CN106482627B - 一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台及方法，该试验台的联轴器一端与转轴的左端连接，另一端与驱动电机连接；支点一和支点二用于支撑转轴旋转；被测支点放置在转轴中部，固定在中间支座上；中间支座位于左支座和右支座的中间位置；液压缸安装在中间支座上表面，放置在被测支点正下方，通过液压加载，实现对被测支点的径向加载；三个电涡流传感器用于测量和表征滚柱轴承的内外圈垂直径向位移，计算滚柱轴承的径向工作游隙。该试验台用于实现滚柱轴承的垂直径向工作游隙测量。本发明的有益效果为：能够测量轴承转动过程中的径向工作游隙测量，测试准确、可靠；实验装置能够真实地实现轴承径向工作游隙测量，实时动态监控，精度高。

Description

一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台及方法
技术领域
本发明涉及轴承试验领域，尤其涉及一种轴承径向工作游隙测量方法及其试验台。
背景技术
轴承是旋转机械中关键零部件之一，轴承的径向游隙对轴承的使用寿命有着重要影响，过大或过小都会引发机械故障。轴承的径向游隙，包括轴承安装前自由状态下的原始游隙、装入主轴及轴承座后的安装游隙、工作时在载荷和温升作用下形成的工作游隙。工作游隙直接、主要地影响轴承的使用寿命，它受安装条件、工作条件等因素的影响。因此，设计开展轴承工作游隙测量的装置和方法，对于提高轴承工作性能与寿命有着重要意义。
轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。轴承径向工作游隙定义为：轴承在稳定运转时，轴承一个套圈固定，另一个受载恒定的套圈沿径向从一个极限位置到另一个极限位置的移动量。目前，国内外对滚动轴承工作游隙的有效测量技术研究,特别是轴承工作游隙测量较少。对轴承游隙的测量多数采用行吊，通过轴上的吊环螺钉提起轴进行测量，并结合百分表读出游隙大小，例如专利(CN 104864796 A)。存在加载力不好控制、数据精度不高、无法测量工作游隙、无法实时监测的问题。
发明内容
本发明旨在解决上述轴承试验器工作游隙测量装置中的不足，提供一种简单、方便轴承游隙测量试验台，本发明采用以下技术方案：
一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台,包括驱动电机1、电机底座11、联轴器2、支点一3、左支座31、被测支点4、电涡流传感器49、中间支座41、液压缸5、转轴6、支点二7、右支座71、底台8和测控系统。
所述的联轴器2为弹性联轴器或刚性联轴器，其一端与转轴6的左端连接，带动转轴6旋转，另一端与驱动电机1连接；所述的驱动电机1通过螺栓与电机底座11的上表面固定连接。
所述的支点一3和支点二7采用双深沟球轴承面装结构形式，用于支撑转轴6旋转；所述的支点一3放置在转轴6的左侧，并通过螺栓固定在左支座31上方，左支座31下方通过螺栓安装在底台8上；所述的支点二7放置在转轴6的右侧，并通过螺栓固定在右支座71上方，右支座71下方安装在底台8上。所述的被测支点4放置在转轴6中部，并通过螺栓固定在中间支座41上方；所述的中间支座41下方通过螺栓安装在底台8上，中间支座41位于左支座31和右支座71的中间位置；所述的液压缸5通过螺栓安装在中间支座41的上表面，并放置在被测支点4中压力传感器45的正下方，通过液压加载，实现对被测支点4中的滚柱轴承43的径向加载；所述的三个电涡流传感器49分别安装在定位轴承座42左侧轴端、定位轴承座42的安装孔421内和定位轴承座42右侧轴端，用于测量和表征滚柱轴承43的内外圈垂直径向位移，计算滚柱轴承43的径向工作游隙。该试验台用于实现滚柱轴承43的垂直径向工作游隙测量。
