CN104677633A - 径向液体静压轴承可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向液体静压轴承可靠性试验台，包括试验台支承、径向液体静压轴承辅助装置、Z正向加载装置、Z负向加载装置、Y正向加载装置、Y负向加载装置以及自动控制装置。本发明采用四套液压加载装置对径向液体静压轴承进行模拟动、静态压力载荷并能够实现对其径向360°范围内加载，对被测的径向液体静压轴承进行模拟真实工况的可靠性试验，并进行实时的故障数据采集。为后期的可靠性评估、可靠性建模和可靠性预测提供实用的基础数据，大大缩短了数据采集时间。

Description

径向液体静压轴承可靠性试验台

技术领域

本发明属于机械零部件可靠性试验技术领域，尤其涉及一种模拟实际动、静态压力载荷并且能够在径向360°范围内加载的径向液体静压轴承可靠性试验台。

背景技术

随着机器向着高效、精密方向的发展，静压轴承因具有摩擦小、承载力大、精度高等优点，受到了越来越多的重视。静压轴承根据介质的不同分为液体静压轴承和气体静压轴承。液体静压轴承是依靠供给的压力油，在轴承间隙中形成压力油膜，使轴颈与轴承处于完全液体摩擦状态，其通常由供油系统、节流器和轴承三部分组成，其中径向液体静压轴承应用范围广泛，例如某些型号重型卧式车床床头箱内的机床主轴采用两个径向液体静压轴承支撑，用于承受径向切削力、主轴等机床零部件及工件的部分或全部惯性力。因此研究开发径向液体静压轴承可靠性试验台，通过可靠性试验暴露径向液体静压轴承的潜在故障和可靠性薄弱环节，提出并实施有针对性的改进措施以提高径向液体静压轴承可靠性水平，对于增加径向液体静压轴承相关零部件生产企业的效益以及提高采用径向液体静压轴承的产品的可靠性具有非常重要的实际意义。

径向液体静压轴承的工作状态受温度以及供油压力的影响较为严重。由于国内对径向液体静压轴承包括其供油系统的液压技术的研究起步较晚，因此目前国内还没有对径向液体静压轴承进行完整的可靠性研究，目前仅有的试验台也只是对采用径向液体静压轴承的产品进行惯性加载试验等，专门针对径向液体静压轴承的可靠性试验装置国内几乎处于空白。 本发明根据径向液体静压轴承只承受径向压力这一实际使用工况，提出了一种具有模拟实际动、静态压力载荷并且能够在径向360°范围内加载的径向液体静压轴承可靠性试验台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了目前可靠性试验装置不能够对径向液体静压轴承进行模拟实际工况的可靠性试验的问题。本发明提供了一种具有模拟实际动、静态压力载荷并且能够在径向360°范围内加载的径向液体静压轴承可靠性试验台。

本发明包括试验台支承、径向液体静压轴承辅助装置、Z正向加载装置、Z负向加载装置、Y正向加载装置、Y负向加载装置以及自动控制装置。

一、试验台支承

所述的试验台支承为地平铁，所述的地平铁水平放置，T型槽沿着X方向分布，用于支承固定布置在X方向的径向液体静压轴承辅助装置、布置在Y方向的Y正向加载装置、布置在Y方向的Y负向加载装置、布置在Z方向的Z正向加载装置、布置在Z方向的Z负向加载右立柱以及布置在Z方向的Z负向加载左立柱。

二、径向液体静压轴承辅助装置

所述的径向液体静压轴承辅助装置由支承立柱、滑动立柱、轴承座支承板、推力轴承底座、后径向液体静压轴承底座、主轴、伺服电机、伺服电机安装座、前端支承板、压力传感器、千分表、弹簧固定装置支承板、弹簧固定装置、加载单元、前径向液体静压轴承底座以及温度传感器组成。

所述的支承立柱的上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，支承立柱的下部分为长方形平板结构，平板的前后两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁上。所述的滑动立柱的结构与支承立柱相似，上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，侧面（靠近加载接头的侧面）有两道平行的T型槽，滑动立柱的下部分为长方形平板结构，平板的前后两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁上。所述的轴承座支承板为长方形平板结构，上表面有两道平行的T型槽，两侧各开有两个沉头孔，通过螺栓穿过沉头孔将两侧分别固定在支承立柱的顶面。

所述的推力轴承底座用于支承并定位主轴上的推力轴承从而实现对主轴的轴向定位，推力轴承底座底面两端各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔即可将推力轴承座固定在轴承座支承板上。所述的前端支承板为长方形平板结构，上表面有两道平行的T型槽，上表面的两端各开有两个沉头孔，通过四个螺栓穿过沉头孔将两端分别固定在支承立柱的顶面和滑动立柱的顶面。所述的伺服电机安装座整体为L形结构，其上部分平板有四个通孔用于固定伺服电机,四个通孔中间有一个电机轴孔。伺服电机安装座的上部分平板与底面平板连接处焊接有两个加强筋，伺服电机安装座的底面平板的上表面的两端各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔即可将伺服电机安装座固定在前端支承板上。伺服电机通过联轴器与主轴相连接，从而驱动主轴转动。

所述的压力传感器通过三通阀连接到径向液体静压轴承的每个进油口处，所需压力传感器的数量等于前径向液体静压轴承进油口数量m与后径向液体静压轴承进油口数量n之和，用于检测和监测径向液体静压轴承的供油压力。所述的温度传感器安装在前径向液体静压轴承底座上，同理在后径向液体静压轴承底座上同样安装温度传感器，用于检测和监测径向液体静压轴承的温度。所述的千分表分别安置于靠近前径向液体静压轴承底座的后方和后径向液体静压轴承底座的前方，用于检测和监测主轴的圆跳动。

所述的弹簧固定装置由上平板、下平板和两个相同的弹簧组成，上、下平板形状、大小尺寸相同且均为长方形结构件，上平板的下表面焊接有两个弯钩，下平板上表面同样焊接有两个弯钩，下平板两个弯钩的中间位置处有两个圆孔，将两个弹簧分别与上平板的一个弯钩和下平板相对应位置的一个弯钩相连接，即两个弹簧置于上、下平板中间，且垂直于平板表面。参阅图，所述的弹簧固定装置支承板整体成L形，上半部分为一长方形平板，平板的两侧各有两个圆孔，下半部分同样为一长方形平板，平板的两侧各有一个U形口，两个T型螺栓穿过U型口即可将弹簧固定支承板固定于滑动立柱有T型槽的侧面上，松开T型螺栓，弹簧固定支承板可以沿着滑动立柱的T型槽在Z方向上移动。

所述的加载单元由加载单元外壳、两个相同的轴承端盖、两个相同的深沟球轴承以及两个相同的密封圈组成。所述的加载单元外壳的主体为圆柱形，在其外圆面的前端轴线等高处两侧各焊接一个长方形平板。加载单元外壳有圆柱形空腔，且圆柱形空腔与加载单元外壳的外圆面同轴。所述的轴承端盖底面为圆盘形结构，内侧面有一圈凸起的边缘，轴承端盖底面的中心有一个通孔，轴承端盖的外围周向有六个等分布的通孔。深沟球轴承的内圈与主轴相配合并利用主轴的轴肩进行轴向定位，深沟球轴承外圈与加载单元外壳圆柱形空腔相配合，并利用轴承端盖内侧面一圈凸起的边缘对外圈进行定位。通过六个螺栓穿过轴承端盖周向的六个通孔将轴承端盖安装在加载单元外壳的两端，主轴穿过轴承端盖中间的通孔，两个密封圈分别安装在两个轴承端盖通孔的圆柱面上的密封槽中并与主轴相接触从而实现对深沟球轴承的密封。

加载单元两侧的长方形平板穿过弹簧固定装置，即两套弹簧固定装置的上平板分别与加载单元两侧的长方形平板相接触（弹簧固定装置上平板的X方向长度大于加载单元两侧的长方形平板X方向宽度），利用螺栓穿过弹簧固定装置下平板的两个圆孔与弹簧固定装置支承板上半部分一侧的两个圆孔从而将弹簧固定装置固定在弹簧固定装置支承板上，将弹簧固定装置支承板沿着滑动立柱的T型槽在Z方向上移动到合适位置并固定，实现对加载单元施加了一个预压力，从而实现在主轴旋转时加载单元随主轴的转动被有效限制，便于Y正向加载装置、Y负向加载装置、Z正向加载装置以及Z负向加载装置对其进行加载，并将加载的力传递到前、后径向液体静压轴承上。

