CN104916209B - 一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置，包括阶梯轴、箱体、轴向加载机构、径向加载机构、千分表、受力显示装置以及两个角接触向心轴承；箱体放置在水平平面上，两个角接触向心轴承的内圈固定在阶梯轴上，两个角接触向心轴承的外圈固定在箱体的轴承支承座上，两内圈分别与两外圈配合，径向加载机构对阶梯轴施加径向载荷，轴向加载机构对阶梯轴施加轴向载荷，在阶梯轴的一端安装千分表，受力显示装置中的压力传感器安装在角接触向心轴承的外圈与轴承端盖之间；本发明装置在单/双轴承支承的两种情况下对阶梯轴施加径向和轴向载荷，使得阶梯轴移动/不动，该装置能够方便学生观察角接触向心轴承在单独使用时产生轴向派生力的现象。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计教学用具技术领域，具体涉及一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置。
背景技术
角接触向心轴承由于其结构特点，会产生派生轴向力。派生轴向力有使轴承内圈与外圈分离的趋势，为了使轴承的派生轴向力得到平衡，以免轴向蹿动，通常此类轴承都成对使用。目前，在学生学习的过程中，由于缺少演示仪，同学们只能结合力学分析及凭想象来理解派生轴向力，且当轴上同时又作用轴向载荷时各个轴承的轴向载荷，死记压紧端与放松端的公式，没有对这种情况下的轴承受力特点和力的传导理解清楚，实际应用中就会记错、记混。而现在市场上却缺乏一种针对这一重要知识的教具。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置，在单/双轴承支承的两种情况下对阶梯轴施加径向和轴向载荷，使得阶梯轴移动/不动，该装置能够方便学生观察角接触向心轴承在单独使用时产生轴向派生力的现象。
实现本发明的技术方案如下：
一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置，包括阶梯轴4、箱体、轴向加载机构10、径向加载机构11、千分表、受力显示装置以及两个角接触向心轴承；
阶梯轴4由轴承支承段、圆锥段和圆柱段组成，阶梯轴4两端为轴承支承段，中间依次为圆柱段和圆锥段，轴承支承段的直径小于圆柱段的直径，圆锥段的小端与圆柱段相接且直径相同，圆锥段的大端与一端的轴承支承段相接，圆柱段与另一端的轴承支承段相接；
箱体包括底座、背板1、第一轴承支座9、第二轴承支座3、Y型支座8、滑块6和导轨；
底座的一端固定第一轴承支座9，另一端固定导轨，第二轴承支座3和Y型支座8固定在滑块6上，滑块6与导轨滑动配合，背板1固定在底座的一个侧边；
箱体放置在水平平面上，两个角接触向心轴承的内圈，分别为第一内圈和第二内圈5；第一内圈固定在连接圆柱段的轴承支承段上，第二内圈5固定在连接圆锥段的大端的轴承支承段上，两个角接触向心轴承的外圈，分别为第一外圈和第二外圈12，第一外圈固定安装在第一轴承支座9的安装孔上，第二外圈12固定安装在第二轴承支座3的安装孔上，第一内圈与第一外圈配合，第二外圈12与第二内圈5配合，第二外圈12与第二内圈5的接触位置到Y型支座8与阶梯轴接触位置的距离，大于阶梯轴圆锥段的大端到第二内圈5之间的距离，径向加载机构11安装在背板1的条形槽里，径向加载机构11的载荷输出端固连一个圆弧片，阶梯轴4圆柱段的圆周面嵌在圆弧片中，轴向加载机构10的载荷输出端固连轴套，轴套套在阶梯轴4靠近第一内圈的一端，在阶梯轴4的靠近第二内圈5端安装千分表，千分表固定在底座上，受力显示装置中的压力传感器安装在角接触向心轴承的外圈与轴承端盖之间；
当单轴承支承时，第一内圈和第一外圈配合，第二内圈和第二外圈12分离，Y型支座8支承阶梯轴4圆锥段的大端；
当双轴承支承时，第一内圈和第一外圈配合，第二内圈和第二外圈12配合，Y型支座8与阶梯轴4圆锥段的大端分离；
