CN104019990B - 轴承扭矩测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴承扭矩测试装置，其包括：一底板；一驱动单元，该驱动单元固定于所述底板；一测试单元，该测试单元连接于所述驱动单元，该驱动单元为所述测试单元提供动力，一在线观测单元，该在线观测单元包括一传感器，该传感器的一端与所述测试单元相连；一加载单元，该加载单元与所述传感器的另一端相连，用于对所述测试轴承加载。

Description

轴承扭矩测试装置

技术领域

本发明涉及一种轴承扭矩测试装置，尤其涉及一种能够承受轴向载荷的轴承的扭矩测试装置。

背景技术

轴承是各类航空、重工以及先进制造装备等领域内不可或缺的关键部件。据统计，目前使用的轴承中约90%都采用脂润滑。脂润滑具有油润滑所不可比拟的优势，即摩擦系数低、消耗低以及无需附加循环供给装置等。多数情况下，脂润滑轴承的重新填脂周期较长，大大降低了生产制造和运行维护成本以及能源消耗。脂润滑的机理与油润滑有很大不同，且润滑脂更能适应重载、高温等苛刻工况。极端苛刻工况将导致轴承中润滑剂寿命急剧缩短，如高压和高温可能使润滑脂流失、结构发生变化。由此会带来轴承内润滑脂失效，摩擦增加，进而导致运动副的精度和稳定运行的能力急剧降低，并时常伴随由于过热行为而产生的灾难性事故。轴承中的润滑脂在工作过程中会产生复杂的物理化学变化，直接决定其润滑寿命。这些变化在宏观上表现为润滑剂在轴承内的分布、摩擦力以及温度等的变化；在微观上表现为成分分离、氧化变质等一系列物理化学变化。

目前已有一些测试仪器用于测量润滑剂的摩擦特性。例如专利号201110417343.4的专利公开一种卧式轴承摩擦力矩测量装置采用卧式结构，并同时实现两个方向上的加载，能更贴切的模拟轴承的实际工况；例如专利号201310517828.X的专利公开一种轴承实际工况下摩擦力矩的测试装置及方法利用气浮平台微摩擦力矩的特性对轴承实际使用工况（不同预紧力）下的摩擦力矩进行测试，解决了现有的轴承摩擦力矩测试仪器不能充分模拟轴承在实际工况中的摩擦力矩的技术问题。

以上公开的专利中的测试设备虽然能进一步模拟轴承的实际工况，但目前多数轴承试验台结构复杂庞大，且不便于拆卸，既影响测量精度又无法对工作后的轴承内润滑剂进行原位取样。因此，研制结构简单方便，且既能够精确测量轴承摩擦力矩和温度，又易于对脂润滑轴承进行原位取样的研究设备有很重要的意义。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种结构简单方便，且既能够精确测量轴承摩擦力矩和温度，又易于对脂润滑轴承进行原位取样的轴承扭矩测试装置。

一种轴承扭矩测试装置，其包括：一底板；一驱动单元，该驱动单元固定于所述底板；一测试单元，该测试单元连接于所述驱动单元，该驱动单元为所述测试单元提供动力，该测试单元包括主轴、测试轴承、测试轴承座、测试轴承室，测试轴承室端盖、支承法兰、两个第一支承轴承、支承轴箱、所述主轴的一端固定于驱动单元，另一端安装于所述测试轴承，该测试轴承为推力轴承或向心推力轴承，该测试轴承通过所述测试轴承座固定于所述测试轴承室，所述测试轴承室端盖固定于所述测试轴承室，所述支承法兰通过所述两个第一支承轴承与所述支承轴箱相连，该支撑轴箱安装于所述底板，且相对于该底板可以滑动；一在线观测单元，该在线观测单元包括一传感器，该传感器的一端与所述测试单元相连；一加载单元，该加载单元与所述传感器的另一端相连，用于对所述测试轴承加载。

与现有技术相比较，本发明提供的轴承扭矩测试装置结构简单，可以模拟实际轴承的载荷条件，在高接触压力和高温条件下实现轴承扭矩的在线观测。并且，可将热电偶丝深入测试轴承箱内，同步测量温升，获得更多实时信息。由于采用推力轴承或向心推力轴承，非常便于对工作后轴承轨道内部润滑脂进行取样和原位观测。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的轴承扭矩测试装置的主视图。

