CN105954036A - 一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承刚度检测技术领域，提出一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置及方法。提出的带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置包括有底座（1）、固定在底座上的立板（3）、测量表架（6）、测量表（7）和负荷块；立板（3）上固定有定位盘（5）；定位盘（5）为中心具有阶梯通孔的环状结构；测量表架（6）安装在立板（3）上部的测量面上；带安装边的轴承套圈（9）通过定位盘（5）安装在立板（3）上；检测装置还包括有加载组件（8）；加载组件（8）为由上半环（13）、下半环（14）连接而成的环形结构；负荷块（11）悬挂在加载组件的下半环（14）上。本发明解决了带安装边的弹性支承轴承套圈径向刚度检测装置的局限性问题。

Description

一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置及方法

技术领域

本发明属于轴承刚度检测技术领域，主要涉及一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置及方法,适用于带有外安装边弹性支承轴承套圈径向刚度的精密测量。

背景技术

弹性支承轴承广泛应用于航空、航天等高端机械回转装置的关键部位中，弹性支承轴承套圈的径向刚度指标是弹性支承轴承的重要特性，其径向刚度的检测涉及到航天、航空机械主机的安全性及可靠性。现有的弹性支承套圈的径向刚度检测方法通常是通过螺栓直接固定安装被测轴承套圈，且在弹性支承轴承套圈的自由端上利用挂绳直接加集中载荷，利用测量表测出相应载荷下被测轴承套圈的变形量；通过所测得的变形量与理论刚度值转化而来的变形量参考范围进行比较，而间接判定被测轴承套圈径向刚度合格与否。

现有检测装置被测轴承套圈的固定安装方式一般是利用螺栓直接穿过安装边上的通孔将被测轴承套圈固定安装于立板上；这种安装固定方式会因为安装边上孔径大小和位置的不同，使得被测轴承套圈安装固定受力不均匀(若安装边上的孔分布不均且/或孔径大小不相同时)，并且使得所配安装螺钉直径受安装孔径大小限制，若螺钉强度不足，将影响测量精度，而且被测轴承套圈直接与螺栓紧固连接会造成安装边与安装孔的划伤或磨损；因此常规的安装方式具有一定的局限性，只适用于轴承套圈安装边孔径相同、分布均匀且孔径适当的弹性支承轴承套圈径向刚度的测量。

现有检测装置被测轴承套圈自由端的加载方式一般是利用挂绳套于被测轴承套圈的自由端，将挂盘组件挂于挂绳的下方依次进行加载。这种加载方式有以下局限性：针对加载和测量位置要求精确的轴承套圈来说，使用细挂绳时能保证加载位置和测量位置，但不能承受重载荷；如果使用粗挂绳会致使挂绳与测量表尖干涉，两者只能错位，从而导致加载中心与测量位置中心不一致，影响测量精度；另外绳子加载后的变形时间也导致测量时间的相对增长。因此该加载方式也存在一定的局限，会受限于较小外径轴承套圈的测量。

现有检测方法在对测量数据的计算方法和结果判定方面，通常利用载荷力（即相应载荷下所产生的力）与相应变形量的比值关系进行计算，得出同一载荷下对应多次测量数据所得比值的平均值，并与设计给出的理论刚度值进行比较，进而判定径向刚度指标合格与否；或者利用设计给出的理论刚度值转换为相应载荷下的变形量参考范围，通过实测所得的相应载荷下变形量与参考值进行比较，进而间接判定出被测轴承套圈径向刚度指标的合格与否；以上现有检测方法在对测量数据的计算方法没有建立起载荷与变形量之间的线性关系，对测量数据的处理缺乏考虑数据之间的关联性；在实际应用中存在一定的计算误差，在判定径向刚度指标方面准确度不高。

