昆山漢吉龍內(nèi)外雙轉子軸承齒輪綜合故障實驗臺是一款專為旋轉機械故障診斷與教學研發(fā)的實驗設備，融合了雙轉子動力學,、多故障模擬和智能監(jiān)測技術，以下是其核心特點：

一,、雙轉子獨立驅動與協(xié)同控制

1. 內(nèi)外轉子分離設計

2. 實驗臺采用雙軸獨立驅動系統(tǒng),，內(nèi)轉子（直徑 150mm）與外轉子（直徑 200mm）可分別通過變頻電機實現(xiàn) 0-6000rpm 無級調(diào)速，支持同向 / 反向旋轉及轉速差模擬1018,。這種設計可復現(xiàn)工業(yè)場景中多級傳動系統(tǒng)的復雜耦合故障,，例如齒輪箱輸入輸出軸轉速差異導致的動態(tài)不對中。

3. 動態(tài)負載加載能力

4. 外轉子通過磁粉制動器（0-100Nm）模擬實際工況下的軸向力,、徑向力及傾覆力矩,，內(nèi)轉子配置可編程轉矩加載系統(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. 軸承故障精準植入

• 標配深溝球軸承（PH205）,，通過激光蝕刻技術預制點蝕（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 手動預緊）,，可增強故障振動信號，模擬重載設備的軸承失效過程10,。

1. 齒輪傳動復合故障模擬

• 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,。

• 采用撥叉換位機構,，支持運行中切換不同齒輪組合，實時觀察故障信號的動態(tài)演變2,。

1. 軸系故障多維復現(xiàn)

• 通過調(diào)整底座頂絲實現(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,。

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

三、多物理場實時監(jiān)測與分析

1. 高精度傳感器網(wǎng)絡

• 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）,，實現(xiàn)轉速,、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%）實時監(jiān)測軸頸振動位移，分辨率達 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、模塊化設計與教學適配

1. 快速重構實驗場景

• 關鍵部件（軸承座,、齒輪軸）采用快拆設計,，5 分鐘內(nèi)可完成故障模塊更換，支持從單一故障到復合故障的教學進階210,。

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

1. 教學科研雙模式

• 基礎教學模式：通過觸控屏（10 英寸）預設故障類型,，學生可通過聽診器,、測溫儀等工具進行現(xiàn)象觀察，建立故障 - 癥狀關聯(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,，滿足軸承壽命預測,、齒輪疲勞裂紋擴展等前沿研究需求1018。

1. 虛擬仿真擴展

• 兼容 AR/VR 頭顯設備,，學生可通過虛擬拆解觀察內(nèi)部故障點,，結合數(shù)字孿生技術實現(xiàn)物理實驗與仿真分析的雙向驗證619。

五,、嚴苛環(huán)境適應性與可靠性

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 < 10ms）,、振動閾值報警及軟件容錯（±1mm 位移限制）功能，保障長期運行穩(wěn)定性210,。

1. 多場景應用覆蓋

• 教學實訓：已在國內(nèi) 20 余所高校的《設備狀態(tài)監(jiān)測》課程中應用,，支持 “理論 - 仿真 - 實操 - 考核” 閉環(huán)教學26。

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

• 企業(yè)培訓：通過模擬工廠實際故障案例（如風機失衡,、泵體氣蝕），提升技術人員的診斷與維修技能618,。

六,、技術參數(shù)與擴展性

項目參數(shù)指標轉速范圍內(nèi)轉子 0-6000rpm，外轉子 0-5000rpm,，轉速差 ±2000rpm 可調(diào)負載能力扭矩 0-100Nm（外轉子）,，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,，構建全生命周期健康管理系統(tǒng),，

一、 平臺底座

1.1 材質要求：優(yōu)質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,、降低運行噪音功能。

二,、 內(nèi)轉子驅動系統(tǒng)

2.1 電機類型：高精度異步伺服主軸電機,。

2.2 額定電壓：380V AC ± 10%。

2.3 ★額定功率：≥ 22 kW,。

2.4 ★許用轉速：≥ 6000 rpm,。

2.5 內(nèi)轉子主體結構要求：

總長度：≈ 1.3 m。

主要工作段軸徑：≥ ?30 mm,。

三,、 外轉子驅動系統(tǒng)

3.1 電機類型：高精度異步伺服主軸電機。

3.2 額定電壓：380V AC ± 10%,。

3.3 ★額定功率：≥ 28 kW,。

3.4 ★許用轉速：≥ 6000 rpm。

3.5 外轉子主體結構要求：

總長度：≈ 0.7 m,。

材料：高強度合金鋼,。

性能要求：保證具備高強度及高韌性。

3.6 ★傳動方式：通過錐齒輪進行動力傳遞,。

四,、 不平衡與力加載實驗功能

4.1 內(nèi)外轉子主體結構要求：具備安裝葉片的接口。

4.2 ★內(nèi)轉子加載能力：可施加軸向力進行加載,，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，不可同時開展實驗,。

五,、 機匣與碰磨實驗功能

5.1 機匣配置：內(nèi)外轉子均配備專用機匣。

5.2 噴嘴安裝功能：外轉子機匣設計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 碰磨實驗要求：

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

配備的百分表用于實時測量機匣在碰磨過程中的位移量變化,。

六、 ★控制系統(tǒng)與人機界面

6.1 控制器：集成PLC,。

6.2 人機界面 (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,，反應靈敏。

6.4 實時監(jiān)測參數(shù)顯示 (包括但不限于)：內(nèi)外轉子轉速,、電機輸出轉矩,、驅動電壓、驅動電流,。

6.5 控制功能要求：

實驗臺智能啟?？刂疲D速,、負載控制,。

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電路,。

七,、 安全防護罩

7.1 材料與規(guī)格：≥ 1.5mm 厚度優(yōu)質冷軋鋼板。

7.2 結構要求：采用鈑金加工工藝成型,，覆蓋實驗臺主要運動部件,，確保操作安全。

八,、 傳動與加載系統(tǒng)

8.1 內(nèi)轉子后置傳動系統(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。

應用：用于模擬平行軸齒輪故障實驗,。

8.3 ★行星輪齒輪箱要求：

傳動比：≥ 1:5,。

應用：用于模擬行星輪系齒輪故障實驗。

8.4 扭矩加載裝置：

類型：磁粉制動器,。

功能要求：可實時,、精確控制施加在傳動系統(tǒng)上的負載轉矩（負載范圍需匹配實驗需求）。

安裝部位：齒輪箱輸出端,。

九,、 振動監(jiān)測系統(tǒng)

9.1 測振設備：集成非接觸式激光測振儀。

9.2 功能要求：

實時采集實驗臺關鍵測點的振動情況,。

系統(tǒng)分辨率與采樣頻率需滿足機器狀態(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)可通過標準格式導出，供后期分析處理

昆山漢吉龍內(nèi)外雙轉子軸承齒輪綜合故障實驗臺通過 “物理模擬 - 數(shù)據(jù)驅動 - 虛擬驗證” 的三維體系,，為旋轉機械故障診斷提供了標準化研究平臺,，尤其在新能源,、制造等領域的設備可靠性提升中發(fā)揮關鍵作用。