應(yīng)用：用于模擬平行軸齒輪故障實(shí)驗(yàn)。

8.3 ★行星輪齒輪箱要求：

傳動比：≥ 1:5。

應(yīng)用：用于模擬行星輪系齒輪故障實(shí)驗(yàn)。

8.4 扭矩加載裝置：

類型：磁粉制動器。

功能要求：可實(shí)時(shí)、精確控制施加在傳動系統(tǒng)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（負(fù)載范圍需匹配實(shí)驗(yàn)需求）。

安裝部位：齒輪箱輸出端。

九、 振動監(jiān)測系統(tǒng)

9.1 測振設(shè)備：集成非接觸式激光測振儀。

9.2 功能要求：

實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)臺關(guān)鍵測點(diǎn)的振動情況。

系統(tǒng)分辨率與采樣頻率需滿足機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測與故障特征識別要求。

9.3 數(shù)據(jù)分析要求：

原始振動數(shù)據(jù)可通過標(biāo)準(zhǔn)格式導(dǎo)出，供后期分析處理

昆山漢吉龍內(nèi)外雙轉(zhuǎn)子軸承齒輪綜合故障實(shí)驗(yàn)臺通過 “物理模擬 - 數(shù)據(jù)驅(qū)動 - 虛擬驗(yàn)證” 的三維體系，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷提供了標(biāo)準(zhǔn)化研究平臺，尤其在新能源、制造等領(lǐng)域的設(shè)備可靠性提升中發(fā)揮關(guān)鍵作用。