CN102809487A - 滚动轴承静音寿命试验机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚动轴承静音寿命强化试验机，包括驱动被试滚动轴承内圈旋转的驱动机构、连接在被试滚动轴承外圈上提供试验载荷的加载机构、检测被试滚动轴承外圈径向振动信号的传感器。传感器的输出端连接信号放大及处理机构的输入端，信号放大及处理机构的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接所述驱动机构的反馈输入端。本发明的有益效果是：（1）采用本发明在强化试验载荷和强化试验转速状态下测试滚动轴承静音寿命，相对于在使用载荷和使用转速状态下测试，能缩短试验周期，实现快速评定，减少试验成本；（2）本发明的测试结果与被试滚动轴承的安装配合工况无关联，测试结果具有更广泛的适用性。

Description

滚动轴承静音寿命试验机

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承静音寿命强化试验机，主要用于滚动轴承产品静音寿命的强化试验和快速评定，尤其适用于不同设计、不同材质、不同工艺、不同润滑介质的滚动轴承产品的静音寿命质量的比对评价。

背景技术

二次世界大战以来，滚动轴承振动测量设备不断问世，如美国Bendix公司的B1010安德鲁仪、德国FAG公司的MGG11滚动轴承振动测量仪、洛阳轴承研究所研发的S0910滚动轴承振动加速度测量仪和杭州轴承试验研究中心研发的BVT系列滚动轴承振动速度测量仪等。这些仪器所测量和评价的是滚动轴承在测试时刻状态下的静音质量（一般文献上也称之为振动噪音质量），不能评价被测滚动轴承的静音寿命质量，即被测滚动轴承在该状态下运转多长时间后仍能保持满足使用要求的静音质量水平。通过上述仪器在出厂前或使用前对滚动轴承（即滚动轴承新品）进行测量，滚动轴承制造商用以评价静音质量是否达到预期效果，滚动轴承用户用以评价该批滚动轴承新品静音质量能否满足装机要求。也就是说，上述仪器的测试目的是作为滚动轴承新品时刻状态下的静音质量评价，对滚动轴承新品静音寿命质量无法加以评定。因为不同设计、不同材质、不同工艺、不同润滑介质的滚动轴承，其静音寿命是不同的，有时甚至相差很大。如有的滚动轴承新品在装机初期，其静音质量是能够满足主机静音要求，但运行不长时间后，随着滚动轴承润滑不良的发生、滚动表面磨损的加大，滚动轴承的振动噪音渐渐增大，静音质量渐渐变差，主机噪音渐渐增大，在不长的时间内导致主机噪音超标，即滚动轴承静音寿命终止；而有的滚动轴承产品，装机前（轴承新品）的静音质量评定结果与其基本相同，但装机运行较长时间后才使主机噪音超标，即该滚动轴承新品静音寿命较长。滚动轴承静音寿命长短与滚动轴承制造相关联的因素主要有滚动轴承内部结构的参数设计、零件的原材料质量、制造工艺和填装润滑介质的寿命质量等。

目前，滚动轴承用户为了选择静音寿命较长的产品，将不同制造商生产的同型号产品装入主机或主机部件，然后将主机或主机部件放在噪音室内开机运行，通过持续监测主机或主机部件噪音的方法来评定滚动轴承静音寿命的长短。该方法主要存在三方面的缺陷：一是该方法采用的是模拟或真实工况状态，试验周期较长，试验成本较大。因为一般滚动轴承在使用工况下，尤其是对静音质量要求较高的空调、办公用品类滚动轴承，其承载较小，在较小载荷状态下，试验周期很长，有的在一年、甚至几年以上，故试验成本较大；二是该方法采用噪音测量的方法来评定滚动轴承静音寿命的长短，噪音测量对环境噪音要求较高，试验只能在噪音室内进行，噪音室的建造成本较大，同样造成试验成本较大；三是该方法采用实际使用工况状态测试，其评定结果仅适用于该工况状态，不具有通用性，不适宜于滚动轴承制造商的制造过程诊断或产品质量评定。因为滚动轴承静音寿命测试值的长短除与上述的制造因素关联外，还与滚动轴承的安装配合工况密切相关，在某种配合工况下评定的静音寿命并不一定表征不同配合工况下的静音寿命。故对滚动轴承制造商来说，希望有一种与安装配合工况无关联的快速试验方法，用于产品制造过程诊断；对滚动轴承用户来说，希望有一种规范而快速的试验方法，用于选择静音寿命质量较高的滚动轴承产品。故开发一种与安装配合工况无关联的滚动轴承静音寿命强化试验机，实现滚动轴承静音寿命的快速评定很有必要。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种滚动轴承静音寿命强化试验机，其静音寿命的测试值与配合工况无关联，并通过强化试验载荷和强化试验转速的方法缩短试验周期、减少试验成本，在不改变失效机理的前提下，达到快速评定滚动轴承静音寿命质量的目的。

本发明采用如下技术方案：

滚动轴承静音寿命强化试验机，包括驱动被试滚动轴承内圈旋转的驱动机构、连接在被试滚动轴承外圈上提供试验载荷的加载机构、检测被试滚动轴承外圈径向振动信号的传感器，传感器的输出端连接信号放大及处理机构的输入端，信号放大及处理机构的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接所述驱动机构的反馈输入端；

