CN106092577A - 高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置 - Google Patents

高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置。它包括基座、驱动机构、加载机构和保持架位移测量机构。所述驱动机构是由并排安装在基座上的第一驱动机构和第二驱动机构组成，第一和第二两个驱动机构分别驱动被试轴承的内圈和外圈作反向转动；所述加载结构包括径向加载机构和轴向加载机构，分别对被试轴承径向和轴向施加载荷；所述保持架位移测量机构是两个激光线位移传感器安装在基座上并垂直布置于靠近被试轴承外端，对准被试轴承的保持架进行其中心轴向及径向位移测量。

Description

高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置
技术领域
本发明涉及高速角接触球轴承动态性能测试领域，具体为一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置。
背景技术
对轻载高速的角接触球轴承，其失效主要归因于轴承零件的不稳定运动而不是疲劳，其中保持架的打滑和不稳定运动是高速滚动轴承突然失效的重要原因之一。由于保持架与滚动体、套圈引导挡边的碰撞和摩擦以及保持架惯性力、润滑效应之间的耦合作用，使得保持架的运动十分复杂。关于保持稳定性的理论和试验研究一直是滚动轴承动态特性研究的热点和难点问题。随着计算机技术、数值算法及传感测量技术的发展，人们对这一问题的研究越来越深入，特别是以Gupta为代表的滚动轴承动力学分析模型建立以来，保持架稳定性的理论分析取得了迅猛的发展，在此基础上开发的滚动轴承动力学分析软件ADORE具备了分析轴承组件的各种稳态、瞬态运动规律和受力状态。通过动力学仿真，分析了工况参数、几何参数及润滑参数对保持架稳定性的影响，为高速滚动轴承的设计、性能优化及寿命预测提供了理论依据。然而，理论模型的建立不可避免地要进行一些假设、简化，其结果的准确性和可靠性需要经过充分的实验验证。由于保持架运动的复杂性及传感测量技术的限制，高速滚动轴承保持架稳定性的实验研究稍显滞后。因此，有必要提出一种先进的，能够真实模拟高速滚动轴承复杂工况的保持架动态特性测试实验装置，以探究保持架的运动规律及其磨损、断裂失效的机理，并为理论分析提供试验验证数据。
经查阅资料，已有的滚动轴承保持架中心运动轨迹的测试试验机，主要结构形式是由电机驱动被试轴承的一个套圈转动，另一套圈固定，通过液压加载系统可实现轴向径向联合加载，在保持架的轴向和径向分别布置点位移传感器，保持架径向位移的测量需要加宽保持架或在静止套圈上开槽以得到传感器的感应区域。以上的结构形式能够满足转速不是很高（10000 r/min左右）的试验要求，但也存在一些不足：受电机或主轴转速的限制，驱动一个套圈旋转时内外圈相对转速不能达到较高的水平；受位移传感器采样频率的限制，被试轴承保持架的转速也不能过高；加宽保持架或在静止套圈上开槽都会对轴承性能和润滑产生影响。为此提出一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，能够提高轴承内外圈相对转速，同时可以适当降低保持架转速以克服高速时传感器采样频率的限制，在不改变或破坏轴承结构形式的前提下，可以方便、有效地测试任意载荷作用下高速角接触球轴承保持架的动态特性。
发明内容
本发明的目的是为了克服高速角接触球轴承保持架动态特性测试试验中，由于电机或主轴转速及位移传感器采样频率的限制，被试轴承内圈及保持架转速不能升高，保持架径向位移测试需要改变或破坏轴承结构的技术缺陷，提出一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，实现在轴承内外圈相对转速较高的情况下，不改变被试轴承的结构形式即可准确、方便地测试保持架的转速、轴向摆动及径向涡动。
为达到上述目的，本发明的构思是：采用两个电机分别驱动轴承内外圈反向旋转，一方面可以大大提高轴承内外圈的相对转速；另一方面降低了保持架的实际转速，解决了位移传感器采样频率的限制。运用摩擦轮传动，通过弹簧对加载轮施加压力，传递运动的同时可以对被试轴承施加径向载荷，被试角接触球轴承成对安装，通过垫片调节轴向载荷，从而实现对被试轴承轴向、径向联合加载。在被试轴承保持架端部垂直布置两个激光线位移传感器，而不需要在保持架径向布置点位移传感器即可同时测得保持架的轴向和径向位移。而且，只需在保持架轴向布置传感器，减少了位移传感器的数量，降低试验成本，同时线位移传感器保证了同一测量点轴向和径向位移数据的同步性。
