CN105758642B - 一种随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其核心的功能原理是加载点始终位于波发生器长轴端外侧正上方位置，载荷直接作用于柔轮并传递给被试柔性轴承，载荷调整固定后，在被试柔性轴承旋转进行寿命测试的全过程中载荷保持不变。本发明的装置包括：底座撑板、驱动器、转盘、移动爪、加载轮、波发生器、柔性轴承、柔轮、探伤传感器和计数传感器。该装置能够模拟柔性轴承在工作状态下的受力情况和运行情况,可测试的柔性轴承外径范围为Ф40‑Ф70mm；可以模拟在一定减速比和一定负载下谐波减速器中柔性轴承的运行状况及摩擦性能，可以测得上述外径范围内的柔性轴承的疲劳寿命。

Description

一种随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置

技术领域

本发明属于轴承疲劳检测技术领域，特别涉及一种用于谐波减速器的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，能模拟在实际工况下，一定规格的柔性轴承的运行状况，并能测得柔性轴承的疲劳寿命。

背景技术

谐波减速器主要由波发生器、刚轮和柔轮等元件组成。谐波减速器的制造基础是谐波传动，与一般传动不同，该传动通过柔轮的可控变形并与刚轮相互作用来传递运动和动力。而装有柔性轴承的椭圆凸轮波发生器已逐渐成为谐波减速器所采用的主流波发生器。

谐波减速器具有高传动比、高运动精度、高传动平稳性等特点，因此被广泛应用于军事、工农业乃至生活中的各个领域，例如应用于工业机械臂、印刷机张紧装置、卫星恒速传动装置等。柔性轴承的疲劳寿命是影响谐波减速器传动寿命的主要因素。

柔性轴承内外圈的壁厚较薄，在装入波发生器之前为圆形，装入椭圆凸轮波发生器之后内外圈均变形为椭圆形，柔轮具有外啮合齿圈，刚轮则为内啮合齿圈，由于柔轮套在柔性轴承外圈上，因此柔轮也将被迫变形，从而使变形后长轴两端与刚轮产生啮合以传递动力和运动。当谐波减速器作减速用途时，波发生器作为主动件，柔轮为从动件，刚轮为固定件，柔性轴承内圈随波发生器转动而转动，柔轮及柔性轴承外圈则以相反的方向，并与内圈成一定转速比进行转动。当柔轮输出端有负载时柔轮变形，柔轮长轴端处与刚轮之间产生啮合力，并通过柔轮将力传递给柔性轴承。因此在有负载的情况下，柔性轴承的受外载荷作用位置始终位于波发生器长轴两端外侧位置，而随着波发生器旋转，波发生器的长轴端始终处于不断变化之中，导致柔轮的长轴端位置也随之不断变化，因此柔性轴承的受外载荷作用的位置随波发生器的旋转不断变化。

现有的轴承疲劳试验机试验对象为普通轴承，这些普通轴承在工作时内外圈均为圆形，通过模拟工作状态下轴承的运行和受力情况，来进行疲劳寿命试验。考虑到柔性轴承在工作时受波发生器作用会发生强制变形并且其受载区域始终处于变化等特点，普通轴承的疲劳试验机往往无法适用于工作时的柔性轴承。目前，针对处于工作状态下的柔性轴承，尚未有较好的疲劳寿命试验方法。本发明通过设计一系列的机构，能够模拟在负载状态下，谐波减速器中柔性轴承的受力情况和疲劳寿命。

本发明基于柔性轴承的特点来进行设计：工作时的柔性轴承变为椭圆体以及工作状态下柔性轴承的受载区域随着波发生器长轴位置的变动而变化。通过测试处于工作状态下柔性轴承并得到其疲劳寿命，能针对发现的问题来完善柔性轴承在设计、工艺、材料等方面的缺陷，能提高柔性轴承的使用寿命以及提高谐波减速器使用寿命预测的准确性。