三、Z正向加载装置

所述的Z正向加载装置由连接底座、固定底座、固定杆、电液伺服阀、伺服油缸、弹性装置、拉压力传感器、加载接头、连接杆、关节轴承底座、安装底座、加载底座以及位移传感器组成。

所述的伺服油缸选用单活塞或双活塞杆式液压油缸，本发明的实施例中以单活塞杆式伺服油缸为例，单活塞杆从伺服油缸的上端伸出，伺服油缸上表面中间开有四个螺纹孔，用于固定电液伺服阀。

所述的电液伺服阀通过四个螺栓安装在伺服油缸的上表面。

所述的连接底座为一长方形平板结构件，其上表面有两道平行的T型槽，两侧各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔可将连接底座固定在地平铁上。所述的固定底座整体为L形结构，上部分为长方形平板结构，平板上有四个圆孔成两行两列分布，下部分同样为长方形平板结构，平板两侧各有两个U形口，通过四个T型螺栓穿过U形口即可将固定底座固定在连接底座上，固定底座上部分长方形平板与下部分长方形平板连接处两侧各有两个加强筋。所述的安装底座为一长方形平板结构，其上有两道平行的T型槽，两道T型槽中间部分有四个沉头孔成两行两列分布，通过四个螺栓穿过沉头孔可将安装底座固定在固定底座上。

所述的加载底座 是由四块长方形钢板采用焊接而成的后端敞开的箱体式结构件，加载底座的底板上设置有四个通孔，用于安装四个T型螺栓，将加载底座固定在安装底座上，即固定在安装底座有T型槽的端面上，松开T型螺栓，加载底座可以沿着安装底座上的T型槽在单活塞杆移动方向进行移动，加载底座下壁板上有一通孔用于穿过固定杆。

所述的固定杆是一个阶梯轴，即其中间轴径大于两端轴径，固定杆的两端布有螺纹，一端与伺服油缸的下端面螺纹孔连接，一端穿过加载底座的下壁板通孔，并通过螺母拧紧固定。

所述的位移传感器外壳通过螺钉固定在伺服油缸的缸体上，其内芯与伺服油缸的活塞杆上端连接，当活塞杆移动时位移传感器的内芯也随着移动，实现位移的测量与反馈。

所述的弹性装置由下端连接板、上端连接板、两个结构相同的套筒、两个规格相同的螺栓和两个规格相同的螺母组成。其中，上端连接板与下端连接板结构相同，均为一个长方形平板，其中心位置处设置有螺纹通孔，螺纹通孔的两侧各有一个通孔，两个结构相同的套筒的外径大于下端连接板与上端连接板上两侧通孔的直径。两个规格相同的螺栓插入下端连接板与上端连接板两侧的通孔中，两个结构相同的套筒套装在下端连接板与上端连接板之间的两个螺栓上，最后再通过螺母将上端连接板、两个结构相同的套筒与下端连接板固定连接在一起。下端连接板上的螺纹孔与伺服油缸活塞杆的上端通过螺纹连接，上端连接板上的螺纹孔与双头螺柱的下端螺纹连接。弹性装置可以吸收部分位移但可以传递力。双头螺柱的上端与拉压力传感器（本发明以JHZTC、 柱筒型为例）螺纹连接，拉压力传感器的上端与另一双头螺柱的下端螺纹连接，该双头螺柱的上端螺纹与关节轴承底座下端螺纹连接。

所述的关节轴承底座为圆柱形结构件，其内腔同样为圆柱形结构并与外圆面同轴，且关节轴承底座上表面开口、下表面闭合，下表面有一螺纹孔。关节轴承底座的内腔与关节轴承外圈配合，关节轴承内圈与连接杆下端过盈配合。所述的连接杆为阶梯轴结构，即中间轴径大于两端轴径，下端轴肩处与关节轴承内圈相接触实现轴向定位，上端布有螺纹并且与加载接头螺纹连接。所述的加载接头的上端面为一圆弧面，圆弧表面附有一层高阻尼耐磨材料，圆弧半径与加载单元的加载单元外壳的半径相同从而保证加载时加载接头的圆弧面与加载单元充分接触，使得所加载的力穿过主轴的轴线，加载接头的下端为长方体结构，其下表面中间处有一螺纹孔。

所述的Z正向加载装置在对加载单元实施加载时，应尽量保证加载接头与加载单元充分接触并保证伺服油缸的活塞杆与连接杆同轴并与加载单元的轴线相交并且互相垂直，即与主轴的轴线相交并且互相垂直从而实现Z方向正向的加载。在Z正向加载装置不对加载单元进行加载时，加载接头脱离加载单元的距离为0.1mm至0.5mm之间的一个值。

四、Y正向加载装置和Y负向加载装置

所述的Y正向加载装置与Y负向加载装置的结构完全相同。Y正向加载装置由Y正向左立柱、Y正向加载支承座、Y正向右立柱、Y正向固定杆、Y正向电液伺服阀、Y正向伺服油缸、Y正向弹性装置、Y正向拉压力传感器、Y正向加载接头、Y正向连接杆、Y正向关节轴承底座、Y正向安装底座、Y正向加载底座以及Y正向位移传感器组成。

Y正向左立柱与Y负向加载装置的Y负向左立柱、Y正向加载支承座与Y负向加载装置的Y负向加载支承座、Y正向右立柱与Y负向加载装置的Y负向右立柱、Y正向固定杆与Y负向加载装置的Y负向固定杆、Y正向电液伺服阀与Y负向加载装置的Y负向电液伺服阀、Y正向伺服油缸与Y负向加载装置的Y负向伺服油缸、Y正向弹性装置与Y负向加载装置的Y负向弹性装置、Y正向拉压力传感器与Y负向加载装置的Y负向拉压力传感器、Y正向加载接头与Y负向加载装置的Y负向加载接头、Y正向连接杆与Y负向加载装置的Y负向连接杆、Y正向关节轴承底座与Y负向加载装置的Y负向关节轴承底座、Y正向安装底座与Y负向加载装置的Y负向安装底座、Y正向加载底座与Y负向加载装置的Y负向加载底座以及Y正向位移传感器与Y负向加载装置的Y负向位移传感器结构完全相同。

所述的Y负向加载装置由Y负向左立柱、Y负向加载支承座、Y负向右立柱、Y负向固定杆、Y负向电液伺服阀、Y负向伺服油缸、Y负向弹性装置、Y负向拉压力传感器、Y负向加载接头、Y负向连接杆、Y负向关节轴承底座、Y负向安装底座、Y负向加载底座以及Y负向位移传感器组成。

所述的Y负向左立柱上部分为长方体结构，右侧表面有两道平行的T型槽，Y负向左立柱下部分为一长方形平板，平板的左右两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁上。所述的Y负向右立柱上部分为长方体结构，左侧表面有两道平行的T型槽，Y负向右立柱下部分为长方形平板结构，平板的左右两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁上。参阅图，所述的Y负向加载支承座整体成工字形，其中间部分为长方形结构，且有四个圆孔成两行两列分布，用于固定Y负向安装底座，Y负向加载支承座的左侧面和右侧面均是长方形结构且上下两侧各有两个U形口，T型螺栓穿过U型口即可将Y负向加载支承座两侧分别固定在Y负向左立柱 和Y负向右立柱有T型槽的表面上，松开T型螺栓，Y负向加载支承座可以沿着Y负向左立柱 和Y负向右立柱的T型槽在Z方向上移动。

Y负向固定杆与Z正向加载装置的固定杆、Y负向电液伺服阀与Z正向加载装置的电液伺服阀、Y负向伺服油缸与Z正向加载装置的伺服油缸、Y负向弹性装置与Z正向加载装置的弹性装置、Y负向拉压力传感器与Z正向加载装置的拉压力传感器、Y负向加载接头与Z正向加载装置的加载接头、Y负向连接杆与Z正向加载装置的连接杆、Y负向关节轴承底座与Z正向加载装置的关节轴承底座、Y负向安装底座与Z正向加载装置的安装底座、Y负向加载底座与Z正向加载装置的加载底座以及Y负向位移传感器与Z正向加载装置的位移传感器结构完全相同。

所述的Y正向加载装置在对加载单元实施加载时，应尽量保证Y正向加载接头与加载单元充分接触并保证Y正向伺服油缸的活塞杆与Y正向连接杆同轴并与加载单元的轴线相交且相互垂直，即与主轴的轴线相交并且相互垂直从而实现Y方向正向的加载。在Y正向加载装置不对加载单元进行加载时，Y正向加载接头脱离加载单元的距离为0.1mm至0.5mm。

