CN105814424A - 轴承测试机 - Google Patents

Abstract

本发明提供轴承测试机，其能够进行正确模拟作用着动态负载的正常行驶状态的车轴轴承的测试。本发明的一实施方式的轴承测试机包括：测试机轴，其是在水平的Y轴方向上延伸的旋转轴，用于安装轴承的受测体；旋转驱动测试机轴的旋转驱动部；弹性保持受测体的受测体保持部；和在与Y轴方向垂直的作为水平方向的X轴方向上和铅垂方向上驱动测试机轴的车轴驱动部。

Description

轴承测试机

技术领域

本发明涉及用于测试轴承的耐用性能的轴承测试机，特别涉及用于进行支承拖车或铁道底盘车的车轴的车轴轴承的测试的轴承测试机。

背景技术

铁道车辆和拖车等的车轴经由多个(例如一对)车轴轴承支承于车架。车辆行驶时径向负载和轴向负载(推力负载)等各种负载作用于车轴轴承。

日本特开2008-82720号公报中记载有在作为测试对象的车轴轴承安装测试用车轴(以下称为“测试机轴”)，通过使径向负载和轴向力矩负载作用于车轴轴承并且使测试用车轴旋转，仿真评估实体车中使用的车轴轴承的性能的轴承测试机。

发明内容

实际车辆的车轴和车架在行驶中，进行摇摆(将上下方向作为Z轴方向时，车轴围绕Z轴的摇动)、滚动(将车辆前后方向作为X轴方向时，车轴围绕X轴的摇动)和起伏(围绕与车轴平行的Y轴的摇动)等各种运动。因而，动态的径向负载、轴向负载和力矩负载(围绕Z轴、围绕X轴)作用于行驶中的车轴轴承。

但是，日本特开2008-82720号公报中记载的测试机，虽然能够进行模拟稳定行驶状态(不伴有摇摆、滚动、起伏等运动的行驶状态)的测试，却无法进行正确模拟对车轴轴承作用有动态负载的通常行驶状态的测试。

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是提供一种轴承测试机，其通过对用于安装受测体的测试机轴施加摇摆、滚动等运动并且施加振动，能够进行正确模拟通常使用状态的测试。

本发明的一实施方式的轴承测试机包括：

测试机轴，其是在水平的Y轴方向上延伸的旋转轴，用于安装轴承的受测体；

旋转驱动上述测试机轴的旋转驱动部；

弹性保持上述受测体的受测体保持部；和

车轴驱动部，其在与上述Y轴方向垂直的作为水平方向的X轴方向上和铅垂方向上驱动上述测试机轴。

采用上述结构时，通过对安装受测体的测试机轴施加摇摆、滚动等运动并且施加振动，能够进行正确模拟在测试机轴作用着各种动态负载的通常行驶状态的测试。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

上述车轴驱动部包括可旋转地支承上述测试机轴的轴承部。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为包括：

可旋转地支承上述测试机轴的测试机轴承；和

以上述测试机轴承可绕上述X轴摇动的方式支承上述测试机轴承的铰链机构。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为

上述车轴驱动部包括：

驱动工作台；

在铅垂方向上驱动上述驱动工作台的Z轴驱动部；

将上述驱动工作台和上述Z轴驱动部以在上述X轴方向和上述Y轴方向上可滑动的方式连结的XY轴滑动机构；

在上述X轴方向上驱动上述驱动工作台的X轴驱动部；

将上述驱动工作台和上述X轴驱动部以在铅垂方向和上述Y轴方向上可滑动的方式连结的YZ轴滑动机构；和

将上述驱动工作台和上述轴承部以绕铅垂轴可摇动的方式连结的Z轴旋转机构。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

上述车轴驱动部包括：

在上述Y轴方向上驱动上述驱动工作台的Y轴驱动部；和

将上述驱动工作台和上述Y轴驱动部以在铅垂方向和上述X轴方向上可滑动的方式连结的ZX轴滑动机构。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

