CN105973601A - 适用于滚动轴承加速寿命试验台 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于滚动轴承加速寿命试验台，其包括电机等，所述电机与减速箱输入端用尼龙联轴器相连，减速箱输出端用联轴器与支撑轴相连；支撑轴的两端用陪试轴承进行支承；待测轴承安装在支撑轴第三阶梯，由夹紧环固定待测轴承的外圈，并由夹紧环的内圈挡板和支撑轴第四阶梯限制其轴向移动；螺纹孔力传导板的一面抵在杠杆臂的一端上，螺纹孔力传导板的另一面固定在轮辐式拉压力传感器的外圈螺纹孔上；加载力杆一端与轮辐式拉压力传感器的内圈通过螺纹连接，加载力杆另一端穿过导轨轴承后插入夹紧环上的定位孔内并利用螺纹连接锁紧，支撑架套在导轨轴承上。本发明利用在电机与支撑轴之间加入减速箱，在保证高扭矩的同时实现低转速试验要求。

Description

适用于滚动轴承加速寿命试验台
技术领域
本发明涉及一种试验台，特别涉及一种适用于滚动轴承的加速寿命试验台。
背景技术
滚动轴承是应用广泛的重要机械基础部件，在国民经济和国防事业各个领域扮演重要角色。滚动轴承作为机械结构的薄弱环节之一，除了要承受能量转换零部件传递给基础的交变载荷，还要承受工况波动引起的随机载荷，容易发生疲劳失效。因此，通过采集滚动轴承的加速寿命数据对其进行疲劳失效规律的研究有重要意义。但是正常工况下滚动轴承工作寿命很长，无法在较短时间内获取其全寿命周期内的性能退化规律。因此，设计一种可以加速滚动轴承性能退化过程的加速寿命试验台，并采集试验过程中的寿命数据加以分析，可为研究滚动轴承疲劳失效规律提供有益帮助。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种适用于滚动轴承的加速寿命试验台，利用在电机与支撑轴之间加入减速箱，在保证高扭矩的同时实现低转速试验要求。利用杠杆作用给待测滚动轴承施加过载动载荷，满足大负载工况的试验需求，并通过数据采集装置采集待测滚动轴承的加速寿命试验数据。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，其包括尼龙联轴器、电机、减速箱、联轴器、陪试轴承、待测轴承、支撑轴、夹紧环、支撑架、导轨轴承、加载力杆、轮辐式拉压力传感器、杠杆臂、杠杆定位销、杠杆支撑座、螺纹孔力传导板、气缸、基础底板，所述电机与减速箱输入端用尼龙联轴器相连，减速箱输出端用联轴器与支撑轴相连；支撑轴的两端用陪试轴承进行支承；待测轴承安装在支撑轴第三阶梯，由夹紧环固定待测轴承的外圈，并由夹紧环的内圈挡板和支撑轴第四阶梯限制其轴向移动；螺纹孔力传导板的一面抵在杠杆臂的一端上，螺纹孔力传导板的另一面固定在轮辐式拉压力传感器的外圈螺纹孔上；加载力杆一端与轮辐式拉压力传感器的内圈通过螺纹连接，加载力杆另一端穿过导轨轴承后插入夹紧环上的定位孔内并利用螺纹连接锁紧，支撑架套在导轨轴承上；气缸的输出载荷作用在杠杆的另一端上；杠杆支撑座位于杠杆定位销的底部，陪试轴承、杠杆支撑座都固定于基础底板上；杠杆臂通过通孔与杠杆定位销的第十一阶梯固定，杠杆臂的底部由杠杆定位销的第十二阶梯支撑，上端由六角锁紧螺母固定并留0.1mm间隙，实现杠杆的载荷放大作用。
优选地，所述电机最高转速为3000RPM，实现两级减速，传动比为3：2：1，以调整待测轴承的运行转速。
优选地，所述夹紧环为一个信号采集装置内的各种传感器提供了支撑；信号采集装置实时测量轴承的位移信号和转动速度的大小，并将采集的信号经处理后及时反馈给电脑；信号采集装置包括加速度位移传感器、温度传感器、信号采集卡，信号采集卡将加速度位移传感器、温度传感器检测的加速度、温度信号传递给电脑上的信号采集软件，以得到待测滚动轴承的实时工作数据，并进行特征分析，用以进行加速寿命分析。