所述的Y负向加载装置在对加载单元实施加载时，应尽量保证Y负向加载接头与加载单元充分接触并保证Y负向伺服油缸的活塞杆与Y负向连接杆同轴并与加载单元的轴线相交且相互垂直，即与主轴的轴线相交且相互垂直从而实现Y方向负向的加载。在Y负向加载装置不对加载单元进行加载时，Y负向加载接头脱离加载单元的距离为0.1mm至0.5mm。

五、Z负向加载装置

所述的Z负向加载装置由Z负向加载右立柱、Z负向加载横梁、Z负向加载左立柱、Z负向固定底座、Z负向固定杆、Z负向电液伺服阀、Z负向伺服油缸、Z负向弹性装置、Z负向拉压力传感器、Z负向加载接头、Z负向连接杆、Z负向关节轴承底座、Z负向安装底座、Z负向加载底座以及Z负向位移传感器组成。

所述的Z负向加载右立柱上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，Z负向加载右立柱的下部分为长方形平板结构，平板前后两侧各有两个U形口，四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁上。所述的Z负向加载左立柱的结构与Z负向加载右立柱的结构完全相同。所述的Z负向加载横梁为长方形平板结构，平板下方有两道平行的T型槽，通过T型螺栓可以将Z负向固定座固定在Z负向加载横梁上，松开T型螺栓，Z负向固定底座可以沿着Z负向加载横梁的T型槽在Y方向移动，Z负向加载横梁的两侧各有两个沉头孔，通过四个螺栓即可将Z负向加载横梁的两端分别固定在Z负向加载右立柱和Z负向加载左立柱上。

Z负向固定底座与Z正向加载装置的固定底座、Z负向固定杆与Z正向加载装置的固定杆、Z负向电液伺服阀与Z正向加载装置的电液伺服阀、Z负向伺服油缸与Z正向加载装置的伺服油缸、Z负向弹性装置与Z正向加载装置的弹性装置、Z负向拉压力传感器与Z正向加载装置的拉压力传感器、Z负向加载接头与Z正向加载装置的加载接头、Z负向连接杆与Z正向加载装置的连接杆、Z负向关节轴承底座与Z正向加载装置的关节轴承底座、Z负向安装底座与Z正向加载装置的安装底座、Z负向加载底座与Z正向加载装置的加载底座以及Z负向位移传感器与Z正向加载装置的位移传感器结构完全相同。

所述的Z负向加载装置在对加载单元实施加载时，应尽量保证Z负向加载接头与加载单元充分接触并保证Z负向伺服油缸的活塞杆与Z负向连接杆同轴并与加载单元的轴线相交且相互垂直，即与主轴的轴线相交且相互垂直从而实现Z方向负向的加载。在Z负向加载装置不对加载单元进行加载时，Z负向加载接头脱离加载单元的距离为0.1mm至0.5mm。

Y正向加载装置、Z正向加载装置、Y负向加载装置以及Z负向加载装置对加载单元进行加载时，应尽可能使各装置所加载的力与主轴轴线交于一点，通过上述四个加载装置的不同组合，即可实现对径向液体静压轴承在径向360°范围内任意动、静态压力载荷的加载，从而达到既可以对径向液体静压轴承的一般性使用情况下的可靠性试验即在其径向360°范围内随机加载，也可以对径向液体静压轴承的特定使用情况下的可靠性试验即在其径向规定角度范围内加载。

六、自动控制装置

所述的自动控制装置包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、下位Y向伺服控制器（Y正向伺服控制器与Y负向伺服控制器各一套）、下位Z向伺服控制器（Z正向伺服控制器与Z负向伺服控制器各一套）、下位电机伺服控制器。

所述的可编程控制器PLC的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，可编程控制器PLC的输出端分别与冷却机和两个电磁换向阀连接，用于控制冷却机的启停、冷却水的温度等参数，为液压泵站提供冷却水，通过控制电磁换向阀来控制径向液体静压轴承供油系统的启停以及加载用液压泵站的启停从而实现给液压加载装置提供液压油。可编程控制器PLC的输入端口分别与温度传感器（两套）、压力传感器（m+n套，即前端径向液体静压轴承进油口数量m与后端径向液体静压轴承进油口数量n之和）以及径向液体静压轴承供油系统的输出端口电线连接，用于反馈温度参数、压力参数以及径向液体静压轴承供油系统的工作状态参数。

所述的Y向伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，Y向伺服控制器与上位工控机进行通讯，Y向伺服控制器的信号输出端与电液伺服阀即Y正向电液伺服阀和Y负向电液伺服阀的信号输入端电线连接，通过控制电液伺服阀实现加载油缸即Y正向伺服油缸和Y负向伺服油缸对加载单元进行动、静态压力载荷的加载，在加载过程中通过位移传感器即Y正向位移传感器和Y负向位移传感器与拉压力传感器即Y正向拉压力传感器和Y负向拉压力传感器将检测到的位移和压力信号经信号放大器传给Y向伺服控制器，实现闭环控制。

所述的Z向伺服控制器与Y向伺服控制器原理一样，上行方向通过RS-232C与上位工控机进行通讯，下行方向通过控制电液伺服阀即Z负向电液伺服阀和Z正向加载装置的电液伺服阀实现加载油缸即Z负向伺服油缸和Z正向加载装置的伺服油缸对加载单元进行动、静态压力载荷的加载，在加载过程中通过位移传感器即Z负向位移传感器和Z正向加载装置的位移传感器与拉压力传感器即Z负向拉压力传感器和Z正向加载装置的拉压力传感器31将检测到的位移和压力信号经信号放大器传给Z向伺服控制器，实现闭环控制。

所述的电机伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，电机伺服控制器的输出端与伺服电机的信号输入端电线连接，控制伺服电机的转速，同时伺服电机内部的编码器又将信号反馈给电机伺服控制器，实现闭环控制。

上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定伺服电机的转速、冷却机的温度参数，选定Y正方向、Y负方向、Z正方向、Z负方向加载的压力大小、频率、波形以及加载时间等（不需要加载的方向，上述相关参数设置为0即可）后，与下位可编程控制器PLC、两个Y向伺服控制器、 两个Z向伺服控制器以及电机伺服控制器通过RS-232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC先输出电流控制电磁换向阀动作启动径向液体静压轴承供油系统，再启动伺服电机，最后控制冷却机给加载用液压泵站冷却，再输出电流控制电磁换向阀动作，通过加载油缸即Y正向伺服油缸、Y负向伺服油缸、Z负向伺服油缸以及Z正向加载装置的伺服油缸对加载单元进行动、静态压力载荷的加载。 在上位工控机的控制界面上实时显示冷却机的温度参数、径向液体静压轴承进油口的压力、温度、供油系统的工作状态参数以及所加载的动、静态压力载荷参数，并记录千分表测出的主轴的圆跳动数值。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.  本发明采用四套液压加载装置对径向液体静压轴承进行模拟动、静态压力载荷并能够实现对其径向360°范围内加载，对被测的径向液体静压轴承进行模拟真实工况的可靠性试验，并进行实时的故障数据采集。为后期的可靠性评估、可靠性建模和可靠性预测提供实用的基础数据，大大缩短了数据采集时间。

2.  本发明既可以对径向液体静压轴承进行一般性的可靠性试验即在其径向360°范围内随机任意加载，也可以对径向液体静压轴承进行特定使用条件下的可靠性试验即在其径向规定的角度范围内加载，体现了本试验系统具有丰富的实用性功能。

3.  本发明采用了圆柱形加载单元并对其进行了柔性固定，从而实现了在主轴旋转状态下的加载并将所加载的载荷有效的传递到径向液体静压轴承上。

4.  本发明的加载单元放置在主轴的前、后径向液体静压轴承中间的位置，可以对被试验的前、后径向液体静压轴承做对比试验，对于新研发的径向液体静压轴承的性能测试有着重要的意义。

5、本发明采用Z正向加载装置、Z负向加载装置、Y正向加载、Y负向加载装置来实现动、静态压力载荷的模拟，并能够根据实际工况来调节四个方向所加载动态力的大小、频率以及试验时间。

6、本发明适应范围比较广，能够针对不同型号的径向液体静压轴承进行可靠性试验，只需更换前、后径向液体静压轴承底座、主轴、加载接头就可以对其进行可靠性加载试验与性能参数的检测与监测试验，体现了本试验系统的灵活性和通用性。