所述信号放大及处理机构包括依次连接的将传感器输出电信号进行放大的信号放大单元、用于模/数转换的数据采集单元、将通频信号滤波成一个或多个频带信号的数字滤波单元、对各频带信号进行均方根值计算的均方根值计算单元、将各频带均方根值与设定的对应频带阈值进行比较的比较单元。若有频带均方根值稳定地大于设定阈值，则判定被试滚动轴承静音寿命终止，比较单元向控制器发出试验终止指令，控制器控制所述的驱动机构停转，试验机停机；若各频带均方根值均小于设定阈值，比较单元向控制器发出试验继续指令，控制器控制驱动机构继续运转。

进一步，滚动轴承静音寿命试验机的驱动机构，包括驱动电机、试验芯轴、前液体静压主轴单元、以及后液体静压主轴单元，所述前液体静压主轴单元和后液体静压主轴单元通过与驱动机构分离安装的主轴供油装置供油；所述前液体静压主轴单元包括第一液体静压轴承、装在第一液体静压轴承内的前主轴；所述后液体静压主轴单元包括第二液体静压轴承、装在第二液体静压轴承内的后主轴；所述前主轴和后主轴通过弹性联轴器连接；所述试验芯轴的后端以滑配形式套装在被试滚动轴承内圈内径上，带动内圈同步旋转，试验芯轴前端通过莫氏锥面与后主轴后端连接，所述前主轴前端与驱动电机的输出轴同步传动连接。

前、后液体静压主轴单元采用液体静压支承，使前、后主轴在启动前悬浮在液压油中，从而使主轴的启动温度与液体动压支承相比大幅降低，使试验机在非恒温场合也能正常启动使用。在试验运转过程中，主轴和液压轴承间充满一层液压油，液压油一方面使主轴抗振阻尼性好，对试验机本底振动（驱动电机等振动）或外界振动通过主轴向被试滚动轴承的传递具有隔离作用，从而使试验机本底振动或外界振动对被试滚动轴承的振动干扰较小，另一方面使主轴与液压轴承不发生直接接触，正常情况下主轴和液压轴承均不会被磨损，从而使主轴精度寿命较长。

所述主轴供油装置与驱动机构分离安装，减小了驱动机构的本底振动。

所述前主轴和后主轴通过弹性联轴器连接，使前主轴同步传动带的倾侧力矩不会传递到后主轴上，提高了后主轴的旋转精度，从而提高了被试滚动轴承的驱动精度。

试验芯轴前端通过莫氏锥面与后主轴后端的莫氏锥孔连接。莫氏锥度用于静配合可精确定位，由于锥度很小，利用锥面摩擦力可以传递一定的扭矩，且在试验过程中，试验载荷通过被试滚动轴承外圈、钢球、内圈传递到试验芯轴轴肩上，试验芯轴始终以试验载荷力抵压在后主轴上，使试验芯轴与后主轴在试验过程中始终保持紧密连接。又因为是锥面配合，可以方便地拆卸试验芯轴，满足不同规格被试滚动轴承试验芯轴方便更换的需求。

所述前主轴前端与驱动电机采用同步传动连接，保证了试验转速的稳定。

进一步，所述第一液体静压轴承包括支承在所述前主轴两端的前液体静压径向推力轴承和后液体静压径向推力轴承；所述第二液体静压轴承包括支承在所述后主轴两端的前液体静压径向轴承和后液体静压径向轴承、以及安装在所述前液体静压径向轴承前端的前液体静压轴向推力轴承和安装在所述后液体静压径向轴承后端的后液体静压轴向推力轴承。

优选的，所述第一液体静压轴承的前、后液体静压径向推力轴承的推力环采用多油腔结构，具有抗同步传动带倾侧力矩强的优点，提高了前、后主轴的旋转精度，从而提高了被试滚动轴承的驱动精度；所述第二液体静压轴承的前、后液体静压径向轴承采用无周向回油槽结构，具有适用转速高、旋转精度高、抗振阻尼性好、精度寿命长的优点；所述第二液体静压轴承的前、后液体静压轴向推力轴承采用环形单油腔结构，具有最大的轴向承载能力，能满足强化试验载荷的要求，并且，前液体静压轴向推力轴承以前液体静压径向轴承轴向封油面作为节流器，简化了前液体静压轴向推力轴承的结构，后液体静压轴向推力轴承以后液体静压径向轴承轴向封油面作为节流器，简化了后液体静压轴向推力轴承的结构。

优选的，所述试验芯轴以2μm~15μm的间隙滑配于被试滚动轴承内圈内径上。这一连接形式不会改变被试滚动轴承的径向游隙，从而使试验结果与被试滚动轴承内圈安装配合工况无关联，并能使被试滚动轴承内圈与试验芯轴不产生相对滑动，从而使被试滚动轴承的试验转速稳定。其关键技术是试验芯轴与被试滚动轴承内圈内径配合间隙的控制，既不能太小也不能太大，既保证同步旋转，又能滑配连接。