发明内容

本发明针对现有的轴承疲劳寿命试验机不能用于检测工作时柔性轴承的疲劳寿命，提供了一种随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其核心的原理是加载装置与波发生器轴向同心安装，加载点始终位于波发生器长轴端外侧正上方位置，载荷直接作用于柔轮并传递给被试柔性轴承，载荷调整固定后，被试柔性轴承旋转进行寿命测试的全过程中载荷保持不变。通过设计了一种周转随动加载机构达到对柔性轴承随动加载的目的；通过设计了一种双独立联动机构达到独立驱动柔性轴承的内圈和外圈并得到可控减速比的目的。通过以上机构和方案，得到在一定负载和一定减速比下柔性轴承的疲劳寿命。

为了达到上述目的，本发明的构思是：设计一种双独立联动机构，将柔性轴承安装于波发生器上，柔性轴承因而发生强制变形，通过波发生器的转动使被试柔性轴承的内圈转动；在被试柔性轴承外圈上套有柔轮，柔轮外轮廓无齿圈，通过转动柔轮使被试柔性轴承的外圈转动。通过调节波发生器和柔轮的转速，控制被试柔性轴承内圈和外圈之间的转速比。设计一种周转随动机构，周转随动机构的特点是能在绕中心轴转动的同时定载荷加载被测件。周转随动机构包括转盘、移动爪、加载轮和弹性橡胶。一对移动爪安装在转盘上，两个移动爪之间角度相差180°，在每个移动爪上安装有若干加载轮，加载轮外圈包有弹性橡胶，通过移动爪的径向移动，使两个移动爪上的加载轮产生相同的载荷来对称夹持被试柔性轴承，达到加载目的。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，包括双独立联动机构和周转随动机构，所述双独立联动机构包括：驱动器(1，11)、主轴(8)、波发生器(17)、柔性轴承(16)、柔轮(4)、联轴器(2)、柔轮连接杆(3)、探伤传感器(5)、计数传感器(9，21)和底座撑板(15)；所述周转随动机构包括：转盘(12)和加载装置，加载装置由移动爪(7、13)、加载轮(6，14)和包裹在加载轮外圈上弹性橡胶组成。

所述转盘(12)中心为一中通孔，能使主轴(8)穿过，主轴中段处有一锥度阶梯轴(23)，转盘通过本体后端面的锥度内凹面在阶梯轴(23)与主轴联接，移动爪(7、13)安装在转盘(12)上，加载轮(6)及加载轮(14)分别安装在移动爪(7)和移动爪(13)上。所述波发生器(17)为椭圆凸轮，所述被试柔性轴承(16)安装在波发生器(17)上，试验时，被试柔性轴承(16)受波发生器(17)作用发生强制形变，所述波发生器(17)安装在驱动器主轴的前端(22)处，驱动器(11)驱动主轴(8)转动，从而带动波发生器(17)转动；所述柔轮(4)套于柔性轴承(16)外圈上，且柔轮外轮廓无齿圈，驱动器(1)通过联轴器(2)联接柔轮连接杆(3)驱动柔轮(4)转动。通过以上方式能使周转随动机构与波发生器同步转动以达到随动加载的目的和使被试柔性轴承内外圈独立转动的目的。

所述探伤传感器(5)位于柔轮靠近杯底端(19)位置测量，用于检测被试柔性轴承是否破坏；温度传感器为红外线温度传感器，能实现非接触测温；在主轴尾端(10)轴上放置磁性铁块，利用所述计数传感器(9)记录被试柔性轴承(16)破坏时主轴(8)所转转数；所述计数传感器(21)位于柔轮侧面(20)位置测量，记录被试柔性轴承(16)破坏时柔轮(4)所转转数。

本发明与现有技术比较，具有显而易见的实质性的特点和优点：

本发明可模拟工作状态下柔性轴承的运行，试验轴承的外径范围为Ф40-Ф70mm；本发明整体设计结构简洁，可模拟一定减速比和一定负载下谐波减速器中柔性轴承的运动情况，可测得上述外径范围内的柔性轴承的疲劳寿命，并容易对试验实施控制，提高测试的可靠性。通过试验，对提高工作状态下柔性轴承的疲劳寿命和准确预测谐波减速器的使用寿命都具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中波发生器、柔性轴承、柔轮和传感器的装配示意图。