根据上述发明构思，通过如下技术方案达到发明目的：
一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，它包括基座、驱动机构、加载机构和保持架位移测量机构，其特征在于：所述驱动机构是由并排安装在基座上的第一驱动机构和第二驱动机构组成，第一和第二两个驱动机构分别驱动被试轴承的内圈和外圈作反向转动；所述加载结构包括径向加载机构和轴向加载机构，分别对被试轴承径向和轴向施加载荷；所述保持架位移测量机构是两个激光线位移传感器安装在基座上并垂直布置于靠近被试轴承外端，对准被试轴承的保持架进行其中心轴向及径向位移测量。
所述第一驱动机构是一个电机甲通过一个联轴器甲连接一根传动轴甲驱动被试轴承内圈；所述第二驱动机构是一个电机乙通过一根传动轴乙、一个摩擦轮传动机构驱动被试轴承外圈；两个电机甲、乙并排布置；所述传动轴甲一端与被试轴承内圈紧固连接，传动轴乙的一端与摩擦轮紧固连接，通过一个加载轮与套装在被试轴承外圈上另一摩擦轮组成摩擦轮传动机构，所述两个传动轴甲、乙分别安装在两个轴承支座甲、乙上；所述径向加载机构是加载轮与两摩擦轮接触并呈三角形布置，通过一个弹簧压紧加载轮对被试轴承外圈施加径向载荷；所述轴向加载机构是：两个被试轴承成对并列安装，通过垫片调节轴向载荷；设置两电机甲、乙的转速，使被试轴承的内外圈反向旋转，通过两个激光线位移传感器可方便、有效地测试任意载荷作用下高速角接触球轴承保持架的转速、轴向摆动及径向涡动。
所述两个电机并排布置，通过传动轴、摩擦轮传动分别驱动被试轴承内、外套圈反向旋转，可以获得更高的内外圈相对转速，同时可以降低保持架实际转速，克服了保持架转速较高时传感器采样频率的限制。
所述摩擦轮传动机构是摩擦轮与传动轴一端紧固连接，另一摩擦轮与被试轴承外圈紧固连接，加载轮与两摩擦轮接触并呈三角形布置，通过弹簧压紧加载轮使之与摩擦轮之间产生压力以实现摩擦传动。
所述加载轮通过一个轴承与加载轮支架的横梁连接，所述加载轮支架的横梁套在支架的竖杆上可上下移动，通过一个螺母压紧同样套在支架竖杆上的弹簧使加载轮与摩擦轮之间产生压力，压力经摩擦轮传递至被试轴承外圈对被试轴承径向加载，被试轴承成对安装，通过垫片调节轴向载荷，可实现对被试轴承轴向、径向联合加载。
所述两个激光线位移传感器垂直布置在被试轴承保持架的端部，通过传感器支架固定在基座上，所述支架的横梁与竖杆之间通过转动平台连接，使传感器能够绕转动平台的轴线转动，转动平台的轴线应与被试轴承的轴线对中，以便在被试轴承周向不同位置对保持架轴向及径向位移进行测量。
所述电机及轴承支座安装在同一基座上面，装配时，应保证电机轴线分别与轴承支座轴线对中，两轴承支座轴线平行，三个摩擦轮之间没有偏歪斜。
本发明与现有技术比较，具有如下突出实质性特点和显著的优点：
本发明采用两个电机分别驱动轴承内外圈反向旋转，一方面可以大大提高轴承内外圈的相对转速；另一方面可以适当降低保持架的实际转速，克服了单个电机驱动转速不高及位移传感器采样频率的限制。运用摩擦轮传动，通过弹簧对加载轮施加压力，传递运动的同时可以对被试轴承施加径向载荷，被试角接触球轴承成对安装，通过垫片调节轴向载荷，从而实现对被试轴承轴向、径向联合加载。在被试轴承保持架端部垂直布置两个激光线位移传感器，而不需要在保持架径向布置点位移传感器即可同时测得保持架的轴向和径向位移。而且，线位移传感器保证了同一测量点轴向和径向位移数据的同步性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中传动轴示意图；
图3是本发明中摩擦轮传动示意图；
图4是本发明中加载轮及其支架结构示意图；
图5是本发明中激光线位移传感器及其支架结构示意图；
图6是本发明中轴承支座结构示意图。
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1，一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，它包括基座(21)、驱动机构、加载机构和保持架位移测量机构，其特征在于：所述驱动机构是由并排安装在基座(21)上的第一驱动机构和第二驱动机构组成，第一和第二两个驱动机构分别驱动被试轴承(7)的内圈和外圈作反向转动；所述加载结构包括径向加载机构和轴向加载机构，分别对被试轴承(7)径向和轴向施加载荷；所述保持架位移测量机构是两个激光线位移传感器(8,10)安装在基座(21)上并垂直布置于靠近被试轴承(7)外端，对准被试轴承(7)的保持架进行其中心轴向及径向位移测量。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