进一步，所述加载机构包括滑板、支承滑板滑行的底座、固定在滑板上的前导块和后导块、穿设于前导块和后导块上的加载杆、套装在加载杆上的加载弹簧、使滑板沿加载杆轴向移动的进给机构、锁定滑板轴向位置的锁紧螺钉、抵压被试滚动轴承外圈端面的负荷柱、以及连接加载杆与负荷柱的负荷盘，所述加载杆中部螺纹连接有预载螺母，所述加载弹簧抵于预载螺母与后导块之间，所述加载杆的前端与负荷盘的后端抵靠，负荷盘前端通过负荷柱抵压被试滚动轴承的外圈端面。需要说明的是，上述加载杆的前端朝向，与加载弹簧在压缩状态下对预载螺母的作用力方向相同。采用弹簧加载具有载荷稳定可靠的优点，且对加载机构而言具有无本底振动源的优点，从而提高了试验结果的准确性。

进一步，所述进给机构为螺杆进给机构，所述螺杆进给机构包括旋转螺杆的手轮、穿设在底座两端的螺杆、连接螺杆与滑板的T型螺母和偏心套，所述手轮与螺杆后端固定连接，螺杆与T型螺母采用梯形螺纹连接，T型螺母与滑板通过偏心套连接。螺杆与T型螺母采用梯形螺纹连接具有自锁性好、驱动力大的优点，能满足试验载荷大且载荷稳定的要求。T型螺母与滑板通过偏心套连接，能消除螺杆轴心线与燕尾导轨滑动中心线不平行而引起的螺杆转动不灵活、卡死等现象。

优选的，所述加载杆的前端设置成球面，球心设计在加载杆的轴心线上，负荷盘的后端设置有与该球面配合的锥面，锥面的锥顶设计在负荷盘的中心轴线上。加载杆球面与负荷盘锥面接触，当三个负荷柱的载荷力不均匀时（即发生偏载时），接触球面会将三个负荷柱的载荷力自动调整到均匀，即试验载荷具有自动调心功能。

再进一步，所述负荷柱包括前端金属件、后端金属件、填充在前端金属件与后端金属件之间的橡胶层、以及连接在后端金属件上的螺母。两端的金属件使负荷柱能满足传递较大试验载荷的要求，中间填充的橡胶层能隔离外界或试验机本底振动通过加装机构传递到被试滚动轴承的振动干扰。

优选的，所述负荷柱有三个，所述负荷盘的前端设置有三个径向T型滑槽，三个径向T型滑槽的中心线相交于负荷盘的中心轴线上，三个负荷柱可分别在三个径向T型滑槽上滑行和固定，使三个负荷柱在负荷盘的中心圆周上呈均匀分布。根据三点确定一个平面原理，三个周向均布的负荷柱能使被试滚动轴承的外圈均匀受载。负荷柱后端金属件上的螺母拧松后，螺母的两对边可沿径向T型滑槽带动负荷柱滑行，螺母拧紧后，负荷柱中心就被固定在T型滑槽上的某一径向位置，这样三个负荷柱以径向位置可调的方式连接负荷盘，能使负荷柱中心被调整到被试滚动轴承外圈厚度中心位置，且可使一个负荷盘能满足不同型号滚动轴承试验的要求。

上述加载机构的加载原理如下：通过转动手轮旋转螺杆进给机构的螺杆，实现滑板的轴向进给与退回，带动前导块和后导块的轴向进给与退回；通过锁紧螺钉锁定滑板及前、后导块的轴向位置，使试验载荷在试验过程中避免因手轮、螺杆等异常转动或松动而发生变化，影响试验结果的准确性。加载杆上套装加载弹簧，并在中部螺纹连接有预载螺母，通过预载螺母调节加载弹簧的预紧力可以缩小加载机构的空间尺寸。动作过程为：首先转动手轮旋转螺杆，使T型螺母通过偏心套推动滑块连同前导块、后导块、加载杆、加载弹簧、预载螺母、负荷盘、负荷柱向前移动，当负荷柱前端面接近但尚未抵住被试滚动轴承外圈端面时停止转动手轮，拧松三个负荷柱后端金属件上的螺母，使螺母的两对边沿径向T型滑槽带动负荷柱滑行，当负荷柱中心对准被试滚动轴承外圈厚度的中心位置时，拧紧螺母，使三个负荷柱中心被固定在被试滚动轴承外圈厚度中心圆上。然后再转动手轮，使负荷柱前端面抵住被试滚动轴承外圈端面，并继续转动手轮，则负荷柱、负荷盘、加载杆、预载螺母不再往前移动，而滑板连同前、后导块继续向前移动，后导块在预载状态下继续压缩加载弹簧，弹簧力通过预载螺母、加载杆、负荷盘、负荷柱作用到被试滚动轴承外圈端面上。继续转动手轮，直至弹簧力达到所需的试验载荷，再旋紧锁紧螺钉，锁定滑板及前、后导块的位置。这样，加载机构通过后导块、加载弹簧、预载螺母、加载杆、负荷盘和负荷柱将试验载荷施加到被试滚动轴承外圈端面上，使被试滚动轴承在内圈高速旋转时，外圈固定不转，即外圈的固定不改变被试滚动轴承的径向游隙，从而消除了被试滚动轴承外圈安装配合工况对试验结果的影响。