7、本发明中的自动控制装置可通过位移传感器和拉压力传感器对模拟的动、静态压力载荷实时监测，并实现实时监控和闭环控制及反馈，来提高模拟压力载荷的精度。同时将加载的动静态压力载荷参数显示在上位工控机的人机操作界面上。

8、本发明中自动控制装置是集于上位机统一控制，同时能够通过压力传感器和温度传感器实现对径向液体静压轴承进行状态监测与检测，并将千分表所测量的主轴圆跳动数值记录在控制系统的VB软件中。

附图说明

图1为本发明的轴测投影图。

图2为本发明的径向液体静压轴承辅助装置的轴测投影图。

图3为本发明的径向液体静压轴承辅助装置前端的局部放大图。

图4为本发明的弹簧固定装置支承板的轴测投影图。

图5为本发明的Z正向加载装置的轴测投影图。

图6为本发明的Y负向加载装置的轴测投影图。

图7为本发明的Y负向加载支承座的轴测投影图。

图8为本发明自动控制装置的结构原理框图。

图中： 1-Y正向加载装置，2-径向液体静压轴承辅助装置，3-Z正向加载装置，4-Y负向加载装置，5-地平铁，6-Z负向加载右立柱，7-Z负向加载横梁，8-Z负向加载左立柱，9-支承立柱，10-滑动立柱，11-轴承座支承板，12-推力轴承底座，13-后径向液体静压轴承底座，14-主轴，15-伺服电机，16-伺服电机安装座，17-前端支承板，18-压力传感器，19-千分表，20-弹簧固定装置支承板，21-弹簧固定装置，22-加载单元，23-前径向液体静压轴承底座，24- 温度传感器，25-连接底座，26-固定底座，27-固定杆，28-电液伺服阀，29-伺服油缸，30-弹性装置，31-拉压力传感器，32-加载接头，33-连接杆，34-关节轴承底座，35-安装底座，36-加载底座，37-位移传感器，38-Y负向左立柱，39-Y负向加载支承座，40-Y负向右立柱。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明包括试验台支承、径向液体静压轴承辅助装置、Z正向加载装置、Z负向加载装置、Y正向加载装置、Y负向加载装置以及自动控制装置；

本发明所述的X、Y、Z正负方向参见图1坐标系所示，坐标系中箭头所指的方向为相应坐标轴的正向，反之为负向。

一、试验台支承

参阅图1所示，所述的试验台支承为地平铁5，所述的地平铁5水平放置，T型槽沿着X方向分布，用于支承固定布置在X方向的径向液体静压轴承辅助装置2、布置在Y方向的Y正向加载装置1、布置在Y方向的Y负向加载装置4、布置在Z方向的Z正向加载装置3、布置在Z方向的Z负向加载右立柱6以及布置在Z方向的Z负向加载左立柱8。

二、径向液体静压轴承辅助装置

参阅图1、图2和图3所示，所述的径向液体静压轴承辅助装置2由支承立柱9、滑动立柱10、轴承座支承板11、推力轴承底座12、后径向液体静压轴承底座13、主轴14、伺服电机15、伺服电机安装座16、前端支承板17、压力传感器18、千分表19、弹簧固定装置支承板20、弹簧固定装置21、加载单元22、前径向液体静压轴承底座23以及温度传感器24组成。

参阅图2所示，所述的支承立柱9的上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，支承立柱9的下部分为长方形平板结构，平板的前后两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁5上。所述的滑动立柱10的结构与支承立柱9相似，上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，侧面（靠近加载接头22的侧面）有两道平行的T型槽，滑动立柱10的下部分为长方形平板结构，平板的前后两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁5上。所述的轴承座支承板11为长方形平板结构，上表面有两道平行的T型槽，两侧各开有两个沉头孔，通过螺栓穿过沉头孔将两侧分别固定在支承立柱9的顶面。

所述的推力轴承底座12用于支承并定位主轴上的推力轴承从而实现对主轴的轴向定位，推力轴承底座12底面两端各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔即可将推力轴承座12固定在轴承座支承板11上。所述的前端支承板17为长方形平板结构，上表面有两道平行的T型槽，上表面的两端各开有两个沉头孔，通过四个螺栓穿过沉头孔将两端分别固定在支承立柱9的顶面和滑动立柱10的顶面。所述的伺服电机安装座16整体为L形结构，其上部分平板有四个通孔用于固定伺服电机15,四个通孔中间有一个电机轴孔。伺服电机安装座16的上部分平板与底面平板连接处焊接有两个加强筋，伺服电机安装座16的底面平板的上表面的两端各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔即可将伺服电机安装座16固定在前端支承板17上。伺服电机15通过联轴器与主轴14相连接，从而驱动主轴14转动。

所述的压力传感器18（本发明以宜科电子有限公司的PS604型压力传感器为例）通过三通阀连接到径向液体静压轴承的每个进油口处，所需压力传感器18的数量等于前径向液体静压轴承进油口数量m与后径向液体静压轴承进油口数量n之和，用于检测和监测径向液体静压轴承的供油压力。所述的温度传感器24（本发明以WZP201型温度传感器为例）安装在前径向液体静压轴承底座23上，同理在后径向液体静压轴承底座13上同样安装温度传感器24，用于检测和监测径向液体静压轴承的温度。所述的千分表19（本发明以三丰2046S型为例）分别安置于靠近前径向液体静压轴承底座23的后方和后径向液体静压轴承底座13的前方，用于检测和监测主轴14的圆跳动。

所述的弹簧固定装置21由上平板、下平板和两个相同的弹簧组成，上、下平板形状、大小尺寸相同且均为长方形结构件，上平板的下表面焊接有两个弯钩，下平板上表面同样焊接有两个弯钩，下平板两个弯钩的中间位置处有两个圆孔，将两个弹簧分别与上平板的一个弯钩和下平板相对应位置的一个弯钩相连接，即两个弹簧置于上、下平板中间，且垂直于平板表面。参阅图4，所述的弹簧固定装置支承板20整体成L形，上半部分为一长方形平板，平板的两侧各有两个圆孔，下半部分同样为一长方形平板，平板的两侧各有一个U形口，两个T型螺栓穿过U型口即可将弹簧固定支承板20固定于滑动立柱10有T型槽的侧面上，松开T型螺栓，弹簧固定支承板20可以沿着滑动立柱10的T型槽在Z方向上移动。

所述的加载单元22由加载单元外壳、两个相同的轴承端盖、两个相同的深沟球轴承以及两个相同的密封圈组成。所述的加载单元外壳的主体为圆柱形，在其外圆面的前端轴线等高处两侧各焊接一个长方形平板。加载单元外壳有圆柱形空腔，且圆柱形空腔与加载单元外壳的外圆面同轴。所述的轴承端盖底面为圆盘形结构，内侧面有一圈凸起的边缘，轴承端盖底面的中心有一个通孔，轴承端盖的外围周向有六个等分布的通孔。深沟球轴承的内圈与主轴14相配合并利用主轴14的轴肩进行轴向定位，深沟球轴承外圈与加载单元外壳圆柱形空腔相配合，并利用轴承端盖内侧面一圈凸起的边缘对外圈进行定位。通过六个螺栓穿过轴承端盖周向的六个通孔将轴承端盖安装在加载单元外壳的两端，主轴14穿过轴承端盖中间的通孔，两个密封圈分别安装在两个轴承端盖通孔的圆柱面上的密封槽中并与主轴14相接触从而实现对深沟球轴承的密封。

加载单元22两侧的长方形平板穿过弹簧固定装置21，即两套弹簧固定装置21的上平板分别与加载单元22两侧的长方形平板相接触（弹簧固定装置21上平板的X方向长度大于加载单元22两侧的长方形平板X方向宽度），利用螺栓穿过弹簧固定装置21下平板的两个圆孔与弹簧固定装置支承板20上半部分一侧的两个圆孔从而将弹簧固定装置21固定在弹簧固定装置支承板20上，将弹簧固定装置支承板20沿着滑动立柱10的T型槽在Z方向上移动到合适位置并固定，实现对加载单元22施加了一个预压力，从而实现在主轴14旋转时加载单元22随主轴14的转动被有效限制，便于Y正向加载装置1、Y负向加载装置4、Z正向加载装置3以及Z负向加载装置对其进行加载，并将加载的力传递到前、后径向液体静压轴承上。

三、Z正向加载装置

参阅图1和图5所示，所述的Z正向加载装置3由连接底座25、固定底座26、固定杆27、电液伺服阀28、伺服油缸29、弹性装置30、拉压力传感器31、加载接头32、连接杆33、关节轴承底座34、安装底座35、加载底座36以及位移传感器37组成。