参见图1～图6，所述第一驱动机构是一个电机甲(1)通过一个联轴器甲(2)连接一根传动轴甲(5)驱动被试轴承(7)内圈；所述第二驱动机构是一个电机乙(20)通过一根传动轴乙(16)、一个摩擦轮传动机构驱动被试轴承(7)外圈；两个电机甲、乙(1,20)并排布置；所述传动轴甲(5)一端与被试轴承(7)内圈紧固连接，传动轴乙(16)的一端与摩擦轮(13)紧固连接，通过一个加载轮(11)与套装在被试轴承(7)外圈上另一摩擦轮(6)组成摩擦轮传动机构，所述两个传动轴甲、乙(5,16)分别安装在两个轴承支座甲、乙(3,18)上；所述径向加载机构是加载轮(11)与两摩擦轮(6,13)接触并呈三角形布置，通过一个弹簧(15)压紧加载轮(11)对被试轴承(7)外圈施加径向载荷；所述轴向加载机构是：两个被试轴承(7)成对并列安装，通过垫片调节轴向载荷；设置两电机甲、乙(1,20)的转速，使被试轴承(7)的内外圈反向旋转，通过两个激光线位移传感器(8,10)可方便、有效地测试任意载荷作用下高速角接触球轴承(7)保持架的转速、轴向摆动及径向涡动。
实施例三：
参见图1～图6，本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述两个电机甲、乙(1,20)并排布置，通过传动轴甲、乙(5,16)、摩擦轮传动机构分别驱动被试轴承(7)内、外圈反向旋转。所述摩擦轮传动结构是摩擦轮(13)与传动轴(16)一端紧固连接，另一摩擦轮(6)与被试轴承(7)外圈紧固连接，加载轮(11)与两摩擦轮(6,13)接触并呈三角形布置，通过弹簧(15)压紧加载轮(11)使之与摩擦轮(6,13)之间产生压力以实现摩擦传动。所述加载轮(11)通过轴承(12)与加载轮支架(14)的横梁连接，所述支架(14)横梁套在支架(14)竖杆上可上下移动，通过螺母压紧同样套在支架(14)竖杆上的弹簧(15)使加载轮(11)与摩擦轮(6,13)之间产生压力，压力经摩擦轮(6)传递至被试轴承(7)外圈对被试轴承径向加载，被试角接触球轴承(7)成对安装，通过垫片调节轴向载
荷，可实现对被试轴承(7)轴向、径向联合加载。所述两个激光线位移传感器(8,10)垂直布置在被试轴承(7)的端部，传感器(8,10)通过支架(9)固定在基座上，所述支架(9)的横梁与竖杆之间通过转动平台连接，使传感器(8,10)能够绕转动平台的轴线转动，转动平台的轴线应与被试轴承(7)的轴线对中，以便在被试轴承(7)的周向不同位置对保持架轴向及径向位移进行测量。所述电机甲、乙(1,20)及轴承支座甲、乙(3,18)安装在同一基座上面，装配时，应保证电机甲、乙(1,20)轴线分别与轴承支座甲、乙(3,18)轴线对中，两轴承支座甲、乙(3,18)轴线平行，三个摩擦轮(6,11,13)之间没有偏歪斜。
实施例四：
本实施例是：参见图1，一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，包括驱动、加载、激光线位移测量机构，所述驱动机构的特征是：两个电机甲、乙(1,20)并排布置，分别通过传动轴甲、乙(5,16)、摩擦轮传动机构分别驱动被试轴承(7)内、外圈反向旋转。所述传动轴的特征是：传动轴甲(5)的一端通过联轴器甲(2)与电机甲(1)连接，另一端与被试轴承(7)内圈紧固连接，另一传动轴乙(16)的一端通过联轴器乙(19)与电机乙(20)连接，另一端与摩擦轮(13)紧固连接，传动轴由一对轴承(4)支承在轴承支座(3)上，参见图2。所述轴承支座参见图6，支座上的两个孔同轴并在水平方向上开有2～3mm的缝隙，便于安装和固定零件。所述摩擦轮传动的特征是：摩擦轮(13)与传动轴乙(16)一端紧固连接，另一摩擦轮(6)与被试轴承(7)外圈紧固连接，加载轮(11)与两摩擦轮(6,13)接触并呈三角形布置，参见图3，通过弹簧(15)压紧加载轮(11)使之与摩擦轮(6,13)之间产生压力以实现摩擦传动。所述加载轮(11)通过轴承(12)与加载轮支架(14)的横梁连接，所述支架(14)横梁套在支架(14)竖杆上可上下移动，通过螺母压紧同样套在支架(14)竖杆上的弹簧(15)使加载轮(11)与摩擦轮(6,13)之间产生压力，参见图4。所述激光线位移测量机构的特征是：两个激光线位移传感器(8,10)垂直布置在被试轴承(7)的端部，传感器(8,10)通过支架(9)固定在基座上，所述支架(9)的横梁与竖杆之间通过转动平台连接，使传感器(8,10)能够绕转动平台的轴线转动，转动平台的轴线应与被试轴承(7)的轴线对中，以便在被试轴承(7)的周向不同位置对保持架轴向及径向位移进行测量，参见图5。装配时，应保证电机(1,20)轴线分别与轴承支座 (3,18)轴线对中，两轴承支座甲、乙(3,18)轴线平行，三个摩擦轮(6,11,13)之间没有偏歪斜。