优选的，所述传感器为压电晶体加速度型传感器或者磁感应速度型传感器。目前国内已能生产频响范围大于10kHz的磁感应速度型传感器，采用速度型传感器具有传感器测头与被试滚动轴承外圈接触力小，接触力不会约束被试滚动轴承外圈自由振动的优点，其缺点是，若要再进一步拓展频响范围目前尚具有一定难度。采用压电晶体加速度型传感器虽然具有频响宽的优点，但其安装方式（详见实施例一）和传感器自重较重决定了其对被试滚动轴承外圈的自由振动具有一定的约束作用，致使振动信号对被试滚动轴承初期微量磨损不够敏感。但二种传感器均能满足滚动轴承静音寿命质量评定的要求。

本发明的技术构思是：被试滚动轴承的内圈与试验芯轴以滑配方式连接，内圈的配合方式不改变被试滚动轴承的径向游隙，且内圈端面以试验载荷力抵压在试验芯轴轴肩上，由于内圈内径与试验芯轴、内圈端面与试验芯轴轴肩的滑动摩擦启动扭矩之和远远大于被试滚动轴承的旋转扭矩，从而使试验芯轴在与内圈内径非过盈配合状态下带动内圈同步旋转成为可能。而外圈连接加载机构，加载机构通过负荷柱将试验载荷施压在被试滚动轴承外圈端面上，负荷柱在传递试验载荷的同时，固定外圈不转，由于外圈的配合方式也不改变被试滚动轴承的径向游隙，故被试滚动轴承的试验结果无轴承安装配合状况的影响因素。本发明通过强化试验载荷和强化试验转速，在被试滚动轴承持续运转过程中，根据被试滚动轴承振动均方根值增大到某一阈值时所运行的累计数来评价被试滚动轴承的静音寿命长短，能在较短时间内评价出不同设计、不同材质、不同工艺、不同润滑介质的滚动轴承的静音寿命质量，为长静音寿命滚动轴承的研发、生产和选用提供试验手段和方法。

本发明的有益效果是：（1）采用本发明在强化试验载荷和强化试验转速状态下测试滚动轴承静音寿命，相对于在使用载荷和使用转速状态下测试，能缩短试验周期，实现快速评定，减少试验成本；（2）本发明的测试结果与被试滚动轴承的安装配合工况无关联，测试结果具有更广泛的适用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为本发明的驱动机构的结构示意图。

图3为本发明的加载机构的结构示意图。

图3a为本发明加载机构中所述负荷柱的结构示意图。

图4为本发明实施例一所述压电晶体加速度型传感器的安装图。

图5为本发明实施例一的振动加速度信号放大及处理原理框图。

图6为本发明实施例二所述磁感应速度型传感器的安装图。

图7为本发明实施例二振动速度信号放大及处理原理框图。

其中，1-信号放大及处理机构，2-数据控制线，3-控制器，4-驱动机构，5-试验芯轴，6-被试滚动轴承，7-加载机构，8-传感器，81-压电晶体加速度型传感器，82-磁感应速度型传感器，9-后液体静压径向推力轴承，10-后主轴，11-前液体静压径向轴承，111-后液体静压径向轴承，12-前液体静压轴向推力轴承，121-后液体静压轴向推力轴承，13-后液体静压主轴单元，14-弹性联轴器，15-前主轴，16-前液体静压径向推力轴承，17-前液体静压主轴单元，18-同步带，19-驱动电机，20-变频器，21-主轴供油装置，22-手轮，23-螺杆，24-T型螺母，25-加载杆，26-偏心套，27-后导块，28-锁紧螺钉，29-滑板，30-加载弹簧，31-预载螺母，32-前导块，33-负荷盘，34-负荷柱，35-弹性垫圈，36—单配螺钉，37—导向轴承，38—底座，39—进给机构，40—鞍形磁块，41—径向锁紧螺钉，42—径向滑体，43—径向螺杆机构，44—轴向滑体，45—轴向螺杆机构，46—轴向锁紧螺钉，47—螺母，48—后端金属件，49—橡胶层，50—前端金属件。

具体实施方式

实施例一

参照图1：滚动轴承静音寿命试验机，包括驱动被试滚动轴承6内圈旋转的驱动机构4、连接在被试滚动轴承6外圈上用于提供试验载荷的加载机构7、检测被试滚动轴承6外圈径向振动信号的传感器8，传感器8的输出端连接信号放大及处理机构1的输入端，信号放大及处理机构1的输出端通过数据控制线2连接控制器3的输入端，控制器3的输出端连接所述驱动机构4的反馈输入端。

滚动轴承静音寿命试验机是被试滚动轴承6在径向游隙不改变的安装状态下，且在强化载荷和强化转速的状况下持续运转，通过持续监测被试滚动轴承6的振动均方根值，根据振动均方根值增大到某一设定阀值时的累计运行数来评定被试滚动轴承6静音寿命的长短。故试验机必需具备如下技术性能：