所述的伺服油缸29选用单活塞或双活塞杆式液压油缸，本发明的实施例中以单活塞杆式伺服油缸为例，单活塞杆从伺服油缸29的上端伸出，伺服油缸29上表面中间开有四个螺纹孔，用于固定电液伺服阀28。

所述的电液伺服阀28（本发明以美国MOOG公司的G761-3005B型伺服阀为例）通过四个螺栓安装在伺服油缸29的上表面。

所述的连接底座25为一长方形平板结构件，其上表面有两道平行的T型槽，两侧各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔可将连接底座25固定在地平铁5上。所述的固定底座26整体为L形结构，上部分为长方形平板结构，平板上有四个圆孔成两行两列分布，下部分同样为长方形平板结构，平板两侧各有两个U形口，通过四个T型螺栓穿过U形口即可将固定底座26固定在连接底座25上，固定底座26上部分长方形平板与下部分长方形平板连接处两侧各有两个加强筋。所述的安装底座35为一长方形平板结构，其上有两道平行的T型槽，两道T型槽中间部分有四个沉头孔成两行两列分布，通过四个螺栓穿过沉头孔可将安装底座35固定在固定底座26上。

所述的加载底座36 是由四块长方形钢板（即左壁板、右壁板、下壁板与底板）采用焊接而成的后端敞开的箱体式结构件，加载底座36的底板上设置有四个通孔，用于安装四个T型螺栓，将加载底座36固定在安装底座35上，即固定在安装底座35有T型槽的端面上，松开T型螺栓，加载底座36可以沿着安装底座35上的T型槽在单活塞杆移动方向进行移动，加载底座36下壁板上有一通孔用于穿过固定杆27。

所述的固定杆27是一个阶梯轴，即其中间轴径大于两端轴径，固定杆27的两端布有螺纹，一端与伺服油缸29的下端面螺纹孔连接，一端穿过加载底座36的下壁板通孔，并通过螺母拧紧固定。

所述的位移传感器37（本发明以LVDT型位移传感器为例）外壳通过螺钉固定在伺服油缸29的缸体上，其内芯与伺服油缸29的活塞杆上端连接，当活塞杆移动时位移传感器37的内芯也随着移动，实现位移的测量与反馈。

所述的弹性装置30由下端连接板、上端连接板、两个结构相同的套筒、两个规格相同的螺栓和两个规格相同的螺母组成。其中，上端连接板与下端连接板结构相同，均为一个长方形平板，其中心位置处设置有螺纹通孔，螺纹通孔的两侧各有一个通孔，两个结构相同的套筒的外径大于下端连接板与上端连接板上两侧通孔的直径。两个规格相同的螺栓插入下端连接板与上端连接板两侧的通孔中，两个结构相同的套筒套装在下端连接板与上端连接板之间的两个螺栓上，最后再通过螺母将上端连接板、两个结构相同的套筒与下端连接板固定连接在一起。下端连接板上的螺纹孔与伺服油缸29活塞杆的上端通过螺纹连接，上端连接板上的螺纹孔与双头螺柱的下端螺纹连接。弹性装置30可以吸收部分位移但可以传递力（弹性装置的固有频率应大于加载激振频率二倍以上）。双头螺柱的上端与拉压力传感器31（本发明以JHZTC1、2 柱筒型为例）螺纹连接，拉压力传感器31的上端与另一双头螺柱的下端螺纹连接，该双头螺柱的上端螺纹与关节轴承底座34下端螺纹连接。

所述的关节轴承底座34为圆柱形结构件，其内腔同样为圆柱形结构并与外圆面同轴，且关节轴承底座34上表面开口、下表面闭合，下表面有一螺纹孔。关节轴承底座34的内腔与关节轴承外圈配合，关节轴承内圈与连接杆33下端过盈配合。所述的连接杆33为阶梯轴结构，即中间轴径大于两端轴径，下端轴肩处与关节轴承内圈相接触实现轴向定位，上端布有螺纹并且与加载接头32螺纹连接。所述的加载接头32的上端面为一圆弧面，圆弧表面附有一层高阻尼耐磨材料，圆弧半径与加载单元22的加载单元外壳的半径相同从而保证加载时加载接头32的圆弧面与加载单元22充分接触，使得所加载的力穿过主轴14的轴线，加载接头32的下端为长方体结构，其下表面中间处有一螺纹孔。

所述的Z正向加载装置3在对加载单元22实施加载时，应尽量保证加载接头32与加载单元22充分接触并保证伺服油缸29的活塞杆与连接杆33同轴并与加载单元22的轴线相交并且互相垂直，即与主轴14的轴线相交并且互相垂直从而实现Z方向正向的加载。在Z正向加载装置3不对加载单元22进行加载时，加载接头32脱离加载单元22的距离为0.1mm至0.5mm之间的一个值。

四、Y正向加载装置和Y负向加载装置

参阅图1和图6所示，所述的Y正向加载装置1与Y负向加载装置4的结构完全相同。Y正向加载装置1由Y正向左立柱、Y正向加载支承座、Y正向右立柱、Y正向固定杆、Y正向电液伺服阀、Y正向伺服油缸、Y正向弹性装置、Y正向拉压力传感器、Y正向加载接头、Y正向连接杆、Y正向关节轴承底座、Y正向安装底座、Y正向加载底座以及Y正向位移传感器组成。

Y正向左立柱与Y负向加载装置4的Y负向左立柱38、Y正向加载支承座与Y负向加载装置4的Y负向加载支承座39、Y正向右立柱与Y负向加载装置4的Y负向右立柱40、Y正向固定杆与Y负向加载装置4的Y负向固定杆、Y正向电液伺服阀与Y负向加载装置4的Y负向电液伺服阀、Y正向伺服油缸与Y负向加载装置4的Y负向伺服油缸、Y正向弹性装置与Y负向加载装置4的Y负向弹性装置、Y正向拉压力传感器与Y负向加载装置4的Y负向拉压力传感器、Y正向加载接头与Y负向加载装置4的Y负向加载接头、Y正向连接杆与Y负向加载装置4的Y负向连接杆、Y正向关节轴承底座与Y负向加载装置4的Y负向关节轴承底座、Y正向安装底座与Y负向加载装置4的Y负向安装底座、Y正向加载底座与Y负向加载装置4的Y负向加载底座以及Y正向位移传感器与Y负向加载装置4的Y负向位移传感器结构完全相同。

所述的Y负向加载装置4由Y负向左立柱38、Y负向加载支承座39、Y负向右立柱40、Y负向固定杆、Y负向电液伺服阀、Y负向伺服油缸、Y负向弹性装置、Y负向拉压力传感器、Y负向加载接头、Y负向连接杆、Y负向关节轴承底座、Y负向安装底座、Y负向加载底座以及Y负向位移传感器组成。

所述的Y负向左立柱38上部分为长方体结构，右侧表面有两道平行的T型槽，Y负向左立柱38下部分为一长方形平板，平板的左右两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁5上。所述的Y负向右立柱40上部分为长方体结构，左侧表面有两道平行的T型槽，Y负向右立柱40下部分为长方形平板结构，平板的左右两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁5上。参阅图7，所述的Y负向加载支承座39整体成工字形，其中间部分为长方形结构，且有四个圆孔成两行两列分布，用于固定Y负向安装底座，Y负向加载支承座39的左侧面和右侧面均是长方形结构且上下两侧各有两个U形口，T型螺栓穿过U型口即可将Y负向加载支承座39两侧分别固定在Y负向左立柱38 和Y负向右立柱40有T型槽的表面上，松开T型螺栓，Y负向加载支承座39可以沿着Y负向左立柱38 和Y负向右立柱40的T型槽在Z方向上移动。

Y负向固定杆与Z正向加载装置3的固定杆27、Y负向电液伺服阀与Z正向加载装置3的电液伺服阀28、Y负向伺服油缸与Z正向加载装置3的伺服油缸29、Y负向弹性装置与Z正向加载装置3的弹性装置30、Y负向拉压力传感器与Z正向加载装置3的拉压力传感器31、Y负向加载接头与Z正向加载装置3的加载接头32、Y负向连接杆与Z正向加载装置3的连接杆33、Y负向关节轴承底座与Z正向加载装置3的关节轴承底座34、Y负向安装底座与Z正向加载装置3的安装底座35、Y负向加载底座与Z正向加载装置3的加载底座36以及Y负向位移传感器与Z正向加载装置3的位移传感器37结构完全相同。