设置两电机的转速，使被试轴承的内外套圈反向旋转，通过两个激光线位移传感器可以方便、准确地测试任意载荷作用下高速角接触球轴承保持架的轴向摆动及径向涡动。
在被试轴承保持架端面上做凸起的标记点，激光线位移传感器可检测到保持架端面的位移峰值，据此可计算保持架的转速。

Claims (6)

1.一种高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，它包括基座(21)、驱动机构、加载机构和保持架位移测量机构，其特征在于：
1）所述驱动机构是由并排安装在基座(21)上的第一驱动机构和第二驱动机构组成，第一和第二两个驱动机构分别驱动被试轴承(7)的内圈和外圈作反向转动；
2）所述加载结构包括径向加载机构和轴向加载机构，分别对被试轴承(7)径向和轴向施加载荷；
3）所述保持架位移测量机构是两个激光线位移传感器(8,10)安装在基座(21)上并垂直布置于靠近被试轴承(7)外端，对准被试轴承(7)的保持架进行其中心轴向及径向位移测量。
2.如权利要求1所述高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，其特征是：所述第一驱动机构是一个电机甲(1)通过一个联轴器甲(2)连接一根传动轴甲(5)驱动被试轴承(7)内圈；所述第二驱动机构是一个电机乙(20)通过一根传动轴乙(16)、一个摩擦轮传动机构驱动被试轴承(7)外圈；两个电机甲、乙(1,20)并排布置；所述传动轴甲(5)一端与被试轴承(7)内圈紧固连接，传动轴乙(16)的一端与摩擦轮(13)紧固连接，通过一个加载轮(11)与套装在被试轴承(7)外圈上另一摩擦轮(6)组成摩擦轮传动机构，所述两个传动轴甲、乙(5,16)分别安装在两个轴承支座甲、乙(3,18)上；所述径向加载机构是加载轮(11)与两摩擦轮(6,13)接触并呈三角形布置，通过一个弹簧(15)压紧加载轮(11)对被试轴承(7)外圈施加径向载荷；所述轴向加载机构是：两个被试轴承(7)成对并列安装，通过垫片调节轴向载荷；设置两电机甲、乙(1,20)的转速，使被试轴承(7)的内外圈反向旋转，通过两个激光线位移传感器(8,10)可方便、有效地测试任意载荷作用下高速角接触球轴承(7)保持架的转速、轴向摆动及径向涡动。
3.如权利要求2所述高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，其特征是：所述摩擦轮传动机构是摩擦轮(13)与传动轴(16)一端紧固连接，另一摩擦轮(6)与被试轴承(7)外圈紧固连接，加载轮(11)与两摩擦轮(6,13)接触并呈三角形布置，通过弹簧(15)压紧加载轮(11)使之与摩擦轮(6,13)之间产生压力以实现摩擦传动。
4.如权利要求2所述高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，其特征是：所述加载轮(11)通过一个轴承(12)与一个加载轮支架(14)的横梁连接，所述加载轮支架(14)的横梁套在支架(14)的竖杆上可上下移动，通过一个螺母压紧同样套在支架(14)竖杆上的弹簧(15)使加载轮(11)与摩擦轮(6,13)之间产生压力，压力经摩擦轮(6)传递至被试轴承(7)外圈对被试轴承径向加载；被试轴承(7)成对安装，通过垫片调节轴向载荷，可实现对被试轴承(7)轴向、径向联合加载。
5.如权利要求1所述高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，其特征是：所述两个激光线位移传感器(8,10)垂直布置在被试轴承(7)的端部，通过一个支架(9)固定在基座(21)上，所述支架(9)的横梁与竖杆之间通过转动平台连接，使传感器(8,10)能够绕转动平台的轴线转动，转动平台的轴线应与被试轴承(7)的轴线对中，以便在被试轴承(7)的周向不同位置对保持架轴向及径向位移进行测量。
6.如权利要求1～5所述高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置，其特征是：所述电机甲、乙(1,20)及轴承支座甲、乙(3,18)安装在同一基座(21)上面，装配时，应保证电机甲、乙(1,20)轴线分别与轴承支座甲、乙(3,18)轴线对中，两轴承支座甲、乙(3,18)轴线平行，三个摩擦轮(6,11,13)之间没有偏歪斜。
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