上述受测体保持部包括：

保持上述受测体的轴箱；和

对上述轴箱施加铅垂方向的负载的弹性部件。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

上述轴承部包括：

可旋转地支承上述测试机轴的测试机轴承；和

以上述测试机轴承可绕上述X轴摇动的方式支承上述测试机轴承的铰链机构。

此外，上述轴承测试机中，

也可以构成为包括一对上述车轴驱动部。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

上述受测体包括第一受测体和第二受测体，上述第一受测体和上述第二受测体分别安装于上述测试机轴的一端部和另一端部，

上述轴箱包括：

保持上述第一受测体的第一轴箱；和

保持上述第二受测体的第二轴箱，

上述弹性部件包括：

对上述第一轴箱施加铅垂方向的负载的第一弹性部件；和

对上述第二轴箱施加铅垂方向的负载的第二弹性部件，

上述车轴驱动部包括：

在上述第一轴箱侧驱动上述测试机轴的第一车轴驱动部；和

在上述第二轴箱侧驱动上述测试机轴的第二车轴驱动部。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

还包括支承上述弹性部件的一端的框架部，

上述弹性部件的另一端固定于上述轴箱。

此外，上述轴承测试机中，也可以构成为，

上述弹性部件是螺旋弹簧。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的轴承测试机的概略平面图。

图2是本发明的一实施方式的轴承测试机的概略正面图。

图3是进行模拟车轴相对于车辆绕Z轴倾斜的状态的耐用测试时，轴承测试机1的概略平面图。

图4是进行模拟车轴相对于车辆绕X轴倾斜的状态的耐用测试时，轴承测试机1的概略平面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是本发明的实施方式的轴承测试机1的概略平面图。

图2是轴承测试机1的概略正面图。

以下的说明中，将图1中的上下方向设为X轴方向(上方向为X轴正方向)，将左右方向设为Y轴方向(左方向为Y轴正方向)，将垂直于纸面的方向设为Z轴方向(从纸面背面侧向正面侧的方向为Z轴正方向)。X轴和Y轴是彼此正交的水平轴，Z轴是铅垂轴。

本实施方式的轴承测试机1是用于评估可旋转地支承拖车或铁道底盘车的车轴的轴承(车轴轴承)的耐用性能的测试装置。利用轴承测试机1进行的测试与实际使用状态同样，是将作为车轴轴承的一对受测体T1、T2安装于轴承测试机1的测试机轴300，对受测体T1、T2(和测试机轴300)施加力矩负载M(动负载或静负载)，进而在X轴、Y轴和Z轴方向的至少一个方向上激振受测体T1、T2，且使测试机轴300旋转。从而能够正确评估实际使用状态(安装于行驶的车辆的状态)下的车轴轴承的耐用性能。此外，能够同时进行2个受测体T1、T2的测试。

轴承测试机1包括右车轴驱动部100、左车轴驱动部200、测试机轴300、一对重量施加部400(400R、400L)、右轴箱500R、左轴箱500L、旋转驱动部600和控制轴承测试机1的各部分的动作的控制部700(图1)。

测试机轴300与Y轴大致平行地配置，被右车轴驱动部100和左车轴驱动部200可旋转地支承。受测体T1安装于图1中测试机轴300的右端(Y轴负方向端)附近，受测体T2安装于测试机轴300的左端(Y轴正方向端)附近。受测体T1和T2分别被收纳且被保持于右轴箱500R和左轴箱500L中。测试机轴300具有与实际使用车轴轴承的车辆的车轴相同的外径和大致相同的长度，一对受测体T1、T2的配置间隔也设定成与使用时的车轴轴承的配置间隔相同的值。此外，右车轴驱动部100和左车轴驱动部200(具体而言，是后述的测试机轴承151和测试机轴承251)的配置间隔设定成与使用车轴轴承的车辆的左右车轮的间隔相同的值。根据这样的配置设定，能够将安装于车辆而行驶时车轴轴承实际承受的负载正确施加于受测体T1、T2。

右车轴驱动部100和左车轴驱动部200是分别可旋转地支承于测试机轴300，并且在正交的3轴方向(X轴、Y轴、Z轴方向)上进行驱动的机构部。右车轴驱动部100包括：可旋转地支承测试机轴300的轴承部150；和经由轴承部150分别在Z轴方向、Y轴方向和X轴方向上驱动测试机轴300的Z轴驱动部110、Y轴驱动部120和X轴驱动部130。