●被试滚动轴承6的安装方式应使其径向游隙不发生改变；

●本底振动小、外界或本底振动对被试滚动轴承6的振动干扰小；

●试验载荷大、试验转速高且转速稳定；

●驱动精度高、驱动精度寿命长。

参照图2：滚动轴承静音寿命试验机的驱动机构4，包括驱动电机19、试验芯轴5、前液体静压主轴单元17、以及后液体静压主轴单元13，所述前液体静压主轴单元17和后液体静压主轴单元13通过与驱动机构4分离安装的同一主轴供油装置21供油；所述前液体静压主轴单元17包括第一液体静压轴承和装在第一液体静压轴承内的前主轴15；所述后液体静压主轴单元13包括第二液体静压轴承和装在第二液体静压轴承内的后主轴10；所述前主轴15和后主轴10通过弹性联轴器14连接；所述试验芯轴5的后端以滑配形式套装在被试滚动轴承6内圈内径上，带动内圈同步旋转，试验芯轴5前端通过莫氏锥面与后主轴10后端连接，所述前主轴15前端与驱动电机19的输出轴同步传动连接。具体的，所述驱动电机的输出轴上装有主动带轮，所述前主轴前端装有从动带轮，主动带轮与从动带轮通过同步带18传动连接。同步带传动连接保证了试验转速的稳定。

前液体静压主轴单元17、后液体静压主轴单元13采用液体静压支承，使前主轴15和后主轴10在启动前悬浮在液压油中，从而使主轴的启动温度与液体动压支承相比大幅降低，使试验机在非恒温场合也能正常启动使用。在试验运转过程中，主轴和液压轴承间充满一层液压油，液压油一方面使主轴抗振阻尼性好，对试验机本底振动（驱动电机等振动）或外界振动通过主轴向被试滚动轴承6的传递具有隔离作用，从而使试验机本底振动或外界振动对被试滚动轴承6的振动干扰较小，另一方面使主轴与液压轴承不发生直接接触，正常情况下主轴和液压轴承均不会被磨损，从而使主轴精度寿命较长。

所述主轴供油装置21与驱动机构4分离安装，仅用进油管和回油管与前液体静压主轴单元17和后液体静压主轴单元13连接，是为了减小驱动机构4的本底振动。

所述前主轴15和后主轴10通过弹性联轴器14连接，使前主轴15的同步传动带18的倾侧力矩不会传递到后主轴10上，提高了后主轴10的旋转精度，从而提高了被试滚动轴承6的驱动精度。

试验芯轴5前端通过莫氏锥面与后主轴10后端的莫氏锥孔连接。莫氏锥度用于静配合可精确定位，由于锥度很小，利用锥面摩擦力可以传递一定的扭矩。且试验载荷通过被试滚动轴承外圈、钢球、内圈传递到试验芯轴5轴肩上，试验芯轴5始终以试验载荷力抵压在后主轴10上，使试验芯轴5在试验过程中与后主轴10始终保持紧密连接。又因为是锥面配合，可以方便地拆卸试验芯轴5，满足不同规格被试滚动轴承试验芯轴方便更换的需求。本实施例试验芯轴5前端采用2号莫氏锥面，后主轴10后端采用2号莫氏锥孔。

所述第一液体静压轴承包括支承在所述前主轴15两端的前液体静压径向推力轴承16和后液体静压径向推力轴承9；所述第二液体静压轴承包括支承在所述后主轴10两端的前液体静压径向轴承11和后液体静压径向轴承111、以及安装在所述前液体静压径向轴承11前端的前液体静压轴向推力轴承12和安装在所述后液体静压径向轴承111后端的后液体静压轴向推力轴承121。

所述第一液体静压轴承的前液体静压径向推力轴承16和后液体静压径向推力轴承9的推力环采用多油腔结构，具有抗同步传动带18倾侧力矩强的优点，提高了前主轴15、后主轴10的旋转精度，从而提高了被试滚动轴承6的驱动精度；所述第二液体静压轴承的前液体静压径向轴承11、后液体静压径向轴承111采用无周向回油槽结构，具有适用转速高、旋转精度高、抗振阻尼性好、精度寿命长的优点；所述第二液体静压轴承的前液体静压轴向推力轴承12和后液体静压轴向推力轴承121采用环形单油腔结构，具有最大的轴向承载能力，能满足强化试验载荷的要求，并且，前液体静压轴向推力轴承12以前液体静压径向轴承11轴向封油面作为节流器，简化了前液体静压轴向推力轴承12的结构，后液体静压轴向推力轴承121以后液体静压径向轴承111轴向封油面作为节流器，简化了后液体静压轴向推力轴承121的结构。

所述试验芯轴5以2μm~15μm的间隙滑配于被试滚动轴承6内圈内径上。这一连接形式不会改变被试滚动轴承6的径向游隙，从而使试验结果与被试滚动轴承6内圈安装配合工况无关联，并能使被试滚动轴承6内圈与试验芯轴5不产生相对滑动，从而使被试滚动轴承6的试验转速稳定。其关键技术是试验芯轴5与被试滚动轴承6内圈内径配合间隙的控制，既不能太小也不能太大，既保证同步旋转，又能滑配连接。

所述驱动电机19采用同步电机，并连接有可对驱动电机19无级调速的变频器20。同步电机具有抗电压波动能力强的优点，从而使试验转速稳定。利用变频器20的变频可以提供不同型号被试滚动轴承6试验所需的不同转速。