图3为本发明中波发生器和主轴装配示意图。

图4为本发明中波发生器和加载轮的定位示意图。

图5为本发明中波发生器长轴与加载轮中心连线之间的角度关系示意图。

图6为本发明中每个移动爪上为多个加载轮及皮带的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1~图3，本随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，包括周转随动机构和双独立联动机构，其特征在于：所述周转随动机构与波发生器轴向同心，周转随动机构中加载装置通过加载轮加载，测试过程中加载轮在随周转随动机构公转的同时沿着柔轮表面进行滚动并通过柔轮对柔性轴承进行加载；所述双独立联动机构包括柔性轴承外圈旋转驱动装置和柔性轴承内圈旋转驱动装置，两套驱动装置的转速比按照试验要求设定后同步启停。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述双独立联动机构内有底座撑板(15)、柔性轴承外圈旋转驱动装置和柔性轴承内圈旋转驱动装置；其中柔性轴承内圈旋转驱动装置包括主轴(8)、驱动器(11)、波发生器(17)、被试柔性轴承(16)和计数传感器(9)；柔性轴承外圈旋转驱动装置包括驱动器(1)、联轴器(2)、柔轮连接杆(3)、柔轮(4)、计数传感器(9)和探伤传感器(5)；其中主轴(8)由驱动器(11)驱动转动，波发生器(17)安装在主轴的前端(22)处，被试柔性轴承(16)安装在波发生器(17)上，柔轮(4)套在被试柔性轴承的外圈上；柔轮连接杆(3)与柔轮(4)固定连接，驱动器(1)通过联轴器(2)联接柔轮连接杆(3)驱动柔轮(4)转动；所述周转随动机构包括：转盘(12)和加载装置，其中加载装置由移动爪(7、13)、加载轮(6、14)以及包裹在加载轮外圈上的弹性橡胶组成，转盘(12)中心为一中通孔，能使主轴(8)穿过，主轴(8)中段处有一阶梯轴(23)，转盘(12)通过本体后端面的内凹面在阶梯轴(23)处与主轴(8)联接，移动爪(7、13)安装在转盘(12)上，加载轮(6)及加载轮(14)分别安装在移动爪(7)和移动爪(13)上。

所述加载装置与波发生器轴向同心安装，加载点始终位于波发生器长轴端外侧正上方位置，载荷直接作用于柔轮并传递给被试柔性轴承，载荷调整固定后，被试柔性轴承旋转进行寿命测试的全过程中载荷保持不变。

通过旋转所述转盘(12)周向表面螺栓头凹孔，能使移动爪(7、13)在转盘(12)上同步发生径向位移，移动爪(7、13)相对转盘(12)中心孔中心对称，周转随动机构与波发生器(17)同步转动，移动爪中心连线a与波发生器长轴b之间的角度A可调，范围为-90°≤A≤90°，通过调整移动爪(7、13)的径向位置能实现对被试柔性轴承(16)施加不同载荷的目的。

所述柔轮(4)外轮廓无齿圈，柔轮(4)与被试柔性轴承(16)之间为小间隙配合，当柔轮(4)发生转动时，能带动被试柔性轴承(16)的外圈转动。

通过调整驱动器(11)的转速和驱动器(1)的转速，能使波发生器(17)和柔轮(4)的转速形成一定转速比，且转速比可控；被试柔性轴承(16)套于柔轮(4)内并位于柔轮口前端处(18)，探伤传感器(5)位于柔轮靠近杯底端(19)位置测量，温度传感器能实现非接触测温，在主轴尾端(10)上放置计数传感器记录被试柔性轴承(16)破坏时主轴(8)所转转数，计数传感器(21)在柔轮侧面(20)记录被试柔性轴承(16)破坏时柔轮(4)所转转数。