如图2所示，Z轴驱动部110包括Z轴致动器111、上下并排配置的3个可动工作台(下级可动工作台112、中级可动工作台114和上级可动工作台116)、XY轴滑动机构113和Z轴旋转机构115。

Z轴致动器111是包括并排连接的未图示的电动致动器和气压致动器(空气弹簧或气压缸)的混合型的线性致动器。Z轴致动器111构成为，由气压致动器承担对其施加的静负载，由电动致动器承担动负载。气压致动器在保持定负载时几乎不消耗能量。此外，电动致动器的响应快(响应频率高)。因此，由气压致动器和电动致动器分担静负载和动负载，从而即使以较小的能量消耗也能够以高频率(大加速度)在铅垂方向上驱动较大的负载。另外，也能够设定成由电动致动器承担施加于Z轴致动器111的静负载的一部分。

此外，本实施方式中，作为内藏于Z轴致动器111的电动致动器，使用由伺服电机(旋转电机)驱动滚珠丝杠机构的方式的线性致动器，但也能够使用电动势型致动器等其他方式的电动致动器。此外，也能够使用油压致动器来取代电动致动器。

Z轴致动器111包括：固定于基体B的固定部111a；和相对于固定部111a在Z轴方向被驱动的移动部111b。

下级可动工作台112的下表面固定于Z轴致动器111的移动部111b的上端，能够与移动部111b一体地在Z轴方向移动。此外，中级可动工作台114在其下表面经由XY轴滑动机构113在水平两个方向(X轴方向和Y轴方向)上可滑动地连结于下级可动工作台112的上表面。进而，上级可动工作台116在其下表面经由Z轴旋转机构115绕Z轴可旋转(或可摇动)地连结于中级可动工作台114的上表面。此外，轴承部150的下表面安装于上级可动工作台116的上表面。通过采用该结构，能够对支承于轴承部150的测试机轴300以在X轴方向和Y轴方向上可滑动且绕Z轴(以及如后所述绕X轴)可旋转的方式进行支承，并且利用Z轴致动器111能够在铅垂方向上进行驱动。

轴承部150包括测试机轴承151、支承测试机轴承151的二组的铰链轴152和支承壁153。2个支承壁153夹着测试机轴承151在X轴方向上相对配置，下端固定于上级可动工作台116的上表面。在各支承壁153中，在X轴方向上贯通的圆孔在同轴上形成。此外，在测试机轴承151的框架的与各支承壁153相对的部位，也在同轴上形成有在X轴方向上贯通的圆孔(未图示)。在形成于测试机轴承151的框架的圆孔中安装铰链轴承(未图示)。各铰链轴152的一端插入对应的支承壁153的圆孔中而固定，另一端插入安装于测试机轴承151的铰链轴承。结果，测试机轴承151由铰链机构(即2组的支承壁153、铰链轴152和铰链轴承)以可绕X轴旋转(或摇动)的方式支承。

在Z轴驱动部110的Y轴负方向侧邻接地配置有Y轴驱动部120。Y轴驱动部120包括Y轴致动器121、2个可动工作台122和124、ZX轴滑动机构123和连结部件126。

Y轴致动器121包括：固定于基体B的底座121a；载置于底座121a且固定的固定部121b；和相对于固定部121b在Y轴方向上被驱动的移动部121c。本实施方式的Y轴致动器121与Z轴致动器111中使用的结构同样，使用伺服电机和滚珠丝杆机构的电动致动器。Y轴致动器121也能够使用电动势式致动器等其他方式的电动致动器或油压致动器。另外，Y轴致动器121因为不需要承担大的静负载，所以没有设置气压致动器。

2个可动工作台122和124在Z轴驱动部110与Y轴致动器121之间，与ZX平面平行地相对配置。Y轴致动器121侧的可动工作台122的一个面固定于Y轴致动器121的移动部121c的前端，能够与移动部121c一体地在Y轴方向上移动。此外，可动工作台124的一个面经由ZX轴滑动机构123在正交的两个方向(Z轴方向和X轴方向)上可滑动地连结于可动工作台122的另一面。此外，连结部件126将可动工作台124的另一面和Z轴驱动部110的中级可动工作台114的侧面连结。通过采用该结构，使Z轴驱动部110的中级可动工作台114能够相对于Y轴致动器121在Z轴方向和X轴方向上自如滑动，并且能够由Y轴致动器121在Y轴方向上驱动。