参照图3：滚动轴承静音寿命试验机的加载机构7，包括滑板29、支承滑板29滑行的底座38、固定在滑板29上的前导块32和后导块27、穿设于前导块32和后导块27上的加载杆25、套装在加载杆25上的加载弹簧30、使滑板29沿加载杆25轴向移动的进给机构39、锁定滑板29轴向位置的锁紧螺钉28、抵压被试滚动轴承6外圈端面的负荷柱34、以及连接加载杆25与负荷柱34的负荷盘33。所述滑板29与底座38通过燕尾导轨连接，所述加载杆25中部螺纹连接有预载螺母31，所述加载弹簧30抵于预载螺母31与后导块27之间，所述加载杆25的前端与负荷盘33的后端抵靠，负荷盘33前端通过负荷柱34抵压被试滚动轴承6的外圈端面。前导块32与加载杆25之间、后导块27与加载杆25之间均装有导向轴承37。需要说明的是，上述加载杆25的前端朝向，与加载弹簧30在压缩状态下对预载螺母31的作用力方向相同。采用弹簧加载具有载荷稳定可靠的优点，且对加载机构而言具有无本底振动源的优点，从而提高了试验结果的准确性。

所述进给机构39为螺杆进给机构，所述螺杆进给机构包括转动螺杆23的手轮22、穿设在底座38两端的螺杆23、连接螺杆23与滑板29的T型螺母24和偏心套26，手轮22与螺杆23后端固定连接，螺杆23与T型螺母24采用梯形螺纹连接，T型螺母24与滑板29通过偏心套26连接。螺杆23与T型螺母24采用梯形螺纹连接具有自锁性好、驱动力大的优点，满足试验载荷大且载荷稳定的要求。T型螺母24与滑板29通过偏心套26连接，能消除螺杆23轴心线与燕尾导轨滑动中心线不平行而引起的螺杆23旋转不灵活、卡死等现象。

所述加载杆25的前端设置成球面，球心设计在加载杆的轴心线上，负荷盘33的后端设置有与该球面配合的锥面，锥面的锥顶设计在负荷盘的中心轴线上。加载杆25球面与负荷盘33锥面接触，当三个负荷柱的载荷力不均匀时（即发生偏载时），接触球面会将三个负荷柱的载荷力自动调整到均匀，即试验载荷具有自动调心功能。

参照图3a：所述负荷柱34包括前端金属件50、后端金属件48、填充在前端金属件50与后端金属件48之间的橡胶层49、以及连接在后端金属件48上的螺母47。前端金属件50和后端金属件48使负荷柱34能满足传递较大试验载荷的要求，中间填充的橡胶层49能隔离外界或试验机本底振动通过加载机构7传递到被试滚动轴承6的振动干扰，从而提高了试验结果的准确性。

所述负荷柱34有三个，所述负荷盘33的前端设置有三个径向T型滑槽，三个径向T型滑槽的中心线相交于负荷盘的中心轴线上，三个负荷柱可分别在三个径向T型滑槽上滑行和固定，使三个负荷柱34在负荷盘33的中心圆周上呈均匀分布。根据三点确定一个平面原理，三个周向均布的负荷柱34能使被试滚动轴承6外圈均匀受载。三个径向T型滑槽的中心线相交于负荷盘的中心轴线上，保证了三个负荷柱在负荷盘中心圆周上可呈均匀分布。负荷柱34后端金属件48上的螺母47拧松后，螺母47的两对边可沿径向T型滑槽带动负荷柱34滑行，螺母47拧紧后，负荷柱34中心就被固定在T型滑槽上的某一径向位置。这样三个负荷柱以径向位置可调的方式连接负荷盘33，能使负荷柱34中心被调整到被试滚动轴承6外圈厚度的中心位置，且可使一个负荷盘33能满足不同型号滚动轴承试验的要求。

所述加载杆25前端球面与负荷盘33后端锥面通过单配螺钉36和弹性垫圈35连接，所述弹性垫圈35装在单配螺钉36和负荷盘33之间。通过单配螺钉36长度的单配和弹性垫圈35的弹性，使负荷盘33锥面与加载杆25球面较紧密地连接在一起，使三个负荷柱前端平面大致平行于被试滚动轴承6外圈端面，方便试验员准确地将负荷柱中心调整到被试滚动轴承6外圈厚度中心位置，并且，当三个负荷柱的载荷力不均匀时，锥面和球面的接触摩擦力矩不至于影响到调心功能。