发明内容

本发明目的在于提出一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置及方法，使其能解决现有带安装边的弹性支承轴承套圈径向刚度检测装置的局限性问题，即解决被测轴承套圈的固定安装方式、加载方式的局限性以及对测量数据的计算方法和结果判定方面的准确度不高问题。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置，所述的检测装置包括有底座、固定在底座上的立板、测量表架、测量表和负荷块；所述的立板上固定有用以将轴承套圈固定在立板上的定位盘；所述定位盘为中心具有阶梯通孔的环状结构；定位盘中心所具有阶梯通孔的较小直径大于轴承套圈的外径，且小于轴承套圈安装边的外径；定位盘中心所具有阶梯通孔的较大直径孔作为用于安装轴承套圈安装边的安装孔，且定位盘中心所具有阶梯通孔较大直径孔的深度小于轴承套圈安装边的厚度；定位盘中心所具有阶梯通孔的台阶形成用以对轴承套圈的安装边进行限位的环形限位台阶；所述的定位盘上具有沿圆周均布的多个安装孔，测量表架安装在立板上部的测量面上；所述轴承套圈一端的安装边位于所述定位盘阶梯通孔的较大直径孔内，且所述轴承套圈的安装边贴紧于定位盘的台阶面上；所述轴承套圈的另一端伸出定位盘上的阶梯通孔；所述的定位盘通过内六角螺钉及螺母固定在所述的立板上，使带安装边的所述轴承套圈通过定位盘固定在所述的立板上，且所述轴承套圈带安装边的一端为轴承套圈的固定端；所述的检测装置还包括有用以对轴承套圈进行加载的加载组件；所述的加载组件安装在轴承套圈伸出定位盘阶梯通孔的一端，即轴承套圈自由端的外径部位；所述的加载组件为由上半环、下半环连接而成的环形结构；所述上半环的顶面为用以作为测量的平面；所述的测量表通过测量表架固定在所述立板的上部，且所述测量表的表尖顶触在所述上半环的顶面上；所述的负荷块通过挂盘组件悬挂在加载组件所述的下半环上。

所述的测量表架上具有用以安装测量表的安装孔。

采用一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置进行检测的方法为：

1）首先将带安装边的轴承套圈自由端穿过定位盘的阶梯通孔，使得定位盘台阶贴紧轴承套圈的安装边，并利用内六角螺钉对应穿过所述定位盘和所述立板的均布安装孔，利用螺母连接内六角螺钉将轴承套圈的带安装边一端固定在所述的立板上；在轴承套圈的自由端安装加载组件，并使加载组件的外侧端面与所述轴承套圈的自由端面平齐；

2）将测量表架固定在所述立板的上部，测量表安装于测量表架的安装孔中，并使测量表架的表尖与加载组件的上端面接触；

3）将负荷块通过挂盘组件悬挂在加载组件所述下半环上，通过负荷块、挂盘组件对轴承套圈进行预加载；待预加载荷稳定后，取下所述的负荷块，静置后将测量表调零完成预加载；

4）预加载完成后，对轴承套圈进行依次进行m组负荷加载，每组为n次，且m、n均大于等于3；

a）首先对轴承套圈进行第一组n次负荷加载，n大于等于3；加载负荷为y_i，对应每次负荷加载通过测量表得到一个变形量x_i；构建刚度直线方程y_i=kx_i+b，然后根据一组n次负荷的y_i计算得出一组n次负荷的平均值，并计算得出一组n次负荷所对应变形量的平均值；然后将y_i、x_i、 、带入公式中通过最小二乘法计算得出第一组负荷加载时轴承套圈的径向刚度值k₁，将k₁、、带入计算得出径向刚度值k₁所对应的截距b₁；

b）取下测量表，逐步卸下负荷挂盘组件及加载组件，依次松开内六角螺钉及螺母，使被测轴承套圈可以自由转动为止，再将被测轴承套圈进行顺时或逆时旋转一定角度，并按照1）至4）步骤进行紧固安装，完成对轴承套圈的第二组加载测量，并根据加载负荷与所测得的变形量，通过最小二乘法计算得出第二组负荷加载时轴承套圈的径向刚度值k₂以及k₂所对应的截距b₂；

c）重复步骤b）对轴承套圈进行多次加载测量，计算得出第m组负荷加载所对应的径向刚度值k_m以及k_m所对应的截距b_m；

d）将每组通过最小二乘法计算得到的径向刚度值k₁、k₁......k_m求取平均值，得到轴承套圈的径向刚度平均值。

本发明提出的一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置及方法，采用上述技术方案，具有如下有益效果：