此外，如图1所示，在Z轴驱动部110的X轴正方向侧邻接地配置有X轴驱动部130。X轴驱动部130包括X轴致动器131、2个可动工作台132和134、YZ轴滑动机构133和连结部件136。

X轴致动器131包括：固定于基体B的底座131a；载置于底座131a且固定的固定部131b；和相对于固定部131b在X轴方向上被驱动的移动部131c。本实施方式的X轴致动器131是与Y轴致动器121为相同结构的电动致动器。

2个可动工作台132和134在Z轴驱动部110与X轴致动器131之间，与YZ平面平行地相对配置。X轴致动器131侧的可动工作台132的一个面固定于X轴致动器131的移动部131c的前端，能够与移动部131c一体地在X轴方向上移动。此外，可动工作台134的一个面经由YZ轴滑动机构133在正交的两个方向(Y轴方向和Z轴方向)上可滑动地连结于可动工作台132的另一面。此外，连结部件136将可动工作台134的另一面和Z轴驱动部110的中级可动工作台114的侧面连结。通过采用该结构，使Z轴驱动部110的中级可动工作台114能够相对于X轴致动器131在Y轴方向和Z轴方向上可滑动，并且能够由X轴致动器131在X轴方向上驱动。

上述右车轴驱动部100中，采用经由XY轴滑动机构113连结Z轴驱动部110和中级可动工作台114、经由ZX轴滑动机构123连结Y轴驱动部120和中级可动工作台114、进而经由YZ轴滑动机构133连结X轴驱动部130和中级可动工作台114的结构，由此，能够彼此不干扰地进行利用Z轴驱动部110、Y轴驱动部120和X轴驱动部130的正交3轴方向的驱动，即所谓的低串扰驱动。

左车轴驱动部200的结构与右车轴驱动部100相同，但在不具有相当于Y轴驱动部120的结构部的方面与右车轴驱动部100不同。具体而言，左车轴驱动部200包括Z轴驱动部210和X轴驱动部230。Z轴驱动部210和X轴驱动部230分别与右车轴驱动部100的Z轴驱动部110和X轴驱动部130具有相同的结构。更具体而言，Z轴驱动部210包括经由3个可动工作台在Z轴方向上连结的Z轴致动器211、XY轴滑动机构213、Z轴旋转机构215和轴承部250。此外，X轴驱动部230包括经由2个可动工作台在X轴方向上连结的X轴致动器231、YZ轴滑动机构233和连结部件236。

重量施加部400R在Z轴驱动部110(右车轴驱动部100)的右侧(Y轴负方向侧)与Z轴驱动部110邻接地配置。此外，重量施加部400L在Z轴驱动部210(左车轴驱动部200)的左侧(Y轴正方向侧)与Z轴驱动部210邻接地配置。

重量施加部400R(400L)包括门形(倒U字形)的框架部410和螺旋弹簧420。螺旋弹簧420的上端固定于框架部410的梁411的下表面中央，下端固定于右轴箱500R(左轴箱500L)的上表面。

螺旋弹簧420是压缩弹簧，经由右轴箱500R(左轴箱500L)和受测体T1(T2)对测试机轴300的一端施加向下的静负载。该静负载模拟实际车辆中施加于车轴的车体重量。

如图2所示，旋转驱动部600包括：安装于测试机轴承251的框架的电机610；被电机610驱动的驱动齿轮620；和固定于测试机轴300的从动齿轮630。从动齿轮630与驱动齿轮620啮合，电机610的驱动力经由驱动齿轮620和从动齿轮630传递至测试机轴300，使测试机轴300旋转。