优选地，所述陪试轴承的额定动载荷大于施加于待测轴承的过载载荷。
优选地，所述支撑轴为阶梯轴。
优选地，所述夹紧环起到夹持待测轴承，使载荷从加载力杆通过夹紧环传递到待测轴承外圈的作用。
优选地，所述导轨轴承起导向作用。
优选地，所述螺纹孔力传导板的一面接触杠杆臂，另一面通过轮辐式拉压力传感器的外圈的八个螺纹孔固定，将力从杠杆臂传递给轮辐式拉压力传感器的外圈。
优选地，所述杠杆定位销上设有第十一阶梯、第十二阶梯、第十三阶梯、第十四阶梯，杠杆定位销的第十二阶梯尺寸与杠杆臂通孔为间隙配合；第十三阶梯尺寸大于第二阶梯起到支撑作用；杠杆臂通过通孔与杠杆定位销的第十一阶梯固定，下端由杠杆定位销的第十三阶梯支撑，上端由六角螺母限制，第十二阶梯厚度大于杠杆臂厚度0.1mm。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
第一，利用气缸和杠杆能实现载荷的放大和加载载荷的调节，即通过改变气缸两端压力差来调整气缸输出载荷的大小，改变待测滚动轴承的性能退化速度，便于研究滚动轴承负载大小与滚动轴承寿命长短间的规律；
第二，电机和减速箱可以实现多级调速既保证了低转速高转矩的要求，也能方便采集多种转速下待测滚动轴承的性能退化数据，分析相同载荷、不同工作转速下轴承的寿命变化规律；
第三，杠杆臂与加载力杆第一部分之间为点接触，保证了放大后的动载荷垂直作用于待测轴承。
第四，杠杆定位销为阶梯式结构，上端用六角锁紧螺母限制，与下端阶梯间距大于杠杆臂厚度0.1mm,减少了杠杆臂旋转时的弯矩的损耗。
第六，夹紧环的存在避免了加载杆与待测轴承的直接接触，保证了加载杆的定位精度，并为加速度位移传感器和温度传感器提供了安装位置，使信号采集位置与待测轴承距离较近，用于分析的加速寿命试验数据的信噪比得到提高。
第七，通过杠杆作用，对施加的载荷进行放大，实现大负载工况要求。
附图说明
图1是本发明的适用于滚动轴承的加速寿命试验台结构三维图。
图2是试验台动态加载和载荷传递部分的结构半剖图。
图3是适用于滚动轴承全寿命数据采集试验台俯视图。
图4是夹紧环示意图。
图5是支撑轴示意图。
图6是杠杆定位销示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例作详细的说明。
通过图1与图2可知，本发明适用于滚动轴承加速寿命试验台包括尼龙联轴器1、电机2、减速箱3、联轴器4、陪试轴承5、待测轴承6、支撑轴7、夹紧环8、支撑架9、导轨轴承10、加载力杆11、轮辐式拉压力传感器12、杠杆臂13、杠杆定位销14、杠杆支撑座15、螺纹孔力传导板16、气缸17、基础底板18，所述电机与减速箱输入端用尼龙联轴器相连，减速箱输出端用联轴器与支撑轴相连；支撑轴的两端用陪试轴承进行支承；待测轴承安装在支撑轴第三阶梯，由夹紧环固定待测轴承的外圈，并由夹紧环的内圈挡板和支撑轴第四阶梯限制其轴向移动；螺纹孔力传导板的一面抵在杠杆臂的一端上，螺纹孔力传导板的另一面固定在轮辐式拉压力传感器的外圈螺纹孔上；加载力杆一端与轮辐式拉压力传感器的内圈通过螺纹连接，加载力杆另一端穿过导轨轴承后插入夹紧环上的定位孔内并利用螺纹连接锁紧，支撑架套在导轨轴承上；气缸的输出载荷作用在杠杆的另一端上；杠杆支撑座位于杠杆定位销的底部，陪试轴承、杠杆支撑座都固定于基础底板上；杠杆臂通过通孔与杠杆定位销的第十一阶梯固定，杠杆臂的底部由杠杆定位销的第十二阶梯支撑，上端由六角锁紧螺母固定并留0.1mm间隙，实现杠杆的载荷放大作用。
通过调节电机2运行速度，可调整滚动轴承运行速度，实现相同过载载荷作用下，疲劳破坏速度的改变；与此同时，还可通过调整气缸17输出力的大小，实现过载载荷大小的调节，以改变轴承疲劳破坏的速度。所述电机最高转速为3000RPM，可以实现两级减速，传动比为3：2：1，以调整待测轴承的运行转速。