进一步地，Y型支座8包括支承座17、外滑道14、滑杆15和两个可调节的支承臂13，两个支承臂13用来支承阶梯轴4，支承臂13的一端与支承座17铰接，支承臂13的另一端与外滑道14铰接，外滑道14内部与滑杆15间隙配合，滑杆15和支承座17上的耳片16铰接，外滑道14和滑杆15在调节时能够相对滑动；在外滑道14上设置有螺纹孔，在工作时，通过紧定螺钉使外滑道14和滑杆15相对固定。
有益效果：
1、本发明中，Y型支座配合导轨实现由单轴承支承实验到双轴承支承实验的快速转换，无需装卸各个部件，快速准确，而且装置更加智能与可操作，Y型支承丰富的自由度调整，将装配难度降低，实现需要的功能。
2、本发明中，径向加载机构配合背板上的长条形槽使得实验时可以任意改变作用点和作用大小，使得加载连续和稳定，为实验的多次进行和实验结论的准确性提供了保证。
3、本发明中，径向加载机构和轴向加载机构均选择弹簧和丝杠的组合，使加载具有一定的弹性，加载机构不会随加载程度增大出现加载不均的现象，使得加载方便，加载力均匀，并且除加载力之外不会有额外因素导致轴发生位移。
附图说明
图1为本发明的外观图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的剖视图。
图4为Y型支座示意图。
图5为本发明单轴承支承示意图。
图6为本发明双轴承支承示意图。
其中，1-背板，2-轴承端盖，3-第二轴承支座，4-阶梯轴，5-第二内圈，6-滑块，7-底板，8-Y型支座，9-第一轴承支座，10-轴向加载机构，11-径向加载机构，12-第二外圈，13-支承臂，14-外滑道，15-滑杆，16-耳片，17-支承座。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置，如图1、图2和图3所示，该装置包括阶梯轴4、箱体、轴向加载机构10、径向加载机构11、千分表、受力显示装置以及两个角接触向心轴承；
阶梯轴4由轴承支承段、圆锥段和圆柱段组成，阶梯轴4两端为轴承支承段，中间依次为圆柱段和圆锥段，轴承支承段的直径小于圆柱段的直径，圆锥段的小端与圆柱段相接且直径相同，圆锥段的大端与一端的轴承支承段相接，圆柱段与另一端的轴承支承段相接。
箱体包括底座、背板1、第一轴承支座9、第二轴承支座3、Y型支座8、滑块6和导轨；
底座为一块长方形板；背板1为中间有一个长条形槽的长方形金属板；第一轴承支座9和第二轴承支座3上均有安装角接触向心轴承外圈的安装孔；
如图4所示，Y型支座8包括支承座17、外滑道14、滑杆15和两个可调节的支承臂13，两个支承臂13用来支承阶梯轴4，支承臂13的一端与支承座17铰接，支承臂13的另一端与外滑道14铰接，外滑道14内部与滑杆15间隙配合，滑杆15和支承座17上的耳片16铰接，外滑道14和滑杆15在调节时能够相对滑动，用来调整支承臂21的角度。在外滑道14上设置有螺纹孔，在工作时，通过紧定螺钉使外滑道14和滑杆15相对固定。
箱体的连接关系：底座的一端固定第一轴承支座9，另一端固定导轨，第二轴承支座3和Y型支座8固定在滑块6上，滑块6与导轨滑动配合，背板1固定在底座的一个侧边。
受力显示装置包括压力传感器、LED显示器、A/D转化模块、电源模块和电子主板；
受力显示装置：压力传感器安装在第二外圈12与轴承端盖2之间，压力传感器测出一个变化的电压值，把变化的电压值传给A/D转化模块，该电压值通过电子主板分析后得到压力信息，该压力信息传输给LED显示器进行显示，电源模块为受力显示装置供电。
整体连接关系：箱体放置在水平平面上，两个角接触向心轴承的内圈，分别为第一内圈和第二内圈5；第一内圈固定在连接圆柱段的轴承支承段上，第二内圈5固定在连接圆锥段的大端的轴承支承段上；轴承支承段与第一内圈和第二内圈5均为过盈配合；两个角接触向心轴承的外圈，分别为第一外圈和第二外圈12，第一外圈固定安装在第一轴承支座9的安装孔上，第二外圈12固定安装在第二轴承支座3的安装孔上；第一内圈与第一外圈配合，第二外圈12与第二内圈5配合，第二外圈12与第二内圈5的接触位置到Y型支座8与阶梯轴接触位置的距离，大于阶梯轴圆锥段的大端到第二内圈5之间的距离，该距离使得当第二外圈12与第二内圈5配合时，Y型支座8与阶梯轴4圆锥段的大端分离，滑动滑块6当Y型支座8的支承臂13与阶梯轴4圆锥段的大端接触时，第二外圈12与第二内圈分离；