接着，说明使用轴承测试机1进行的受测体T1、T2的耐用测试。从重量施加部400R、400L对受测体T1、T2施加模拟车辆重量的向下的静负载。该静负载经由受测体T1、T2传递至模拟车辆的车轴的测试机轴300。施加于测试机轴300的静负载进一步传递至支承测试机轴300的右车轴驱动部100和左车轴驱动部200。此外，右车轴驱动部100和左车轴驱动部200将静负载的反作用力和Z轴驱动部110和210所产生的Z轴方向的激振力经由测试机轴300施加于受测体T1、T2。此外，右车轴驱动部100将Y轴驱动部120所产生的Y轴方向的激振力经由测试机轴300施加于受测体T1、T2。而且，右车轴驱动部100和左车轴驱动部200将X轴驱动部130和230所产生的X轴方向的激振力经由测试机轴300施加于受测体T1、T2。其中，Z轴、Y轴和X轴方向的激振力模拟由于路面的起伏等而从路面经由车轮施加于车轴的振动。此外，来自受测体T1(T2)的负载与来自右车轴驱动部100(左车轴驱动部200)的负载作用于测试机轴300的点不同。因此，经由测试机轴300施加于受测体T1(T2)的负载中，与安装于车辆的车轴轴承所承受的负载同样，除了Z轴方向的负载之外，还包含绕X轴的力矩负载。像这样在对受测体T1、T2和测试机轴300施加了复杂的负载的状态下，测试机轴300利用旋转驱动部600而以规定的转速旋转驱动。由此，将与安装于车辆的车轴轴承在车辆行驶中承受的负载大致相同的负载施加于受测体T1、T2，并且使安装着受测体T1、T2的测试机轴300旋转驱动，从而能够在接近实际使用条件的负载下进行耐用测试。

此外，本实施方式的轴承测试机1构成为也能够进行模拟车轴相对于车辆绕Z轴或绕X轴倾斜的状态的耐用测试。

图3是说明模拟车轴相对于车辆绕Z轴倾斜的状态而进行耐用测试的情况的轴承测试机1的概略平面图。如上所述，轴承测试机1通过设置Z轴旋转机构115和215(图2)，能够使轴承部150和250与测试机轴300一起绕Z轴倾斜。具体而言，利用X轴驱动部130、230使轴承部150和250在X轴方向上移动不同的距离，从而能够不在轴承部150、250产生变形地使测试机轴300绕Z轴倾斜。此外，在驱动X轴驱动部130、230使测试机轴300绕Z轴倾斜时，需要根据倾斜角缩短轴承部150与250在Y轴方向上的配置间隔，以避免在测试机轴300产生过大张力。本实施方式中，通过设置XY轴滑动机构213和YZ轴滑动机构233，使轴承部250相对于Z轴驱动部210和X轴驱动部230在Y轴方向上可滑动。因此，在使测试机轴300绕Z轴倾斜时，轴承部250在Y轴方向上滑动，能够自动调整轴承部150与250在Y轴方向上的配置间隔。

此外，使测试机轴300绕Z轴倾斜时，在螺旋弹簧420产生X轴方向的剪切变形，与安装于车辆的车轴轴承同样地对受测体T1和T2从螺旋弹簧420施加X轴方向的剪切力。因此，轴承测试机1能够将与实际车辆中车轴绕Z轴倾斜时车轴轴承所承受的负载大致相同的负载施加于受测体T1、T2。

图4是说明模拟车轴相对于车辆绕X轴倾斜的状态而进行耐用测试的情况的轴承测试机1的概略平面图。如上所述，测试机轴承151(251)构成为利用铰链轴152(252)可绕X轴倾斜。因此，利用Z轴驱动部110、210使轴承部150、250在Z轴方向上移动不同的距离，从而能够不在轴承部150、250产生变形地使测试机轴300绕X轴倾斜。此时，轴承部250也利用XY轴滑动机构213和YZ轴滑动机构233(图3)在Y轴方向上滑动，自动调整轴承部150和250的Y轴方向上的配置间隔，使得不会在测试机轴300产生过大的张力。

此时，螺旋弹簧420在Z轴方向上伸缩，与安装于车辆的车轴轴承同样地，从螺旋弹簧420施加于受测体T1和T2的Z轴方向的静负载大小发生变化。因此，轴承测试机1能够将与实际车辆中车轴绕X轴倾斜时车轴轴承所承受的负载大致相同的负载施加于受测体T1、T2。