图2是本发明实施方式提供的轴承扭矩测试装置的俯视图。

图3是本发明实施方式提供的轴承扭矩测试装置的侧视图。

图4是本发明实施方式提供的轴承扭矩测试装置中测试单元的剖面结构示意图。

图5是本发明实施方式提供的轴承扭矩测试装置中加载单元的剖面结构示意图。

主要元件符号说明

螺纹加载棒	1
		第一滑动导轨	2
支座	3
		法兰	4
支承轴箱	5
		支承法兰	6
主轴	7
		电机	8
电机座	9
		联轴器	10
主轴箱	11
		测试轴承室端盖	12
测试轴承室	13
		支承轴箱端盖	14
传感器	15
		弹簧套筒	16
固定支座	17
		底板	18
测试轴承	19
		限位套	20
第二支承轴承	21
		测试轴承定位轴套	22
测试轴承座	23
		限位套	24
第一支承轴承	25
		弹簧	26
弹簧中心轴	27
		中心孔	28
第二滑动导轨	29
		轴承扭矩测试装置	30
驱动单元	31
		测试单元	32
在线观测单元	33
		加载单元	34

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的轴承扭矩测试装置作进一步的详细说明。

请参阅图1至图3，轴承扭矩测试装置30包括驱动单元31、测试单元32、在线观测单元33、加载单元34、底板18、第一滑动导轨2、第二滑动导轨29。所述驱动单元31固定于所述底板18，所述测试单元32连接于所述驱动单元31，且该测试单元32的一部分固定于所述底板18，一部分通过第一滑动导轨2设置于所述底板18，所述在线观测单元33连接于所述测试单元32和加载单元34之间，所述加载单元34的一部分通过第二滑动导轨29设置于所述底板18，一部分固定于所述底板18。

所述驱动单元31包括电机8、电机座9、联轴器10。所述电机8通过螺钉（图未示）固定在所述电机座9，该电机座9通过螺钉（图未示）固定在所述底板18。所述联轴器10固定在所述电机8的主轴，将该电机主轴的转动传递到测试单元32。

请一并参阅图4，所述测试单元32包括主轴箱11、限位套20、第二支承轴承21、主轴7、测试轴承室13、测试轴承室端盖12、测试轴承19、测试轴承定位轴套22、测试轴承座23、支承法兰6、支承轴箱5、支承轴箱端盖14、第一支承轴承25和限位套24。

所述测试单元的主轴7通过所述第二支承轴承21连接于所述主轴箱11，该主轴箱11通过螺钉（图未标示）固定于所述底板18。所述主轴箱11和限位套20分别为所述第二支承轴承21提供安装端面。所述主轴7和所述测试轴承19之间有测试轴承定位轴套22，为所述测试轴承19提供足够大的安装端面。所述测试轴承19为可以承受轴向载荷的轴承，例如，推力轴承或向心推力轴承。在本实施例中，所述测试轴承19采用推力轴承。所述主轴7在所述主轴箱11的一端固定于所述联轴器10，另一端安装于所述测试轴承19。所述测试轴承19通过测试轴承座23固定于所述测试轴承室13，测试轴承室端盖12通过螺钉（图未示）固定于测试轴承室13。在本实施例中，为防止工作过程中润滑脂可能发生的少量泄露，测试轴承室13内缘略凸出。当然，也可在所述测试轴承室端盖12和测试轴承室13之间加密封垫圈。所述测试轴承室13与所述支承法兰6通过螺钉（图未示）连接，并由位于所述测试轴承室13底部中心的凸台定位，保证主轴7与所述测试轴承19的同轴度。所述支承法兰6通过两个第一支承轴承25与支承轴箱5相连，并由两个支承轴箱端盖14和限位套24保证安装端面。所述支承轴箱5通过螺钉（图未标示）与所述第一滑动导轨2相连接，该第一滑动导轨2镶嵌于所述底板18。

由于所述主轴7的一端固定于所述联轴器10，另一端安装于所述测试轴承19，所以所述电机主轴的转动可以传递到所述主轴7，该主轴7可以带动所述测试轴承19旋转。该测试轴承19将来自所述主轴7的动力转化成内部摩擦扭矩，先后通过所述测试轴承座23、测试轴承室13、支承法兰6传递到在线观测单元33。

所述在线观测单元33包括法兰4和传感器15。所述传感器15一端通过螺钉（图未示）连接到所述法兰4，该法兰4通过螺钉（图未示）连接到所述支承法兰6，进而与所述测试单元32相连。所述传感器15另一端通过螺钉（图未示）固定于所述加载单元34。