所述的被测支点4包括定位轴承座42、滚柱轴承43、轴套44、压力传感器45、立轨46、内圈压盖47和外圈压盖48。所述的转轴6与被测支点4相连的中间位置具有凸起台阶；所述的轴套44右侧内外圈具有凸起挡边，轴套44的内圈挡边与转轴6右侧凸起台阶面过盈配合；所述的滚柱轴承43内圈与轴套44的外圈及挡边固定配合；所述的内圈压盖47通过螺栓与轴套44左侧端面固定配合，用于固定滚柱轴承43内圈轴向位置；所述的外圈压盖48通过螺栓与定位轴承座42左侧端面固定配合，用于固定滚柱轴承43外圈轴向位置。
所述的中间支座41的上表面通过螺栓与立轨46的底部固定连接，确定立轨46的位置；所述的定位轴承座42包括安装孔421和第一安装侧面422、第二安装侧面423；所述的安装孔421用于安放电涡流传感器49；所述的立轨46包括第一导轨定位面461、第二导轨定位面462；所述第一导轨定位面461与第二安装侧面423配合，第二导轨定位面462与第一安装侧面422配合，用来确定承轴承座42的位置，进一步确定被测支点4的位置。
所述的压力传感器45通过螺栓与定位轴承座42底部固定连接；通过给液压缸5供油，使液压缸5上表面与压力传感器45接触，并使定位轴承座42产生向上位移，产生的载荷拖动滚柱轴承43径向移动。
所述的支点一3包括轴承座32、轴承座压盖33、套圈34、锁紧螺母35、一对深沟球轴承36；所述的支点二7结构与原理与支点一3相同。所述的深沟球轴承36内圈固定在转轴6上；所述的轴承座压盖33和转轴6轴肩用于轴向固定深沟球轴承36的外圈；所述的锁紧螺母35用于锁紧深沟球轴承36的内圈；所述的轴承座32固定安装在左支座31的上表面；所述的左支座31底部通过螺栓与底台8固定连接。
所述的测控系统包括压力传感器45、电涡流传感器49、数据采集仪、信号采集控制器以及PC终端四部分组成。所述的压力传感器45、电涡流传感器49通过导线与数据采集仪直接相连后，经信号采集控制器和PC终端处理，实时测量液压缸5施加的径向载荷值和滚柱轴承43内外圈的垂直径向位移量。
本发明测试方法及试验台工作原理为：试验台整体上采用两点支承结构形式，驱动电机通过联轴器驱动转轴。液压缸通过压力传感器将力传递给定位轴承座，实现滚柱轴承径向加载。利用电涡流传感器分别测量滚柱轴承内外圈的垂直径向位移量，中间安装孔421内的电涡流传感器直接测量滚柱轴承外圈的垂直径向位移，定位轴承座42左侧轴端和定位轴承座42右侧轴端的电涡流传感器通过测量轴位移量的平均值来表征内圈的垂直径向位移。压力传感器、电涡流传感器与数据采集仪直接相连，经过信号采集控制器和PC终端处理，实时测量液压缸施加的径向载荷值和滚柱轴承内外圈的垂直径向位移量，实验精确、可监测，实现轴承不同转速、载荷下的径向工作游隙测量。
上述试验台用于测量轴承工作游隙的方法，具体包括以下步骤：
第一步，在不同转速条件下，液压缸5对被测支点4底部的压力传感器45施加不同径向载荷，压力传感器45实时监测，测得的载荷值为F。
第二步，采用中间电涡流传感器测量出滚柱轴承43外圈垂直径向位移变化值为yo，左侧和右侧传感器通过测量转轴6位移量的平均值来表征滚柱轴承43内圈的垂直径向位移变化值为yi。
第三步，滚柱轴承43外圈相对内圈的垂直径向位移值Δy＝yo-yi，即为轴承径向工作游隙。
本发明的有益效果为：本发明可以测量轴承转动过程中的径向工作游隙测量，测试准确、可靠。实验装置合理可靠，能够真实地实现轴承径向工作游隙测量，实时动态监控，精度高。
附图说明
图1为本发明试验台结构剖视示意图；
图2为被测支点结构剖视示意图；
图3为被测支点相关结构三维剖视图；
图4为立轨、定位轴承座具体结构示意图；
图5为支点一结构剖视示意图；
图6为测试系统组成原理性框图；
图7为滚柱轴承径向工作游隙测量原理图；
图中：1驱动电机；11电机底座；2联轴器；3支点一；32轴承座；33轴承座压盖；34套圈；35锁紧螺母；36深沟球轴承；31左支座；4被测支点；42定位轴承座；421安装孔；422第一安装侧面；423第二安装侧面；43滚柱轴承；44轴套；45压力传感器；46立轨；461第一导轨定位面；462第二导轨定位面；47内圈压盖；48外圈压盖；40电涡流传感器；41中间支座；5液压缸；6转轴；7支点二；71右支座；8底台；