另外，上述实施方式是将本发明应用于车辆用车轴轴承的耐用测试的例子，但本发明不限于应用于车轴轴承，也能够适用于各种旋转轴承(滚动轴承和滑动轴承)的耐用测试。

以上说明了本发明的实施方式，但本发明并非限定于上述实施方式的结构，在其技术思想的范围内能够进行各种变形。

例如，也可以在框架部410设置调整螺旋弹簧420所产生的静负载的静负载调整机构，构成为能够将静负载调整至规定的大小。静负载调整机构例如能够使用通过使螺旋弹簧420的上端的固定位置的高度变化而调整静负载的大小的油压缸。此外，作为弹性部件也可以使用空气弹簧等其他种类的弹性部件来取代螺旋弹簧420。此时，能够通过调整供给至空气弹簧的气压来调整静负载。通过设置静负载调整机构能够进行各种重量的车体的测试。

此外，上述实施方式的轴承测试机1中设置有左右一对的X轴驱动部130、230，但也可以仅设置有其中一方。此时，没有设置X轴驱动部的车轴驱动部中，能够使用Y轴滑动机构和Z轴滑动机构来取代XY轴滑动机构和ZX轴滑动机构。

Claims (10)

1.一种轴承测试机，其特征在于，包括：

测试机轴，其是在水平的Y轴方向上延伸的旋转轴，用于安装轴承的受测体；

旋转驱动所述测试机轴的旋转驱动部；

弹性保持所述受测体的受测体保持部；和

车轴驱动部，其在与所述Y轴方向垂直的作为水平方向的X轴方向上和铅垂方向上驱动所述测试机轴。

2.如权利要求1所述的轴承测试机，其特征在于：

所述车轴驱动部包括可旋转地支承所述测试机轴的轴承部。

3.如权利要求2所述的轴承测试机，其特征在于：

所述轴承部包括：

可旋转地支承所述测试机轴的测试机轴承；和

以所述测试机轴承可绕所述X轴摇动的方式支承所述测试机轴承的铰链机构。

4.如权利要求2或3所述的轴承测试机，其特征在于：

所述车轴驱动部包括：

驱动工作台；

在铅垂方向上驱动所述驱动工作台的Z轴驱动部；

将所述驱动工作台和所述Z轴驱动部以在所述X轴方向和所述Y轴方向上可滑动的方式连结的XY轴滑动机构；

在所述X轴方向上驱动所述驱动工作台的X轴驱动部；

将所述驱动工作台和所述X轴驱动部以在铅垂方向和所述Y轴方向上可滑动的方式连结的YZ轴滑动机构；和

将所述驱动工作台和所述轴承部以绕铅垂轴可摇动的方式连结的Z轴旋转机构。

5.如权利要求4所述的轴承测试机，其特征在于：

所述车轴驱动部包括：

在所述Y轴方向上驱动所述驱动工作台的Y轴驱动部；和

将所述驱动工作台和所述Y轴驱动部以在铅垂方向和所述X轴方向上可滑动的方式连结的ZX轴滑动机构。

6.如权利要求1～5中任一项所述的轴承测试机，其特征在于：

所述受测体保持部包括：

保持所述受测体的轴箱；和

对所述轴箱施加铅垂方向的负载的弹性部件。

7.如权利要求6所述的轴承测试机，其特征在于：

包括一对所述车轴驱动部。

8.如权利要求7所述的轴承测试机，其特征在于：

所述受测体包括第一受测体和第二受测体，所述第一受测体和所述第二受测体分别安装于所述测试机轴的一端部和另一端部，

所述轴箱包括：

保持所述第一受测体的第一轴箱；和

保持所述第二受测体的第二轴箱，

所述弹性部件包括：

对所述第一轴箱施加铅垂方向的负载的第一弹性部件；和

对所述第二轴箱施加铅垂方向的负载的第二弹性部件，

所述车轴驱动部包括：

在所述第一轴箱侧驱动所述测试机轴的第一车轴驱动部；和

在所述第二轴箱侧驱动所述测试机轴的第二车轴驱动部。

9.如权利要求6～8中任一项所述的轴承测试机，其特征在于：

还包括支承所述弹性部件的一端的框架部，

所述弹性部件的另一端固定于所述轴箱。

10.如权利要求6～9中任一项所述的轴承测试机，其特征在于：

所述弹性部件是螺旋弹簧。