请一并参阅图5，所述加载单元34包括支座3、弹簧套筒16、弹簧中心轴27、弹簧26、螺纹加载棒1与固定支座17。

所述支座3具有一孔（图未标示），该支座3通过螺钉（图未标示）连接于所述第二滑动导轨29，该第二滑动导轨29镶嵌于所述底板18。所述在线观测单元33的传感器15另一端通过螺钉（图未示）固定于所述支座3。所述弹簧套筒16一端的中心位置设置有一凸台（图未标示），该凸台和所述支座3的孔的尺寸刚好匹配，所述弹簧套筒16通过该凸台定位并固定于所述支座3。所述弹簧套筒16另一端设置有一中心孔（图未标示），所述弹簧中心轴27穿过所述弹簧套筒16的中心孔固定在所述弹簧套筒16内。所述弹簧26一端穿过所述弹簧中心轴27的小孔与该弹簧中心轴27固定。

所述螺纹加载棒1中心具有一中心孔28，该中心孔28的直径大于弹簧中心轴27的外径且小于所述弹簧26的外径。该螺纹加载棒1的外部具有外螺纹（图未标示），所述固定支座17具有螺纹孔（图未标示），所述螺纹加载棒1设置于所述螺纹孔内与所述固定支座17螺纹连接，该固定支座17通过螺钉（图未标示）固定于所述底板18。旋动所述螺纹加载棒1挤压弹簧，即可实现对所述测试轴承19的加载。由于所述支座3和所述支承轴箱5与摩擦力非常小的第二滑动导轨29和第一滑动导轨2相连接，所以载荷能够直接传递到测试轴承19。

实验进行时，先将所述螺纹加载棒1旋出，释放所述弹簧26，并将所述支承轴箱5和支座3整体滑开，并将所述测试轴承19的上环安装于所述主轴7，下环安装于所述测试轴承座23，保持架及滚珠部分可手动、也可使用镊子等工具轻轻抵与上环的滚道处。完毕后转动所述螺纹加载棒1，对所述测试轴承19施加一个较小的预载，目的是为了确保所述测试轴承19的各部分固定于正确的位置。此时，用专门的润滑脂供给枪对所述测试轴承19的保持架与上下环之间进行定量、均匀供脂，供脂结束后通过螺钉（图未示）将所述测试轴承室端盖12与所述测试轴承室13闭合。此时，施加第二次预载，启动电机8，以较低的转速转动一定时间，使润滑脂更加均匀、充分地分布于所述测试轴承19内。完毕后停止所述电机8。此时可用加热管和热电偶对所述测试轴承室13内温度进行控制，并可通过进一步调节所述螺纹加载棒1的旋入位置调节所述弹簧26的伸缩量，对测试载荷进行选控，启动电机8，进行扭矩测试。测试结束后，先打开所述测试轴承室端盖12，手动或使用镊子等工具将所述测试轴承19的保持架固定，然后卸载，防止保持架滑动，确保测试轴承19内部不同位置的润滑脂完全不发生混合，便于后续分析。

本实施例所述测试轴承19的安装位置经过特殊考虑设计，使得测试轴承19的上环与保持架部分露出所述测试轴承室13，打开测试轴承室端盖12后可先手动固定保持架部分，再进行卸载，防止保持架滑动，确保测试轴承内部不同位置的润滑脂完全不发生混合。专门设计和采用适合推力轴承的测试结构，无需预热或借助专业工具即可将测试轴承19分离，能对工作前后测试轴承滚道、滚珠、保持架等部位的润滑剂残留以及材料磨损情况进行观测。

采用所述支承轴箱5保证安装精度的同时，也承担了所述测试轴承室13等部件的重力，确保传感器15不受切向负载，保证传感器15的精度和使用寿命。

所述加载单元34采用弹簧26配合第二滑动导轨29进行加载和卸载，结构安全简单，既能保证加载效果，又能节省经济成本。当然，所述该加载单元34也可以采用其他的结构，只要能实现加载和卸载即可。