通过图2可知，通过调整气缸17两端压力差推动气缸活塞杆给杠杆臂的长端加载，杠杆起到载荷放大作用，从而将放大后的载荷通过杠杆臂短端依次传递给轮辐式拉压力传感器12、加载力杆11、夹紧环8，作用于待测轴承外圈上，使待测轴承承受高于其额定动载荷的载荷作用，进而加速滚动轴承的疲劳破坏。螺纹孔力传导板16与杠杆臂相连部分的一侧承受杠杆臂的载荷，另一侧固定在轮辐式力传感器外圈的八个螺纹孔上。加载力杆11一端通过外螺纹与轮辐式力传感器的内圈螺纹孔连接，一端通过支撑架9支撑和导轨轴承10导向后插入到夹紧环的定位孔4中。导轨轴承外圈与支撑架内孔配合。 陪试轴承5安装在基础底板18上，并通过联轴器与减速箱相连。
通过图5可知，支撑轴7为阶梯轴且设有第一阶梯31、第二阶梯32、第三阶梯33、第四阶梯34、第五阶梯35，第一阶梯与第五阶梯两端配合陪试轴承内圈尺寸，第三阶梯配合待测轴承6内径,第二阶梯尺寸小于待测轴承与陪试轴承内圈尺寸0.1mm便于待测轴承的拆装；第四阶梯大于第三阶梯2mm与夹紧环内圈挡板一起起到轴向定位作用。
通过图3和图4可知，夹紧环上设有第一螺纹孔21、第二螺纹孔22、通孔23、孔24，第一螺纹孔21、第二螺纹孔22都用来安装加速度位移传感器，分别测量待测轴承X方向和Y方向的振动信号。通孔23用来安装温度传感器测量滚动轴承的实时温度。孔24用来接收来自加载力杆传递的径向载荷，并作用在待测滚动轴承的外圈上，同时起到限制待测轴承轴向移动，以及固定轴承外圈的作用。夹紧环起到夹持待测轴承，使载荷从加载力杆通过夹紧环传递到待测轴承外圈的作用；除此之外，夹紧环上可安装加速度位移传感器和温度传感器。另外，夹紧环通过螺纹孔，实现待测轴承的夹紧和拆卸。
通过图6可知，杠杆定位销14上设有第十一阶梯41、第十二阶梯42、第十三阶梯43、第十四阶梯44，杠杆定位销14的第十二阶梯尺寸与杠杆臂13通孔为间隙配合。第十三阶梯尺寸大于第二阶梯起到支撑作用。杠杆臂13通过通孔与杠杆定位销14的第十一阶梯固定，下端由杠杆定位销14的第十三阶梯支撑，上端由六角螺母限制，第十二阶梯厚度大于杠杆臂厚度0.1mm。杠杆臂与螺纹孔垫块之间为点接触，载荷的放大比例为四。杠杆定位销的第十四阶梯插入定位通孔并焊接固定于支撑座，支撑座通过四个螺纹孔固定在基础底板上。
电机和减速箱在保证扭矩的前提下提供多转速；陪试轴承、轴承座和轴为待测轴承提供支撑与对比；轮辐式力传感器、螺纹孔力传导板、加载力杆、杠杆臂、气泵、气缸为力的加载机构，既提供了径向载荷，又能实时的得到径向力的大小；夹紧环和待测轴承为测试主体。夹紧环为一个信号采集装置内的各种传感器提供了支撑；信号采集装置实时测量轴承的位移信号和转动速度的大小，并将采集的信号经处理后及时反馈给电脑；信号采集装置包括加速度位移传感器、温度传感器、信号采集卡，信号采集卡将加速度位移传感器、温度传感器检测的加速度、温度信号传递给电脑上的信号采集软件，以得到待测滚动轴承的实时工作数据，并进行特征分析，用以进行加速寿命分析。导轨轴承起导向作用。
本发明通过调整气泵压力使气缸两侧产生压力差，推动气缸活塞杆给杠杆臂长端加载。杠杆臂起到载荷放大作用，从而将放大的载荷通过杠杆臂短端依次传递给轮辐式拉压力传感器、加载力杆、夹紧环，作用于待测轴承外圈上，使待测轴承承受高于其额定动载荷的载荷作用，进而加速滚动轴承的疲劳破坏。通过调节电机运行速度，可调整滚动轴承运行速度，实现相同过载载荷作用下，疲劳破坏速度的改变；与此同时，还可通过调整气缸输出力的大小，实现过载载荷大小的调节，以改变轴承疲劳破坏的速度。通过轮辐式拉压力传感器可测得过载载荷的大小；通过光电传感器可测得电机与待测轴承的实时转速；通过安装于加紧环上的加速度传感器可测得待测滚动轴承的实时振动信号，用以判断轴承的运行状态。