上述加载机构的加载原理如下：通过转动手轮22旋转螺杆进给机构的螺杆23，实现滑板29的轴向进给与退回，带动前导块32、后导块27的轴向进给与退回；通过锁紧螺钉28锁定滑板29及前导块32、后导块27的轴向位置，使试验载荷在试验过程中避免因手轮22、螺杆23等异常转动或松动而发生变化，影响试验结果的准确性。加载杆25上套装加载弹簧30，并在中部螺纹连接有预载螺母31，通过预载螺母31调节加载弹簧30的预紧力，可缩小加载机构7的空间尺寸。动作过程为：首先转动手轮22旋转螺杆23，使T型螺母24通过偏心套26推动滑板29连同前导块32、后导块27、加载杆25、加载弹簧30、预载螺母31、负荷盘33、负荷柱34向前移动，当负荷柱34前端面接近但尚未抵住被试滚动轴承6外圈端面时停止转动手轮22，拧松三个负荷柱后端金属件48上的螺母47，使螺母47的两对边沿径向T型滑槽带动负荷柱34滑行，当负荷柱中心对准被试滚动轴承6外圈厚度的中心位置时，拧紧螺母47，使三个负荷柱中心被固定在被试滚动轴承6外圈厚度的中心圆上。然后再转动手轮22，使负荷柱34前端面抵住被试滚动轴承6外圈端面，并继续转动手轮22，则负荷柱34、负荷盘33、加载杆25、预载螺母31不再往前移动，而滑板29连同前导块32和后导块27继续向前移动，后导块27在预载状态下继续压缩加载弹簧30，弹簧力通过预载螺母31、加载杆25、负荷盘33、负荷柱34作用到被试滚动轴承6外圈端面上。继续转动手轮22，直至弹簧力达到试验载荷，再旋紧锁紧螺钉28，锁定滑板29及前导块32、后导块27的位置。这样，加载机构7通过后导块27、加载弹簧30、预载螺母31、加载杆25、负荷盘33和负荷柱34将试验载荷施加到被试滚动轴承6外圈端面上，使被试滚动轴承6在内圈高速旋转时，外圈固定不转，即外圈的固定不改变被试滚动轴承6的径向游隙，从而消除了外圈安装配合工况对试验结果的影响因素。

本实施例一采用的传感器8为压电晶体加速度型传感器81，其安装图见图4，压电晶体加速度型传感器81通过螺纹钢性固定在鞍形磁块40上，鞍形磁块40吸附在被试滚动轴承6外圈径向方向上。压电晶体加速度型传感器81感应的是被试滚动轴承6外圈径向振动加速度，压电晶体加速度型传感器81的输出端与信号放大及处理机构1的输入端连接。

图5中，所述信号放大及处理机构1包括依次连接的将压电晶体加速度型传感器81输出的与被试滚动轴承振动加速度成正比的电荷信号进行放大并转换成电压信号的信号放大单元、用于模/数转换的数据采集单元、将数字信号滤波成50Hz~10000Hz单频带信号的数字滤波单元、对单频带信号进行均方根值计算的均方根值计算单元、将计算得到的单频带均方根值与设定的振动加速度阈值进行比较的比较单元。当单频带均方根值稳定地大于设定阈值时，则判定被试滚动轴承6静音寿命终止，比较单元向控制器3发出试验终止指令，控制器3控制所述的驱动机构4停转，试验机停机，控制器3同时记录、输出试验信息和试验结果，试验信息包含试验件信息、试验载荷、试验转速、开停机时间、累计运行时间及运行万转数、振动均方根值数据库和设定阀值等；若单频带均方根值小于设定阈值，比较单元向控制器3发出试验继续指令，控制器3控制驱动机构4继续运转。数字滤波单元滤波出来信号的频率范围、频带数、频带范围可根据需要调整。

本实施例在强化试验载荷和强化试验转速的状态下，通过被试滚动轴承6持续运转，根据被试滚动轴承振动均方根值增大到设定阈值时所运行的累计数来评价被试滚动轴承6静音寿命的长短。需要说明的是，本文中，“振动均方根值稳定地大于设定阈值”，是指被试滚动轴承6振动均方根值连续一段时间均大于设定阈值。该“连续一段时间”的长短，可根据试验机本底振动或环境振动干扰等情况进行调整和设定，以可靠评定被试滚动轴承6振动均方根值已大于设定阈值。并且“阈值”可根据轴承用户的使用要求，或被试滚动轴承6试验开始初期的振动均方根值来预先设定。

实施例二

实施例二与实施例一的不同之处在于：实施例二采用的传感器8为磁感应速度型传感器82。其安装图参见图6，磁感应速度型传感器82安装在传感器调整机构的径向滑体42上，径向滑体42通过导轨与轴向滑体44后端连接，通过调节径向螺杆机构43和轴向螺杆机构45，使磁感应速度型传感器82的测头以一定大小的接触力接触于被试滚动轴承6外圈外径1/2宽度位置处。磁感应速度型传感器82的测头接触力不能过小，以免振动信号频率较高时，测头与被试滚动轴承6外圈脱离，使磁感应速度型传感器82拾取的振动信号失真。磁感应速度型传感器82的测头接触力又不能过大，以免对被试滚动轴承6外圈的自由振动产生约束，同样会使磁感应速度型传感器82拾取的振动信号失真。径向螺杆机构43可精密调节传感器82的测头接触力，本实施例的接触力为0.3N~0.6N。传感器82测头位置和接触力调整到位后，通过径向锁紧螺钉41固定磁感应速度型传感器82测头的径向位置，通过轴向锁紧螺钉46固定磁感应速度型传感器82测头的轴向位置。磁感应速度型传感器82感应的是被试滚动轴承6外圈的径向振动速度，磁感应速度型传感器82的输出端与信号放大及处理机构1的输入端连接。