1）本发明采用定位盘将轴承套圈固定在立板上，定位盘的圆周面上均布有多个安装孔，且一端具有相应的台阶，利用此种结构的定位盘可解决由被测套圈安装边孔径大小不同和孔位置分布不均所造成的无法直接安装或安装受力不均匀等问题，且对被测套圈安装边表面起到了保护作用；

2）本发明采用加载组件安装在被测轴承套圈自由端的外径部位，并用螺钉进行紧固；该加载组件是由上、下半环两部分组成，且上半环有一个测量接触平面，下半环有一个负荷挂孔，且两部分的耳端都有对应的紧固用通孔；利用此结构的加载组件解决了细挂绳只能承受轻载和粗挂绳影响测量位置的局限性问题；

3）该检测装置在解决对测量数据的计算处理和结果判定方法的准确度不高问题方面，依据测量数据间线性关系构建了刚度直线方程y=kx+b，其中y为所施加的载荷，x为对应于所施载荷下的变形量，k为刚度系数，b为截距；并采用了最小二乘法对每次测量数据进行拟合计算，进而得出被测轴承套圈的径向刚度平均值，通过与设计给出的理论值进行直接判定。该刚度直线方程在保证测量数据间的线性关系的基础上，运用了国际通用的最小二乘计算方法，比较科学的运用了刚度理论，且消除了由理论刚度值转化为变形量的转化误差，通过准确计算与理论值比较可直接判定被测轴承套圈的径向刚度合格与否。

综上所述，本发明解决了带安装边的弹性支承轴承套圈径向刚度检测装置的局限性问题，即解决了被测轴承套圈的固定安装方式、加载方式的局限性以及对测量数据的计算处理和结果判定方法的准确度不高问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明中定位盘的结构示意图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是本发明中加载组件的结构示意图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是本发明中挂盘组件的结构示意图。

图中：1、底座，2、配重负荷，3、立板，4、内六角螺钉及螺母，5、定位盘，6、测量表架，7、测量表，8、加载组件，9、轴承套圈，10、挂盘组件，11、负荷块，12、把手,13、上半环，14、下半环，15、挂钩，16、承盘。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明：

如图1、图2所示，一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置，所述的检测装置包括有底座1、固定在底座上的立板3、测量表架6、测量表7和负荷块11；所述的立板3上固定有用以将轴承套圈固定在立板上的定位盘5；结合图3、图4，所述定位,定位盘5为中心具有阶梯通孔的环状结构；定位盘中心所具有阶梯通孔的较小直径d1大于轴承套圈的外径，且小于轴承套圈安装边的外径；定位盘中心所具有阶梯通孔的较大直径孔作为用于安装轴承套圈安装边的安装孔，阶梯通孔的较大直径d2大于轴承套圈安装边的外径，且定位盘中心所具有阶梯通孔较大直径孔的深度h小于轴承套圈安装边的厚度；定位盘中心所具有阶梯通孔的台阶形成用以对轴承套圈的安装边进行限位的环形限位台阶；所述的定位盘上具有沿圆周均布的多个安装孔，测量表架安装在立板上部的测量面上；所述轴承套圈9一端的安装边位于所述定位盘阶梯通孔的较大直径孔内，且所述轴承套圈9的安装边贴紧于定位盘5的台阶面上；所述轴承套圈9的另一端伸出定位盘5上的阶梯通孔；所述的定位盘5通过内六角螺钉及螺母4固定在所述的立板3上，使带安装边的所述轴承套圈9通过定位盘5固定在所述的立板6上，且所述轴承套圈9带安装边的一端为轴承套圈的固定端；所述的检测装置还包括有用以对轴承套圈进行加载的加载组件8；所述的加载组件安装在伸出定位盘上的阶梯通孔的一端即轴承套圈自由端的外径部位；所述的加载组件8为由上半环13、下半环14连接而成的环形结构；所述上半环13的顶面为用以作为测量的平面；所述的测量表7通过测量表架6固定在所述立板3的上部，且所述测量表6的表尖顶触在所述上半环13的顶面上；所述的负荷块11通过挂盘组件10悬挂在加载组件所述的下半环14上；所述的挂盘组件10的结构较多，在此不一一说明，该实施例中挂盘组件10的结构如图7所示，所述的挂盘组件10由挂钩15和承盘16组成，挂钩15挂在加载组件下半环14的挂孔中，承盘16承载负荷块11。