所述的Y正向加载装置1在对加载单元22实施加载时，应尽量保证Y正向加载接头与加载单元22充分接触并保证Y正向伺服油缸的活塞杆与Y正向连接杆同轴并与加载单元22的轴线相交且相互垂直，即与主轴14的轴线相交并且相互垂直从而实现Y方向正向的加载。在Y正向加载装置1不对加载单元22进行加载时，Y正向加载接头脱离加载单元22的距离为0.1mm至0.5mm。

所述的Y负向加载装置4在对加载单元22实施加载时，应尽量保证Y负向加载接头与加载单元22充分接触并保证Y负向伺服油缸的活塞杆与Y负向连接杆同轴并与加载单元22的轴线相交且相互垂直，即与主轴14的轴线相交且相互垂直从而实现Y方向负向的加载。在Y负向加载装置4不对加载单元22进行加载时，Y负向加载接头脱离加载单元22的距离为0.1mm至0.5mm。

五、Z负向加载装置

参阅图1所示，所述的Z负向加载装置由Z负向加载右立柱6、Z负向加载横梁7、Z负向加载左立柱8、Z负向固定底座、Z负向固定杆、Z负向电液伺服阀、Z负向伺服油缸、Z负向弹性装置、Z负向拉压力传感器、Z负向加载接头、Z负向连接杆、Z负向关节轴承底座、Z负向安装底座、Z负向加载底座以及Z负向位移传感器组成。

所述的Z负向加载右立柱6上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，Z负向加载右立柱6的下部分为长方形平板结构，平板前后两侧各有两个U形口，四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁5上。所述的Z负向加载左立柱8的结构与Z负向加载右立柱6的结构完全相同。所述的Z负向加载横梁7为长方形平板结构，平板下方有两道平行的T型槽，通过T型螺栓可以将Z负向固定座固定在Z负向加载横梁7上，松开T型螺栓，Z负向固定底座可以沿着Z负向加载横梁7的T型槽在Y方向移动，Z负向加载横梁7的两侧各有两个沉头孔，通过四个螺栓即可将Z负向加载横梁7的两端分别固定在Z负向加载右立柱6和Z负向加载左立柱8上。

Z负向固定底座与Z正向加载装置3的固定底座26、Z负向固定杆与Z正向加载装置3的固定杆27、Z负向电液伺服阀与Z正向加载装置3的电液伺服阀28、Z负向伺服油缸与Z正向加载装置3的伺服油缸29、Z负向弹性装置与Z正向加载装置3的弹性装置30、Z负向拉压力传感器与Z正向加载装置3的拉压力传感器31、Z负向加载接头与Z正向加载装置3的加载接头32、Z负向连接杆与Z正向加载装置3的连接杆33、Z负向关节轴承底座与Z正向加载装置3的关节轴承底座34、Z负向安装底座与Z正向加载装置3的安装底座35、Z负向加载底座与Z正向加载装置3的加载底座36以及Z负向位移传感器与Z正向加载装置3的位移传感器37结构完全相同。

所述的Z负向加载装置在对加载单元22实施加载时，应尽量保证Z负向加载接头与加载单元22充分接触并保证Z负向伺服油缸的活塞杆与Z负向连接杆同轴并与加载单元22的轴线相交且相互垂直，即与主轴14的轴线相交且相互垂直从而实现Z方向负向的加载。在Z负向加载装置不对加载单元22进行加载时，Z负向加载接头脱离加载单元22的距离为0.1mm至0.5mm。

Y正向加载装置1、Z正向加载装置3、Y负向加载装置4以及Z负向加载装置对加载单元22进行加载时，应尽可能使各装置所加载的力与主轴轴线交于一点，通过上述四个加载装置的不同组合，即可实现对径向液体静压轴承在径向360°范围内任意动、静态压力载荷的加载，从而达到既可以对径向液体静压轴承的一般性使用情况下的可靠性试验即在其径向360°范围内随机加载，也可以对径向液体静压轴承的特定使用情况下的可靠性试验即在其径向规定角度范围内加载。

六、自动控制装置

参阅图8所示，所述的自动控制装置包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、下位Y向伺服控制器（Y正向伺服控制器与Y负向伺服控制器各一套）、下位Z向伺服控制器（Z正向伺服控制器与Z负向伺服控制器各一套）、下位电机伺服控制器。

所述的可编程控制器PLC的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，可编程控制器PLC的输出端分别与冷却机和两个电磁换向阀连接，用于控制冷却机的启停、冷却水的温度等参数，为液压泵站提供冷却水，通过控制电磁换向阀来控制径向液体静压轴承供油系统的启停以及加载用液压泵站的启停从而实现给液压加载装置提供液压油。可编程控制器PLC的输入端口分别与温度传感器24（两套）、压力传感器18（m+n套，即前端径向液体静压轴承进油口数量m与后端径向液体静压轴承进油口数量n之和）以及径向液体静压轴承供油系统的输出端口电线连接，用于反馈温度参数、压力参数以及径向液体静压轴承供油系统的工作状态参数。

所述的Y向伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，Y向伺服控制器与上位工控机进行通讯，Y向伺服控制器的信号输出端与电液伺服阀即Y正向电液伺服阀和Y负向电液伺服阀的信号输入端电线连接，通过控制电液伺服阀实现加载油缸即Y正向伺服油缸和Y负向伺服油缸对加载单元22进行动、静态压力载荷的加载，在加载过程中通过位移传感器即Y正向位移传感器和Y负向位移传感器与拉压力传感器即Y正向拉压力传感器和Y负向拉压力传感器将检测到的位移和压力信号经信号放大器传给Y向伺服控制器，实现闭环控制。

所述的Z向伺服控制器与Y向伺服控制器原理一样，上行方向通过RS-232C与上位工控机进行通讯，下行方向通过控制电液伺服阀即Z负向电液伺服阀和Z正向加载装置3的电液伺服阀28实现加载油缸即Z负向伺服油缸和Z正向加载装置3的伺服油缸29对加载单元22进行动、静态压力载荷的加载，在加载过程中通过位移传感器即Z负向位移传感器和Z正向加载装置3的位移传感器37与拉压力传感器即Z负向拉压力传感器和Z正向加载装置3的拉压力传感器31将检测到的位移和压力信号经信号放大器传给Z向伺服控制器，实现闭环控制。

所述的电机伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，电机伺服控制器的输出端与伺服电机15的信号输入端电线连接，控制伺服电机15的转速，同时伺服电机15内部的编码器又将信号反馈给电机伺服控制器，实现闭环控制。

上位工控机控制界面是由VB编制，在控制界面上选定伺服电机15的转速、冷却机的温度参数，选定Y正方向、Y负方向、Z正方向、Z负方向加载的压力大小、频率、波形以及加载时间等（不需要加载的方向，上述相关参数设置为0即可）后，与下位可编程控制器PLC、两个Y向伺服控制器、  两个Z向伺服控制器以及电机伺服控制器通过RS-232C进行串口通讯，下位可编程控制器PLC先输出电流控制电磁换向阀动作启动径向液体静压轴承供油系统，再启动伺服电机15，最后控制冷却机给加载用液压泵站冷却，再输出电流控制电磁换向阀动作，通过加载油缸即Y正向伺服油缸、Y负向伺服油缸、Z负向伺服油缸以及Z正向加载装置3的伺服油缸29对加载单元22进行动、静态压力载荷的加载。 在上位工控机的控制界面上实时显示冷却机的温度参数、径向液体静压轴承进油口的压力、温度、供油系统的工作状态参数以及所加载的动、静态压力载荷参数，并记录千分表19测出的主轴14的圆跳动数值。

本发明中所述的实施案例是为了便于该技术领域的技术人员能够理解和应用本发明，本发明只是一种优化的实施案例或较佳的技术方案，故本发明不限于实施这一种比较具体技术方案的描述。如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改例如将加载装置换成音圈电机和激振器等都在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种径向液体静压轴承可靠性试验台，其特征在于：其包括试验台支承、径向液体静压轴承辅助装置、Z正向加载装置、Z负向加载装置、Y正向加载装置、Y负向加载装置以及自动控制装置；

所述的试验台支承为地平铁（5），所述的地平铁（5）水平放置，T型槽沿着X方向分布，用于支承固定布置在X方向的径向液体静压轴承辅助装置（2）、布置在Y方向的Y正向加载装置（1）、布置在Y方向的Y负向加载装置（4）、布置在Z方向的Z正向加载装置（3）、布置在Z方向的Z负向加载右立柱（6）以及布置在Z方向的Z负向加载左立柱（8）；