径向加载机构11安装在背板1的条形槽里，径向加载机构11的载荷输出端固连一个圆弧片，把滑块6滑到导轨的最外端，将阶梯轴4上的第一内圈与第一外圈配合，阶梯轴4圆柱段的圆周面嵌入圆弧片中，滑动滑块6，使第二外圈12与安装在阶梯轴4上的第二内圈5配合，轴向加载机构10的载荷输出端固连轴套，轴套套在阶梯轴4靠近第一内圈的一端，在阶梯轴4靠近第二内圈5端安装千分表，千分表固定在底座上，受力显示装置中的压力传感器安装在角接触向心轴承的外圈与轴承端盖之间。
工作过程：如图5所示，单轴承支承：第一内圈和第一外圈配合，滑动滑块6，第二内圈和第二外圈12分离，Y型支座8支承阶梯轴4圆锥段的大端；将滑块6通过锁紧机构固定；利用径向加载机构11向阶梯轴4施加径向加载力，通过千分表记录阶梯轴4轴向移动的距离。
如图6所示，双轴承支承：第一内圈和第一外圈配合，滑动滑块6，第二内圈和第二外圈12配合，Y型支座8与阶梯轴4圆锥段的大端分离；将滑块6通过锁紧机构固定，利用径向加载机构11及轴向加载机构10向阶梯轴4施加径向加载力及轴向加载力，千分表数值基本不变，说明阶梯轴4没有位移变化。观察受力显示装置中LED显示器的示数，LED显示器的示数随径向加载力和轴向加载力的变化而变化。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置，其特征在于，包括阶梯轴（4）、箱体、轴向加载机构（10）、径向加载机构（11）、千分表、受力显示装置以及两个角接触向心轴承；
阶梯轴（4）由轴承支承段、圆锥段和圆柱段组成，阶梯轴（4）两端为轴承支承段，中间为圆柱段和圆锥段，轴承支承段的直径小于圆柱段的直径，圆锥段的小端与圆柱段相接且直径相同，圆锥段的大端与一端的轴承支承段相接，圆柱段与另一端的轴承支承段相接；
箱体包括底座、背板（1）、第一轴承支座（9）、第二轴承支座（3）、Y型支座（8）、滑块（6）和导轨；
底座的一端固定第一轴承支座（9），另一端固定导轨，第二轴承支座（3）和Y型支座（8）固定在滑块（6）上，滑块（6）与导轨滑动配合，背板（1）固定在底座的一个侧边；
箱体放置在水平平面上，两个角接触向心轴承的内圈，分别为第一内圈和第二内圈（5）；第一内圈固定在连接圆柱段的轴承支承段上，第二内圈（5）固定在连接圆锥段的大端的轴承支承段上，两个角接触向心轴承的外圈，分别为第一外圈和第二外圈（12），第一外圈固定安装在第一轴承支座（9）的安装孔上，第二外圈（12）固定安装在第二轴承支座（3）的安装孔上，第一内圈与第一外圈配合，第二外圈（12）与第二内圈（5）配合，第二外圈（12）与第二内圈（5）的接触位置到Y型支座（8）与阶梯轴接触位置的距离，大于阶梯轴圆锥段的大端到第二内圈（5）之间的距离，径向加载机构（11）安装在背板（1）的条形槽里，径向加载机构（11）的载荷输出端固连一个圆弧片，阶梯轴（4）圆柱段的圆周面嵌在圆弧片中，轴向加载机构（10）的载荷输出端固连轴套，轴套套在阶梯轴（4）靠近第一内圈的一端，在阶梯轴（4）的靠近第二内圈（5）端安装千分表，千分表固定在底座上，受力显示装置中的压力传感器安装在角接触向心轴承的外圈与轴承端盖之间；
当单轴承支承时，第一内圈和第一外圈配合，第二内圈和第二外圈（12）分离，Y型支座（8）支承阶梯轴（4）圆锥段的大端；
当双轴承支承时，第一内圈和第一外圈配合，第二内圈和第二外圈（12）配合，Y型支座（8）与阶梯轴（4）圆锥段的大端分离。
2.如权利要求1所述的一种角接触向心轴承轴向载荷演示装置，其特征在于，Y型支座（8）包括支承座（17）、外滑道（14）、滑杆（15）和两个可调节的支承臂（13），支承臂（13）的一端与支承座（17）铰接，支承臂（13）的另一端与外滑道（14）铰接，外滑道（14）内部与滑杆（15）间隙配合，滑杆（15）和支承座（17）上的耳片（16）铰接，在外滑道（14）上设置有螺纹孔，在工作时，通过紧定螺钉使外滑道（14）和滑杆（15）相对固定。
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