另外，在进行模拟高速、高温的工况时，可以将所述测试轴承19更换为角接触轴承，可以进一步防止润滑脂泄漏，充分模拟实际工况。

本实施例提供的轴承扭矩测试装置可以模拟实际轴承的载荷条件，在高接触压力和高温条件下实现轴承扭矩的在线观测。此外，可将热电偶丝深入测试轴承箱内，同步测量温升，获得更多实时信息。由于采用推力轴承，非常便于对工作后轴承轨道内部润滑脂进行取样和原位观测。既可将不同位置的润滑脂取出测量其流变、膜厚等物理特性的变化，又可通过红外等手段直接观测其化学成分的变化。此外，还可以对测试后的各部件进行磨损形式的观测。而对于其他形式的轴承，若不经过加热或借助专业工具，很难将各部分分开用以观测。该测试装置结构简单，加工制造以及装配都十分方便，传感器精度高，容许的轴向负载范围宽。对电机和温度的控制均由计算机实现。该测试装置能够评价脂润滑轴承在各种负载、温度条件下的拖动力矩特性并方便观测润滑脂的物理化学结构变化，为评价和提高润滑材料的润滑性能、优化润滑脂的供给方式以及不同工况下润滑脂的选用等的研究提供条件。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种卧式轴承扭矩测试装置，其包括：

一底板；

一驱动单元，该驱动单元固定于所述底板；

一测试单元，该测试单元连接于所述驱动单元，该驱动单元为所述测试单元提供动力，该测试单元包括主轴、测试轴承、测试轴承座、测试轴承室、测试轴承室端盖、支承法兰、两个第一支承轴承和支承轴箱，所述主轴的一端固定于驱动单元，另一端安装于所述测试轴承，该测试轴承为推力轴承或向心推力轴承，该测试轴承通过所述测试轴承座固定于所述测试轴承室，所述测试轴承室端盖固定于所述测试轴承室，该测试轴承室端盖与所述测试轴承室闭合，所述支承法兰的一端与所述测试轴承室连接，另一端通过所述两个第一支承轴承与所述支承轴箱相连，该支承轴箱安装于所述底板，且相对于该底板可以滑动；

一在线观测单元，该在线观测单元包括一传感器，该传感器的一端与所述测试单元相连；

一加载单元，该加载单元与所述传感器的另一端相连，用于对所述测试轴承加载。

2.如权利要求1所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述测试单元中主轴和测试轴承之间进一步包括一测试轴承定位轴套，为所述测试轴承提供安装端面。

3.如权利要求1所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述测试单元进一步包括两个支承轴箱端盖和两个限位套，该两个支承轴箱端盖分别固定于所述支承轴箱的两端，所述两个限位套分别固定于所述支承法兰。

4.如权利要求1所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述测试单元进一步包括两个第二支承轴承和一个主轴箱，所述测试单元中的主轴通过所述两个第二支承轴承连接于所述主轴箱，该主轴箱固定于所述底板。

5.如权利要求1所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述驱动单元包括电机、电机座以及联轴器，所述电机固定在所述电机座，该电机座固定在所述底板，所述联轴器固定在所述电机的主轴，将该电机主轴的转动传递到所述测试单元。

6.如权利要求1所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述在线观测单元进一步包括法兰，所述传感器一端连接到所述法兰，该法兰连接到所述支承法兰，进而与所述测试单元相连。

7.如权利要求1所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述加载单元包括一支座，该支座安装于所述底板，且相对于该底板可以滑动，所述在线观测单元的传感器另一端固定于所述支座；一弹簧套筒，该弹簧套筒固定于所述支座；一弹簧中心轴，该弹簧中心轴固定在所述弹簧套筒内；一弹簧，该弹簧固定于所述弹簧中心轴；一固定支座，该固定支座固定于所述底板；一螺纹加载棒，该螺纹加载棒螺纹连接于所述固定支座，旋动所述螺纹加载棒挤压所述弹簧可以对所述测试轴承进行加载。

8.如权利要求7所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述支座具有一孔，所述弹簧套筒一端的中心位置设置有一凸台，该凸台与所述支座的孔匹配，所述弹簧套筒通过该凸台定位并固定于所述支座。

9.如权利要求8所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述弹簧套筒另一端设置有一中心孔，所述弹簧中心轴穿过所述弹簧套筒的中心孔固定在所述弹簧套筒内。

10.如权利要求9所述的卧式轴承扭矩测试装置，其特征在于：所述螺纹加载棒中心具有一中心孔，该中心孔的直径大于弹簧中心轴的外径且小于所述弹簧的外径，该螺纹加载棒可以挤压所述弹簧对所述测试轴承进行加载。