所述的径向液体静压轴承辅助装置（2）是由支承立柱（9）、滑动立柱（10）、轴承座支承板（11）、推力轴承底座（12）、后径向液体静压轴承底座（13）、主轴（14）、伺服电机（15）、伺服电机安装座（16）、前端支承板（17）、压力传感器（18）、千分表（19）、弹簧固定装置支承板（20）、弹簧固定装置（21）、加载单元（22）、前径向液体静压轴承底座（23）以及温度传感器（24）组成；

所述的支承立柱（9）的上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，支承立柱（9）的下部分为长方形平板结构，平板的前后两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口将其固定在地平铁（5）上；所述的滑动立柱（10）上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，侧面即靠近加载单元（22）的一侧有两道平行的T型槽，滑动立柱（10）的下部分为长方形平板结构，平板的前后两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口将其固定在地平铁（5）上；所述的轴承座支承板（11）为长方形平板结构，上表面有两道平行的T型槽，两侧各开有两个沉头孔，通过螺栓穿过沉头孔将两侧分别固定在支承立柱（9）的顶面；

推力轴承底座（12）底面两端各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔将推力轴承座（12）固定在轴承座支承板（11）上；所述的前端支承板（17）为长方形平板结构，上表面有两道平行的T型槽，上表面的两端各开有两个沉头孔，通过四个螺栓穿过沉头孔将两端分别固定在支承立柱（9）的顶面和滑动立柱（10）的顶面；所述的伺服电机安装座（16）整体为L形结构，四个螺栓穿过L形结构上部分平板的四个通孔将伺服电机（15）固定在伺服电机安装座（16）上,四个通孔中间有一个电机轴孔；伺服电机安装座（16）的上部分平板与底面平板连接处焊接有两个加强筋，伺服电机安装座（16）的底面平板的上表面的两端各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔将伺服电机安装座（16）固定在前端支承板（17）上；伺服电机（15）通过联轴器与主轴（14）相连接，从而驱动主轴（14）转动；

所述的压力传感器（18）通过三通阀连接到径向液体静压轴承的每个进油口处；所述的温度传感器（24）安装在前径向液体静压轴承底座（23）上，同理在后径向液体静压轴承底座（13）上安装温度传感器（24）；所述的千分表（19）分别安置于靠近前径向液体静压轴承底座（23）的后方和后径向液体静压轴承底座（13）的前方；

所述的弹簧固定装置（21）由上平板、下平板和两个相同的弹簧组成，上平板与下平板的形状、大小尺寸相同且均为长方形结构件，上平板的下表面焊接有两个弯钩，下平板上表面同样焊接有两个弯钩，下平板两个弯钩的中间位置处有两个圆孔，将两个弹簧分别与上平板的一个弯钩和下平板相对应位置的一个弯钩相连接，即两个弹簧置于上、下平板中间，且垂直于平板表面；所述的弹簧固定装置支承板（20）整体成L形，上半部分为一长方形平板，平板的两侧各有两个圆孔，下半部分同样为一长方形平板，平板的两侧各有一个U形口，两个T型螺栓穿过U型口将弹簧固定支承板（20）固定于滑动立柱（10）有T型槽的侧面上；

加载单元（22）两侧的长方形平板穿过弹簧固定装置（21），即两套弹簧固定装置（21）的上平板分别与加载单元（22）两侧的长方形平板相接触，螺栓穿过弹簧固定装置（21）下平板的两个圆孔与弹簧固定装置支承板（20）上半部分一侧的两个圆孔从而将弹簧固定装置（21）固定在弹簧固定装置支承板（20）上，弹簧固定装置支承板（20）固定在滑动立柱（10）的T型槽上；

所述的Z正向加载装置（3）由连接底座（25）、固定底座（26）、固定杆（27）、电液伺服阀（28）、伺服油缸（29）、弹性装置（30）、拉压力传感器（31）、加载接头（32）、连接杆（33）、关节轴承底座（34）、安装底座（35）、加载底座（36）以及位移传感器（37）组成；所述的伺服油缸（29）选用单活塞或双活塞杆式液压油缸，电液伺服阀（28）通过四个螺栓固定在伺服油缸（29）的上表面；所述的连接底座（25）为一长方形平板结构件，其上表面有两道平行的T型槽，两侧各有两个通孔，四个T型螺栓穿过通孔将连接底座（25）固定在地平铁（5）上；所述的固定底座（26）整体为L形结构，上部分为长方形平板结构，平板上有四个圆孔成两行两列分布，下部分同样为长方形平板结构，平板两侧各有两个U形口，通过T型螺栓穿过U型口将固定底座（26）固定在连接底座（25）上，固定底座（26）上部分长方形平板与下部分长方形平板连接处两侧各有两个加强筋；所述的安装底座（35）为一长方形平板结构，其上有两道平行的T型槽，两道T型槽中间部分有四个沉头孔成两行两列分布，通过四个螺栓穿过沉头孔将安装底座（35）固定在固定底座（26）上；所述的加载底座（36） 是由四块长方形钢板采用焊接而成的后端敞开的箱体式结构件，加载底座（36）的底板上设置有四个通孔，通过四个T型螺栓将加载底座（36）固定在安装底座（35）上；所述的固定杆（27）是一个阶梯轴，固定杆（27）的两端布有螺纹，一端与伺服油缸（29）的下端面螺纹孔连接，一端穿过加载底座（36）的下壁板通孔，并通过螺母拧紧固定；所述的位移传感器（37）外壳通过螺钉固定在伺服油缸（29）的缸体上，其内芯与伺服油缸（29）的活塞杆上端连接；所述的弹性装置（30）由下端连接板、上端连接板、两个结构相同的套筒、两个规格相同的螺栓和两个规格相同的螺母组成；其中，上端连接板与下端连接板结构相同，均为一个长方形平板，其中心位置处设置有螺纹通孔，螺纹通孔的两侧各有一个通孔，两个结构相同的套筒的外径大于下端连接板与上端连接板上两侧通孔的直径；两个规格相同的螺栓插入下端连接板与上端连接板两侧的通孔中，两个结构相同的套筒套装在下端连接板与上端连接板之间的两个螺栓上，最后再通过螺母将上端连接板、两个结构相同的套筒与下端连接板固定连接在一起；下端连接板上的螺纹孔与伺服油缸（29）活塞杆的上端通过螺纹连接，上端连接板上的螺纹孔与双头螺柱的下端螺纹连接；双头螺柱的上端与拉压力传感器（31）螺纹连接，拉压力传感器（31）的上端与另一双头螺柱的下端螺纹连接，该双头螺柱的上端螺纹与关节轴承底座（34）下端螺纹连接；所述的关节轴承底座（34）为圆柱形结构件，其内腔同样为圆柱形结构并与外圆面同轴，且关节轴承底座（34）上表面开口、下表面闭合，下表面有一螺纹孔；关节轴承底座（34）的内腔与关节轴承外圈配合，关节轴承内圈与连接杆（33）下端过盈配合；所述的连接杆（33）为阶梯轴结构，即中间轴径大于两端轴径，下端轴肩处与关节轴承内圈相接触，上端布有螺纹并且与加载接头（32）螺纹连接；所述的加载接头（32）的上端面为一圆弧面，圆弧表面附有一层高阻尼耐磨材料，圆弧半径与加载单元（22）的加载单元外壳的半径相同，加载接头（32）的下端为长方体结构，其下表面中间处有一螺纹孔；