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
所述测量方法为基于轴承内外圈相对位移的测试方式。
结合图1，一种轴承径向工作游隙测量的试验台,包括驱动电机1、电机底座11、联轴器2、支点一3、左支座31、被测支点4、电涡流传感器49、中间支座41、液压缸5、转轴6、支点二7、右支座71和底台8。
所述的联轴器2为弹性联轴器或刚性联轴器，其一端与转轴6连接，带动转轴6旋转，另一端与驱动电机1连接；所述的驱动电机1通过螺栓与电机底座11的上表面固定连接；所述的支点一3和支点二7采用双深沟球轴承面装结构形式，用于支撑转轴6旋转；所述的支点一3位于试验台左侧，通过深沟球轴承36与转轴6连接，通过螺栓与左支座31连接；所述的支点二7位于试验台右侧，通过深沟球轴承与转轴6连接，通过螺栓与右支座71连接；所述的液压缸5通过螺栓安装在中间支座41的上表面,通过液压加载，实现对被测支点4中的滚柱轴承43的径向加载；所述的电涡流传感器49用于测量滚柱轴承43的内外圈径向位移，计算滚柱轴承43的径向工作游隙；所述的左支座31、中间支座41、右支座71通过螺栓与底台8连接，支撑起实验转子系统。
结合图2及图3，所述的被测支点4包括定位轴承座42、滚柱轴承43、轴套44、压力传感器45、立轨46、内圈压盖47、外圈压盖48。所述的转轴6中间具有凸起台阶；所述的轴套44右侧内外圈具有凸起挡边；所述的轴套44的内圈挡边与转轴6右侧台阶面过盈配合；所述的滚柱轴承43内圈与轴套44的外圈及挡边固定配合；所述的内圈压盖47通过螺栓与轴套44左侧端面固定配合，用于固定滚柱轴承43内圈轴向位置；所述的外圈压盖48通过螺栓与定位轴承座42左侧端面固定配合，用于固定滚柱轴承43外圈轴向位置；
所述的压力传感器45通过螺栓与定位轴承座42底部固定连接；所述的液压缸5通过螺栓与中间支座41上表面固定连接，并放置与压力传感器45正下方。通过给液压缸5供油，使液压缸5上表面与压力传感器45接触，并使定位轴承座42产生向上位移，产生的载荷拖动滚柱轴承43径向移动。
结合图3及图4，所述的中间支座41的上表面通过螺栓与立轨46的底部固定连接，确定立轨46的位置，中间支座41的下表面通过螺栓与底台8固定连接；所述的定位轴承座42包括安装孔421和第一安装侧面422、第二安装侧面423；所述的安装孔421用于安放电涡流传感器49；所述的立轨46包括第一导轨定位面461、第二导轨定位面462；所述的立轨46通过第一导轨定位面461与第二安装侧面423、第二导轨定位面462与第一安装侧面422配合，来确定承轴承座42的位置，进一步确定被测支点4的位置；
结合图5，所述的支点一3包括轴承座32、轴承座压盖33、套圈34、锁紧螺母35、一对深沟球轴承36；所述的支点二7结构与原理与支点一3相同。
所述的深沟球轴承36内圈固定在转轴6上；所述的轴承座压盖33和转轴6轴肩用于轴向固定深沟球轴承36的外圈；所述的锁紧螺母35用于锁紧深沟球轴承36的内圈；所述的轴承座32固定安装在左支座31的上表面；所述的左支座31底部通过螺栓与底台8固定连接。
结合图6，所述测控系统包括传感器、数据采集仪、信号采集控制器以及PC终端四部分组成。所述的传感器包括压力传感器、电涡流传感器。压力传感器、电涡流传感器与数据采集仪直接相连，经过信号采集控制器和PC终端处理，实时测量液压缸施加的径向载荷值和滚柱轴承内外圈的垂直径向位移量。
结合图7，所述的电涡流传感器49通过磁力支座分别垂直安装于定位轴承座42左侧轴端、定位轴承座42的安装孔421内、定位轴承座42右侧轴端。滚柱轴承以ω的速度旋转，液压缸产生的力F通过压力传感器将力传递给定位轴承座，实现径向加载。利用三个电涡流传感器分别测量滚柱轴承内外圈的垂直径向位移量，中间传感器直接测量滚柱轴承外圈的垂直径向位移yo，左侧和右侧传感器通过测量轴位移量的平均值来表征内圈的垂直径向位移yi，轴承外圈相对内圈的垂直径向位移值Δy＝yo-yi，即为轴承径向工作游隙。