Claims (9)

1.一种适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，其包括尼龙联轴器、电机、减速箱、联轴器、陪试轴承、待测轴承、支撑轴、夹紧环、支撑架、导轨轴承、加载力杆、轮辐式拉压力传感器、杠杆臂、杠杆定位销、杠杆支撑座、螺纹孔力传导板、气缸、基础底板，所述电机与减速箱输入端用尼龙联轴器相连，减速箱输出端用联轴器与支撑轴相连；支撑轴的两端用陪试轴承进行支承；待测轴承安装在支撑轴第三阶梯，由夹紧环固定待测轴承的外圈，并由夹紧环的内圈挡板和支撑轴第四阶梯限制其轴向移动；螺纹孔力传导板的一面抵在杠杆臂的一端上，螺纹孔力传导板的另一面固定在轮辐式拉压力传感器的外圈螺纹孔上；加载力杆一端与轮辐式拉压力传感器的内圈通过螺纹连接，加载力杆另一端穿过导轨轴承后插入夹紧环上的定位孔内并利用螺纹连接锁紧，支撑架套在导轨轴承上；气缸的输出载荷作用在杠杆的另一端上；杠杆支撑座位于杠杆定位销的底部，陪试轴承、杠杆支撑座都固定于基础底板上；杠杆臂通过通孔与杠杆定位销的第十一阶梯固定，杠杆臂的底部由杠杆定位销的第十二阶梯支撑，上端由六角锁紧螺母固定并留0.1mm间隙，实现杠杆的载荷放大作用。
2.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述电机最高转速为3000RPM，实现两级减速，传动比为3：2：1，以调整待测轴承的运行转速。
3.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述夹紧环为一个信号采集装置内的各种传感器提供了支撑；信号采集装置实时测量轴承的位移信号和转动速度的大小，并将采集的信号经处理后及时反馈给电脑；信号采集装置包括加速度位移传感器、温度传感器、信号采集卡，信号采集卡将加速度位移传感器、温度传感器检测的加速度、温度信号传递给电脑上的信号采集软件，以得到待测滚动轴承的实时工作数据，并进行特征分析，用以进行加速寿命分析。
4.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述陪试轴承的额定动载荷大于施加于待测轴承的过载载荷。
5.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述支撑轴为阶梯轴。
6.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述夹紧环起到夹持待测轴承，使载荷从加载力杆通过夹紧环传递到待测轴承外圈的作用。
7.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述导轨轴承起导向作用。
8.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述螺纹孔力传导板的一面接触杠杆臂，另一面通过轮辐式拉压力传感器的外圈的八个螺纹孔固定，将力从杠杆臂传递给轮辐式拉压力传感器的外圈。
9.根据权利要求1所述的适用于滚动轴承加速寿命试验台，其特征在于，所述杠杆定位销上设有第十一阶梯、第十二阶梯、第十三阶梯、第十四阶梯，杠杆定位销的第十二阶梯尺寸与杠杆臂通孔为间隙配合；第十三阶梯尺寸大于第二阶梯起到支撑作用；杠杆臂通过通孔与杠杆定位销的第十一阶梯固定，下端由杠杆定位销的第十三阶梯支撑，上端由六角螺母限制，第十二阶梯厚度大于杠杆臂厚度0.1mm。
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