自行設計之多軸承實驗平台

本研究自行架設之多軸承實驗平台架構與 IMS 中心的實驗配置相仿，包 含了 4 個軸承並串接一主軸，透過聯軸器連接一調速馬達。每個軸承座上都 會安裝一個 PCB 的壓電式加速規，透過 NI 之擷取卡同時記錄 4 組軸承徑向 之振動訊號，本研究將利用此平台設計多組實驗，希望能夠透過葛萊傑因果 分析正確地找出異常來源的軸承，來驗證前面的假設。

2.2.1 多軸承實驗平台各項參數設計

如前面所述，參考 IMS 中心多軸承實驗平台的設計，本研究自行架設的 多軸承實驗平台其概念圖如圖 2-2 所示，重要的組成元件包含了調速馬達、

旋轉主軸、滾珠軸承座、聯軸器等，並將各個元件鎖固在鑄鐵平台上固定，

以下本研究將探討幾個主要元件設計過程中的重要參數：

圖 2 - 2 自行架設之多軸承實驗平台構想圖

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 軸承

由於本研究設計的平台是一個多軸承系統，為了方便軸承的架設及鎖固，

每一個軸承都會以軸承座包裝並加以固定。選用的軸承為 6 系列的單列深溝 滾珠軸承，型號為 6206，其中，該軸承內徑為 30mm，外徑為 62mm，並採 用非接觸橡膠密封，封裝在有扣環的 T 型軸承座中，如圖 2-3(a)所示。 位，其容許扭矩範圍為 20.01～50.00 N・m，最高旋轉數可達 10000 rpm。

 馬達

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圖 2 - 3 實驗平台主要零件示意圖，由左至右依序為 (a)軸承固定座組 (b) 旋轉主軸 (c)聯軸器 (d)馬達與控制驅動器

2.2.2 多軸承實驗平台之運轉模型

本研究依據上述的構想，並基於各種使用上的考量進一步決定各項元件 的參數後，由於實驗的不同需求，將最後組裝完成的實驗平台分為兩種運轉 模型，分別為正常運轉模型與損壞運轉模型，詳述如下：

 正常運轉模型

正常運轉模型即為前面所看到的 4 個軸承同時串接一主軸之模型，其功 用最主要是希望透過同時量測 4 個軸承之振動訊號，並經由葛蘭傑因果分析

圖 2 - 4 正常運轉模型

加速規

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演算法，當任一個軸承出現損壞時能找到損壞軸承的來源，其配置架構與實 際架設的情形如圖 2-4 所示。

 損壞運轉模型

經由前面的敘述可以知道，不論是 IMS 中心或是本研究自行架設的多 軸承實驗平台，在持續的運轉後都預期其中的某一個軸承會出現損壞的情形，

但是在正常不外加其他負載的情形下，這個過程往往需要非常久的時間，所 以 IMS 所使用的實驗平台上也透過在軸承 2 號及 3 號上施加 6000 磅的徑向 負載來加速這個過程。基於這個概念，本研究設計了一個損壞運轉模型，將 欲損壞的軸承先單獨擺放於這個運轉模型中，並在主軸末端設計一螺紋，可 視情況旋上不同的額外負載，以加速主軸損壞的時程。在運轉過程中也會同 時量測軸承的振動，並透過振動的 RMS 值以及反覆實驗得到的學習曲線估 計其損壞的程度，再等到該軸承已經快出現損壞或已經有初步的損壞情形時，

再將此軸承加入到正常運轉模型中作為損壞軸承的來源，透過這個方法不但 可以加速軸承損壞的時間，也可以精準地控制損壞軸承的發生位置，以利後 續做根本原因診斷的比較及驗證。損壞運轉模型的配置架構與實際架設的情 形如圖 2-5 所示。

圖 2 - 5 損壞運轉模型

加速規

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鐵板上 4 個軸承的位置以達到對心的效果，再將軸承座進行鎖固，如下圖 2-6(b)所示，透過此一方法可以在 3 分鐘內快速地完成校正的流程，並且在精 度要求不高的情形下，達到和前面使用千分表進行對心校正差不多的效果 (詳見附錄 軸承對心對因果性分析的影響)。

圖 2 - 6 (a)將兩塊鐵板擺放在軸承兩側

圖 2 - 6 (b)用 C 型夾依序夾住 4 個軸承以達到對心的效果

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