每个移动爪上的加载轮数目为单数时，加载轮(6、14)外圈上包裹有弹性橡胶，测试装置运行时，弹性橡胶与柔轮(4)接触并发生微变形，与柔轮(4)之间形成一定压力面，加载轮(6、14)将以滚动的形式运动，弹性橡胶也随加载轮滚动而转动；每个移动爪上的加载轮数目为2个或2个以上时，皮带(26)张紧在加载轮(25、27)外，皮带(28)张紧在加载轮(24、29)外，测试装置运行时皮带(26、28)与柔轮(4)接触形成压力面，加载轮将以滚动的形式运动，皮带(26、28)也随加载轮滚动而转动。

实施例三：

如图1、图2所示的一种随动加载的柔性轴承疲劳寿命测试装置，包括周转随动机构和双独立联动机构，转盘(12)，移动爪(7、13)、加载轮(6，14)以及包裹在加载轮外圈上弹性橡胶；所述双独立联动机构包括：驱动器(1，11)、主轴(8)、波发生器(17)、柔性轴承(16)、柔轮(4)、联轴器(2)、柔轮连接杆(3)、探伤传感器(5)、计数传感器(9，21)和底座撑板(15)，驱动器(1)通过联轴器(2)联接柔轮连接杆(3)驱动柔轮(4)转动。

如图1、图2所示，所述柔性轴承(16)安装在波发生器(17)上，波发生器(17)为外轮廓外衣椭圆，被试柔性轴承(16)套入波发生器(17)后发生变形，柔性轴承内圈与外圈变形为波发生器(17)的等距曲线，波发生器(17)转动时，柔性轴承内圈将随波发生器转动而转动；所述柔轮(4)套在柔性轴承外圈上，柔性轴承外圈将随柔轮转动而转动；所述柔性轴承(16)安装在柔轮口前端处(18)；通过调整驱动器(11)和驱动器(1)能分别调整波发生器(16)和柔轮(4)的转速，能使波发生器(16)和柔轮(4)产生可控转速比；所述探伤传感器(5)用于检测轴承破坏，安装在柔轮靠近杯底端(19)位置，所述计数传感器(21)用于记录轴承破坏时柔轮所转圈数，安装在柔轮侧面(20)位置。

如图1、图3、图4所示，所述波发生器(17)安装于主轴(8)前端处(22)；所述主轴(8)由驱动器(11)驱动转动；所述主轴(12)中段处有锥形凸缘(23)，所述转盘(12)通过锥形凸缘(23)与主轴(8)相联接；所述波发生器(17)能与周转加载机构同步转动，所述移动爪(7、13)安装在转盘(12)上，并对称安装，在移动爪上安装有若干加载轮；通过旋转转盘周向面的螺纹孔，能使移动爪(7,13)发生径向移动，使加载轮能夹持被试柔性轴承。

如图1、图3、图4、图5所示，波发生器(17)与加载轮(6，14)在径向方向上同一平面内；从主轴轴线方向看去，波发生器的长轴b与两移动爪中线连线a能形成一定角度A，且角度A可调，范围为-90°≤A≤90°。

如图1、图4、图5、图6所示，当每个上加载轮的数目为1时，弹性橡胶将以全部包裹的形式套在加载轮外圈上；当每个上加载轮的数目为2或2以上时，皮带(26)套于加载轮(25,27)外，皮带(28)套于加载轮(24,29)外。以上两种方式在夹持被测件时，通过与柔轮发生面接触，来模拟实际情况下被试柔性轴承的受力。

Claims (9)