所述的测量表架6上具有用以安装测量表7的安装孔。

采用一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置进行检测的方法为：

1）首先将带安装边的轴承套圈自由端穿过定位盘的阶梯通孔，使得定位盘台阶贴紧轴承套圈的安装边，并利用内六角螺钉对应穿过所述定位盘和所述立板的均布安装孔，利用螺母连接内六角螺钉将轴承套圈的带安装边一端固定在所述的立板上；在轴承套圈的自由端安装加载组件，并使加载组件的外侧端面与所述轴承套圈的自由端面平齐；

2）将测量表架固定在所述立板的上部，测量表安装于测量表架的安装孔中，并使测量表架的表尖与加载组件的上端面接触；

3）将负荷块通过挂盘组件悬挂在加载组件所述下半环上，通过负荷块、挂盘组件对轴承套圈进行预加载；待预加载荷稳定后，取下所述的负荷块，静置后将测量表调零完成预加载；

4）预加载完成后，对轴承套圈进行依次进行m组负荷加载，每组为n次，且m、n均大于等于3；

a）首先对轴承套圈进行第一组n次负荷加载，n大于等于3；加载负荷为y_i，对应每次负荷加载通过测量表得到一个变形量x_i；构建刚度直线方程y_i=kx_i+b，然后根据一组n次负荷的y_i计算得出一组n次负荷的平均值，并计算得出一组n次负荷所对应变形量的平均值；然后将y_i、x_i、、带入公式中通过最小二乘法计算得出第一组负荷加载时轴承套圈的径向刚度值k₁，将k₁、、带入计算得出径向刚度值k₁所对应的截距b₁；

b）取下测量表，逐步卸下负荷挂盘组件及加载组件，依次松开内六角螺钉及螺母，使被测轴承套圈可以自由转动为止，再将被测轴承套圈进行顺时或逆时旋转一定角度，并按照1）至4）步骤进行紧固安装，完成对轴承套圈的第二组加载测量，并根据加载负荷与所测得的变形量通过最小二乘法计算得出第二组负荷加载时轴承套圈的径向刚度值k₂以及k₂所对应的截距b₂；

c）重复步骤b）对轴承套圈进行多次加载测量，计算得出第m组负荷加载所对应的径向刚度值k_m以及k_m所对应的截距b_m；

d）将每组通过最小二乘法计算得到的径向刚度值k₁、k₁......k_m求取平均值，得到轴承套圈的径向刚度平均值。

然后通过与设计给出的刚度理论值k进行比较，进而判断出被测轴承套圈的径向刚度指标合格与否；该实施例中按照表1所述的载荷对轴承套圈进行加载，通过载荷与位移量的对应量利用最小二乘法计算所得出的刚度值如表1所示；

由表1可以看出，采用本发明所述的方法，比较科学地构建了负荷加载与变形量之间的线性关系，消除了由理论刚度值转化为变形量的转化误差，通过准确计算与理论值比较可直接判定被测轴承套圈的径向刚度指标合格与否。

表1 实施例数据表

Claims (3)