所述的Y正向加载装置（1）与Y负向加载装置（4）的结构完全相同；Y正向加载装置（1）由Y正向左立柱、Y正向加载支承座、Y正向右立柱、Y正向固定杆、Y正向电液伺服阀、Y正向伺服油缸、Y正向弹性装置、Y正向拉压力传感器、Y正向加载接头、Y正向连接杆、Y正向关节轴承底座、Y正向安装底座、Y正向加载底座以及Y正向位移传感器组成；Y正向左立柱与Y负向加载装置（4）的Y负向左立柱（38）结构完全相同、Y正向加载支承座与Y负向加载装置（4）的Y负向加载支承座（39）结构完全相同、Y正向右立柱与Y负向加载装置（4）的Y负向右立柱（40）结构完全相同、Y正向固定杆与Y负向加载装置（4）的Y负向固定杆结构完全相同、Y正向电液伺服阀与Y负向加载装置（4）的Y负向电液伺服阀结构完全相同、Y正向伺服油缸与Y负向加载装置（4）的Y负向伺服油缸结构完全相同、Y正向弹性装置与Y负向加载装置（4）的Y负向弹性装置结构完全相同、Y正向拉压力传感器与Y负向加载装置（4）的Y负向拉压力传感器结构完全相同、Y正向加载接头与Y负向加载装置（4）的Y负向加载接头结构完全相同、Y正向连接杆与Y负向加载装置（4）的Y负向连接杆结构完全相同、Y正向关节轴承底座与Y负向加载装置（4）的Y负向关节轴承底座结构完全相同、Y正向安装底座与Y负向加载装置（4）的Y负向安装底座结构完全相同、Y正向加载底座与Y负向加载装置（4）的Y负向加载底座结构完全相同、Y正向位移传感器与Y负向加载装置（4）的Y负向位移传感器结构完全相同；所述的Y负向加载装置（4）由Y负向左立柱（38）、Y负向加载支承座（39）、Y负向右立柱（40）、Y负向固定杆、Y负向电液伺服阀、Y负向伺服油缸、Y负向弹性装置、Y负向拉压力传感器、Y负向加载接头、Y负向连接杆、Y负向关节轴承底座、Y负向安装底座、Y负向加载底座以及Y负向位移传感器组成；所述的Y负向左立柱（38）上部分为长方体结构，右侧表面有两道平行的T型槽，Y负向左立柱（38）下部分为一长方形平板，平板的左右两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁（5）上；所述的Y负向右立柱（40）上部分为长方体结构，左侧表面有两道平行的T型槽，Y负向右立柱（40）下部分为长方形平板结构，平板的左右两侧面各开有两个U形口， 四个T型螺栓穿过U形口将其固定在地平铁（5）上；所述的Y负向加载支承座（39）整体成工字形，其中间部分为长方形结构，且有四个圆孔成两行两列分布， Y负向安装底座固定在Y负向加载支承座（39）上，Y负向加载支承座（39）的左侧面和右侧面均是长方形结构且上下两侧各有两个U形口，T型螺栓穿过U型口将Y负向加载支承座（39）两侧分别固定在Y负向左立柱（38） 和Y负向右立柱（40）有T型槽的表面上；Y负向固定杆与Z正向加载装置（3）的固定杆（27）结构完全相同、Y负向电液伺服阀与Z正向加载装置（3）的电液伺服阀（28）结构完全相同、Y负向伺服油缸与Z正向加载装置（3）的伺服油缸（29）结构完全相同、Y负向弹性装置与Z正向加载装置（3）的弹性装置（30）结构完全相同、Y负向拉压力传感器与Z正向加载装置（3）的拉压力传感器（31）结构完全相同、Y负向加载接头与Z正向加载装置（3）的加载接头（32）结构完全相同、Y负向连接杆与Z正向加载装置（3）的连接杆（33）结构完全相同、Y负向关节轴承底座与Z正向加载装置（3）的关节轴承底座（34）结构完全相同、Y负向安装底座与Z正向加载装置（3）的安装底座（35）结构完全相同、Y负向加载底座与Z正向加载装置（3）的加载底座（36）结构完全相同、Y负向位移传感器与Z正向加载装置（3）的位移传感器（37）结构完全相同；

所述的Z负向加载装置是由Z负向加载右立柱（6）、Z负向加载横梁（7）、Z负向加载左立柱（8）、Z负向固定底座、Z负向固定杆、Z负向电液伺服阀、Z负向伺服油缸、Z负向弹性装置、Z负向拉压力传感器、Z负向加载接头、Z负向连接杆、Z负向关节轴承底座、Z负向安装底座、Z负向加载底座以及Z负向位移传感器组成；所述的Z负向加载右立柱（6）上部分为长方体结构，其顶面有两个螺纹孔，Z负向加载右立柱（6）的下部分为长方形平板结构，平板前后两侧各有两个U形口，四个T型螺栓穿过U形口即可将其固定在地平铁（5）上；所述的Z负向加载左立柱（8）的结构与Z负向加载右立柱（6）的结构完全相同；所述的Z负向加载横梁（7）为长方形平板结构，平板下方有两道平行的T型槽，通过T型螺栓将Z负向固定座固定在Z负向加载横梁（7）上，Z负向加载横梁（7）的两侧各有两个沉头孔，通过四个螺栓将Z负向加载横梁（7）的两端分别固定在Z负向加载右立柱（6）和Z负向加载左立柱（8）上；

Z负向固定底座与Z正向加载装置（3）的固定底座（26）结构完全相同、Z负向固定杆与Z正向加载装置（3）的固定杆（27）结构完全相同、Z负向电液伺服阀与Z正向加载装置（3）的电液伺服阀（28）结构完全相同、Z负向伺服油缸与Z正向加载装置（3）的伺服油缸（29）结构完全相同、Z负向弹性装置与Z正向加载装置（3）的弹性装置（30）结构完全相同、Z负向拉压力传感器与Z正向加载装置（3）的拉压力传感器（31）结构完全相同、Z负向加载接头与Z正向加载装置（3）的加载接头（32）结构完全相同、Z负向连接杆与Z正向加载装置（3）的连接杆（33）结构完全相同、Z负向关节轴承底座与Z正向加载装置（3）的关节轴承底座（34）结构完全相同、Z负向安装底座与Z正向加载装置（3）的安装底座（35）结构完全相同、Z负向加载底座与Z正向加载装置（3）的加载底座（36）结构完全相同、Z负向位移传感器与Z正向加载装置（3）的位移传感器（37）结构完全相同；

所述的自动控制装置包括上位工控机、下位可编程控制器PLC、下位Y向伺服控制器、下位Z向伺服控制器、下位电机伺服控制器；

所述的可编程控制器PLC的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，可编程控制器PLC的输出端分别与冷却机和两个电磁换向阀连接；可编程控制器PLC的输入端口分别与温度传感器（24）、压力传感器（18）以及径向液体静压轴承供油系统的输出端口电线连接；

所述的Y向伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接， Y向伺服控制器的信号输出端与电液伺服阀即Y正向电液伺服阀和Y负向电液伺服阀的信号输入端电线连接，位移传感器即Y正向位移传感器和Y负向位移传感器的信号输出端与信号放大器的信号输入端电线连接，拉压力传感器即Y正向拉压力传感器和Y负向拉压力传感器的信号输出端与信号放大器的信号输入端电线连接，信号放大器的信号输出端与Y向伺服控制器的信号输入端电线连接；

所述的Z向伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，Z向伺服控制器的信号输出端与电液伺服阀即Z负向电液伺服阀和Z正向加载装置（3）的电液伺服阀（28）输入端电线连接，位移传感器即Z负向位移传感器和Z正向加载装置（3）的位移传感器（37）的信号输出端与信号放大器的信号输入端电线连接，拉压力传感器即Z负向拉压力传感器和Z正向加载装置（3）的拉压力传感器（31）的信号输出端与信号放大器的信号输入端电线连接，信号放大器的信号输出端与Z向伺服控制器的信号输入端电线连接；

所述的电机伺服控制器的RS-232C端口与上位工控机的RS-232C端口电线连接，电机伺服控制器的输出端与伺服电机（15）的信号输入端电线连接，伺服电机（15）内部的编码器的信号输出端与电机伺服控制器的信号输入端电线连接。

2.根据权利要求1所述的一种径向液体静压轴承可靠性试验台，其特征在于：所述的加载单元（22）由加载单元外壳、两个相同的轴承端盖、两个相同的深沟球轴承以及两个相同的密封圈组成；所述的加载单元外壳的主体为圆柱形，在其外圆面的前端轴线等高处两侧各焊接一个长方形平板；加载单元外壳有圆柱形空腔，且圆柱形空腔与加载单元外壳的外圆面同轴；所述的轴承端盖底面为圆盘形结构，内侧面有一圈凸起的边缘，轴承端盖底面的中心有一个通孔，轴承端盖的外围周向有六个等分布的通孔；深沟球轴承的内圈与主轴（14）的轴肩相接触，深沟球轴承外圈与加载单元外壳圆柱形空腔相配合，轴承端盖内侧面一圈凸起的边缘与深沟球轴承外圈相接触；通过六个螺栓穿过轴承端盖周向的六个通孔将轴承端盖安装在加载单元外壳的两端，主轴（14）穿过轴承端盖中间的通孔，两个密封圈分别安装在两个轴承端盖通孔的圆柱面上的密封槽中并与主轴（14）相接触。