1.一种随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，包括周转随动机构和双独立联动机构，其特征在于：所述周转随动机构与波发生器轴向同心，周转随动机构中加载装置通过加载轮加载，测试过程中加载轮在随周转随动机构公转的同时沿着柔轮表面进行滚动并通过柔轮对柔性轴承进行加载；所述双独立联动机构包括柔性轴承外圈旋转驱动装置和柔性轴承内圈旋转驱动装置，两套驱动装置的转速比按照试验要求设定后同步启停；所述双独立联动机构内有底座撑板(15)、柔性轴承外圈旋转驱动装置和柔性轴承内圈旋转驱动装置；其中柔性轴承内圈旋转驱动装置包括主轴(8)、驱动器(11)、波发生器(17)、被试柔性轴承(16)和计数传感器(9)；柔性轴承外圈旋转驱动装置包括驱动器(1)、联轴器(2)、柔轮连接杆(3)、柔轮(4)、计数传感器(9)和探伤传感器(5)；其中主轴(8)由驱动器(11)驱动转动，波发生器(17)安装在主轴的前端(22)处，被试柔性轴承(16)安装在波发生器(17)上，柔轮(4)套在被试柔性轴承的外圈上；柔轮连接杆(3)与柔轮(4)固定连接，驱动器(1)通过联轴器(2)联接柔轮连接杆(3)驱动柔轮(4)转动；所述周转随动机构包括：转盘(12)和加载装置，其中加载装置由第一移动爪(7)和第二移动爪(13)、第一加载轮(6)和第二加载轮(14)以及包裹在加载轮外圈上的弹性橡胶组成，转盘(12)中心为一中通孔，能使主轴(8)穿过，主轴(8)中段处有一阶梯轴(23)，转盘(12)通过本体后端面的内凹面在阶梯轴(23)处与主轴(8)联接，第一移动爪(7)和第二移动爪(13)安装在转盘(12)上，第一加载轮(6)及第二加载轮(14)分别安装在第一移动爪(7)和第二移动爪(13)上。

2.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：所述加载装置与波发生器轴向同心安装，加载点始终位于波发生器长轴端外侧正上方位置，载荷直接作用于柔轮并传递给被试柔性轴承，载荷调整固定后，被试柔性轴承旋转进行寿命测试的全过程中载荷保持不变。

3.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：通过旋转所述转盘(12)周向表面螺栓头凹孔，能使第一移动爪(7)和第二移动爪(13)在转盘(12)上同步发生径向位移，第一移动爪(7)和第二移动爪(13)相对转盘(12)中心孔中心对称，周转随动机构与波发生器(17)同步转动，移动爪中心连线a与波发生器长轴b之间的角度A可调，范围为-90°≤A≤90°，通过调整第一移动爪(7)和第二移动爪(13)的径向位置能实现对被试柔性轴承(16)施加不同载荷的目的。

4.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：所述柔轮(4)外轮廓无齿圈，柔轮(4)与被试柔性轴承(16)之间为小间隙配合，当柔轮(4)发生转动时，能带动被试柔性轴承(16)的外圈转动。

5.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：每个移动爪上的加载轮数目为单数，第一加载轮(6)和第二加载轮(14)外圈上包裹有弹性橡胶，测试装置运行时，弹性橡胶与柔轮(4)接触并发生微变形，与柔轮(4)之间形成一定压力面，第一加载轮(6)和第二加载轮(14)将以滚动的形式运动，弹性橡胶也随加载轮滚动而转动。

6.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：每个移动爪上的加载轮数目为2个或2个以上，皮带(26)张紧在加载轮(25、27)外，皮带(28)张紧在加载轮(24、29)外，测试装置运行时皮带(26、28)与柔轮(4)接触形成压力面，加载轮将以滚动的形式运动，皮带(26、28)也随加载轮滚动而转动。

7.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：通过调整驱动器(11)的转速和驱动器(1)的转速，能使波发生器(17)和柔轮(4)的转速形成一定转速比，且转速比可控。

8.根据权利要求1—5中任一项所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：被试柔性轴承(16)套于柔轮(4)内并位于柔轮口前端处(18)。

9.根据权利要求1所述的随动加载柔性轴承疲劳寿命测试装置，其特征在于：探伤传感器(5)位于柔轮靠近杯底端(19)位置测量，温度传感器能实现非接触测温，在主轴尾端(10)上放置计数传感器记录被试柔性轴承(16)破坏时主轴(8)所转转数，计数传感器(21)在柔轮侧面(20)记录被试柔性轴承(16)破坏时柔轮(4)所转转数。