1.一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置，所述的检测装置包括有底座（1）、固定在底座上的立板（3）、测量表架（6）、测量表（7）和负荷块（11）；其特征在于：所述的立板（3）上固定有用以将轴承套圈固定在立板上的定位盘（5）；所述定位盘（5）为中心具有阶梯通孔的环状结构；定位盘（5）中心所具有阶梯通孔的较小直径大于轴承套圈的外径，且小于轴承套圈（9）安装边的外径；定位盘（5）中心所具有阶梯通孔的较大直径孔作为用于安装轴承套圈安装边的安装孔，且定位盘中心所具有阶梯通孔较大直径孔的深度小于轴承套圈安装边的厚度；定位盘（5）中心所具有阶梯通孔的台阶形成用以对轴承套圈的安装边进行限位的环形限位台阶；所述的定位盘（5）上具有沿圆周均布的多个安装孔，测量表架（6）安装在立板（3）上部的测量面上；所述轴承套圈（9）一端的安装边位于所述定位盘阶梯通孔的较大直径孔内，且所述轴承套圈（9）的安装边与定位盘的台阶面紧密贴合；所述轴承套圈（9）的另一端伸出定位盘（5）上的阶梯通孔；所述的定位盘（5）通过内六角螺钉及螺母（4）固定在所述的立板（3）上，使带安装边的所述轴承套圈通过定位盘固定在所述的立板上，且所述轴承套圈带安装边的一端为轴承套圈的固定端；所述的检测装置还包括有用以对轴承套圈进行加载的加载组件（8）；所述的加载组件安装在轴承套圈伸出定位盘阶梯通孔的一端即轴承套圈自由端的外径部位；所述的加载组件（8）为由上半环（13）、下半环（14）连接而成的环形结构；所述上半环（13）的顶面为用以作为测量的平面；所述的测量表（7）通过测量表架（6）固定在所述立板（3）的上部，且所述测量表（6）的表尖顶触在所述上半环（13）的顶面上；所述的负荷块（11）通过挂盘组件（10）悬挂在加载组件所述的下半环（14）上。

2.如权利要求1所述的一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置，其特征在于：所述的测量表架（6）上具有用以安装测量表（7）的安装孔。

3.采用权利要求1所述的一种带安装边轴承套圈径向刚度的检测装置进行检测的方法为：

首先将带安装边的轴承套圈自由端穿过定位盘的阶梯通孔，使得定位盘台阶贴紧轴承套圈的安装边，并利用内六角螺钉对应穿过所述定位盘和所述立板的均布安装孔，利用螺母连接内六角螺钉将轴承套圈的带安装边一端固定在所述的立板上；在轴承套圈的自由端安装加载组件，并使加载组件的外侧端面与所述轴承套圈的自由端面平齐；

2）将测量表架固定在所述立板的上部，测量表安装于测量表架的安装孔中，并使测量表架的表尖与加载组件的上端顶面接触；

3）将负荷块通过挂盘组件悬挂在加载组件所述下半环上，通过负荷块、挂盘组件对轴承套圈进行预加载；待预加载荷稳定后，取下所述的负荷块，静置后将测量表调零完成预加载；

4）预加载完成后，对轴承套圈进行依次进行m组负荷加载，每组为n次，且m、n均大于等于3；

a）首先对轴承套圈进行第一组n次负荷加载，n大于等于3；加载负荷为y_i，对应每次负荷加载通过测量表得到一个变形量x_i；构建刚度直线方程y_i=kx_i+b，然后根据一组n次负荷的y_i计算得出一组n次负荷的平均值，并计算得出一组n次负荷所对应变形量的平均值；然后将y_i、x_i、 、带入公式中通过最小二乘法计算得出第一组负荷加载时轴承套圈的径向刚度值k₁，将k₁、、带入计算得出径向刚度值k₁所对应的截距b₁；

b）取下测量表，逐步卸下负荷挂盘组件及加载组件，依次松开内六角螺钉及螺母，使被测轴承套圈可以自由转动为止，再将被测轴承套圈进行顺时或逆时旋转一定角度，并按照1）至4）步骤进行紧固安装，完成对轴承套圈的第二组组加载测量，并根据加载负荷与所测得的变形量通过最小二乘法计算得出第二组负荷加载时轴承套圈的径向刚度值k₂以及k₂所对应的截距b₂；

c）重复步骤b）对轴承套圈进行多次加载测量，计算得出第m组负荷加载所对应的径向刚度值k_m以及k_m所对应的截距b_m；

d）将每组通过最小二乘法计算得到的径向刚度值k₁、k₁......k_m求取平均值，得到轴承套圈的径向刚度平均值。