参见图7：信号放大及处理机构1首先将磁感应速度型传感器82输出的与被试滚动轴承6径向振动速度成正比的电压信号通过信号放大单元放大，再经数据采集单元将模拟信号转换成数字信号，然后经数字滤波单元，将振动速度数字信号滤波成50Hz~300Hz、300Hz~1800Hz和1800Hz~10000Hz的三个频带信号；各频带信号经各自的均方根值计算单元，计算出各频带均方根值，并通过各自的比较单元，与各自预先设定的振动速度阈值进行比较，当某一个或某几个频带的振动均方根值稳定地大于对应频带预先设定的阈值时，则判定被试滚动轴承6静音寿命终止，比较单元向控制器3发出试验终止指令，控制器3控制所述驱动机构4停转，试验机停机，控制器3同时记录、输出试验信息和试验结果。试验信息的内容同实施例一。若各频带均方根值均小于对应的设定阈值，比较单元向控制器3发出试验继续指令，控制器3控制驱动机构4继续运转。

Claims (10)

1.滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：包括驱动被试滚动轴承内圈旋转的驱动机构、连接在被试滚动轴承外圈上用于提供试验载荷的加载机构、检测被试滚动轴承外圈径向振动信号的传感器，传感器的输出端连接信号放大及处理机构的输入端，信号放大及处理机构的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端连接所述驱动机构的反馈输入端；

所述信号放大及处理机构包括依次连接的将传感器输出电信号进行放大的信号放大单元、用于模/数转换的数据采集单元、将通频信号滤波成单个或多个频带信号的数字滤波单元、对各频带信号进行均方根值计算的均方根值计算单元、将各频带均方根值与设定的对应频带阈值进行比较的比较单元，若有频带均方根值稳定地大于设定阈值，则判定被试滚动轴承静音寿命终止，比较单元向控制器发出试验终止指令，控制器控制所述的驱动机构停转，试验机停机；若各频带均方根值均小于设定阈值，比较单元向控制器发出试验继续指令，控制器控制驱动机构继续运转。

2.如权利要求1所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述驱动机构包括驱动电机、试验芯轴、前液体静压主轴单元、以及后液体静压主轴单元，所述前液体静压主轴单元和后液体静压主轴单元通过与驱动机构分离安装的主轴供油装置供油；所述前液体静压主轴单元包括第一液体静压轴承、装在第一液体静压轴承内的前主轴；所述后液体静压主轴单元包括第二液体静压轴承、装在第二液体静压轴承内的后主轴；所述前主轴和后主轴通过弹性联轴器连接；所述试验芯轴的后端以滑配形式套装在被试滚动轴承内圈内径上，带动内圈同步旋转，试验芯轴前端通过莫氏锥面与后主轴后端连接，所述前主轴前端与驱动电机的输出轴同步传动连接。

3.如权利要求1或2所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述加载机构包括滑板、支承滑板滑行的底座、固定在滑板上的前导块和后导块、穿设于前导块和后导块上的加载杆、套装在加载杆上的加载弹簧、使滑板沿加载杆轴向移动的进给机构、锁定滑板轴向位置的锁紧螺钉、抵压被试滚动轴承外圈端面的负荷柱、以及连接加载杆与负荷柱的负荷盘，所述加载杆中部螺纹连接有预载螺母，所述加载弹簧抵于预载螺母与后导块之间，所述加载杆的前端与负荷盘的后端抵靠，负荷盘前端通过负荷柱抵压被试滚动轴承的外圈端面。

4.如权利要求2所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述第一液体静压轴承包括支承在所述前主轴两端的前液体静压径向推力轴承和后液体静压径向推力轴承；所述第二液体静压轴承包括支承在所述后主轴两端的前液体静压径向轴承和后液体静压径向轴承、以及安装在所述前液体静压径向轴承前端的前液体静压轴向推力轴承和安装在所述后液体静压径向轴承后端的后液体静压轴向推力轴承。

5.如权利要求3所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述进给机构为螺杆进给机构，所述螺杆进给机构包括旋转螺杆的手轮、穿设在底座两端的螺杆、连接螺杆与滑板的T型螺母和偏心套，所述手轮与螺杆后端固定连接，螺杆与T型螺母采用梯形螺纹连接，T型螺母与滑板通过偏心套连接。

6.如权利要求4所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述第一液体静压轴承的前、后液体静压径向推力轴承的推力环采用多油腔结构；所述第二液体静压轴承的前、后液体静压径向轴承采用无周向回油槽结构；所述第二液体静压轴承的前、后液体静压轴向推力轴承采用环形单油腔结构；前液体静压轴向推力轴承以前液体静压径向轴承轴向封油面作为节流器，后液体静压轴向推力轴承以后液体静压径向轴承轴向封油面作为节流器。

7.如权利要求5所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述负荷柱包括前端金属件、后端金属件、填充在前端金属件与后端金属件之间的橡胶层、以及连接在后端金属件上的螺母。

8.如权利要求6所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述试验芯轴以2μm~15μm的间隙滑配于被试滚动轴承内圈内径上。

9.如权利要求7所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述加载杆的前端设置成球面，球心设计在加载杆的轴心线上，负荷盘的后端设置有与该球面配合的锥面，锥面的锥顶设计在负荷盘的中心轴线上。

10.如权利要求9所述的滚动轴承静音寿命强化试验机，其特征在于：所述负荷柱有三个，所述负荷盘的前端设置有三个径向T型滑槽，三个径向T型滑槽的中心线相交于负荷盘的中心轴线上，三个负荷柱可分别在三个径向T型滑槽上滑行和固定，使三个负荷柱在负荷盘的中心圆周上呈均匀分布。

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