Claims (5)

1.一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台,其特征在于，该试验台包括驱动电机(1)、电机底座(11)、联轴器(2)、支点一(3)、左支座(31)、被测支点(4)、电涡流传感器(49)、中间支座(41)、液压缸(5)、转轴(6)、支点二(7)、右支座(71)、底台(8)和测控系统；
所述的联轴器(2)一端与转轴(6)的左端连接，带动转轴(6)旋转，另一端与驱动电机(1)连接；所述的驱动电机(1)安装在电机底座(11)上表面；
所述的支点一(3)和支点二(7)用于支撑转轴(6)旋转；所述的支点一(3)位于转轴(6)左侧，并固定在左支座(31)上方，左支座(31)下方安装在底台(8)上；所述的支点二(7)位于转轴(6)右侧，并固定在右支座(71)上方，右支座(71)下方安装在底台(8)上；所述的被测支点(4)位于转轴(6)中部，并固定在中间支座(41)上方；所述的中间支座(41)下方安装在底台(8)上，中间支座(41)位于左支座(31)和右支座(71)的中间位置；所述的液压缸(5)安装在中间支座(41)上表面，并放置在被测支点(4)中压力传感器(45)的正下方，通过液压加载，实现对被测支点(4)中的滚柱轴承(43)的径向加载；三个所述的电涡流传感器(49)分别安装在定位轴承座(42)左侧轴端、定位轴承座(42)的安装孔(421)内和定位轴承座(42)右侧轴端，用于测量和表征滚柱轴承(43)的内外圈垂直径向位移，计算滚柱轴承(43)的径向工作游隙；
所述的被测支点(4)包括定位轴承座(42)、滚柱轴承(43)、轴套(44)、压力传感器(45)、立轨(46)、内圈压盖(47)和外圈压盖(48)；所述的转轴(6)与被测支点(4)相连的中间位置具有凸起台阶；所述的轴套(44)右侧内外圈具有凸起挡边，轴套(44)的内圈挡边与转轴(6)右侧凸起台阶面过盈配合；所述的滚柱轴承(43)内圈与轴套(44)的外圈及挡边固定配合；所述的内圈压盖(47)与轴套(44)左侧端面固定配合，用于固定滚柱轴承(43)内圈轴向位置；所述的外圈压盖(48)通过螺栓与定位轴承座(42)左侧端面固定配合，用于固定滚柱轴承(43)外圈轴向位置；
所述的中间支座(41)的上表面与立轨(46)的底部固定连接，确定立轨(46)的位置；所述的定位轴承座(42)包括安装孔(421)和第一安装侧面(422)、第二安装侧面(423)；所述的立轨(46)包括第一导轨定位面(461)、第二导轨定位面(462)；所述第一导轨定位面(461)与第二安装侧面(423)配合，第二导轨定位面(462)与第一安装侧面(422)配合，确定承轴承座(42)的位置，进一步确定被测支点(4)的位置；所述的压力传感器(45)与定位轴承座(42)底部连接；
所述的测控系统包括压力传感器(45)、电涡流传感器(49)、数据采集仪、信号采集控制器以及PC终端四部分组成；所述的压力传感器(45)、电涡流传感器(49)通过导线与数据采集仪直接相连后，经信号采集控制器和PC终端处理，实时测量液压缸(5)施加的径向载荷值和滚柱轴承(43)内外圈的垂直径向位移量。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台,其特征在于，所述的联轴器(2)为弹性联轴器或刚性联轴器。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台,其特征在于，所述的支点一(3)和支点二(7)均采用双深沟球轴承面装结构形式。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于测量轴承径向工作游隙的试验台,其特征在于，所述的支点一(3)包括轴承座(32)、轴承座压盖(33)、套圈(34)、锁紧螺母(35)、一对深沟球轴承(36)；所述的深沟球轴承(36)内圈固定在转轴(6)上；所述的轴承座压盖(33)和转轴(6)轴肩用于轴向固定深沟球轴承(36)的外圈；所述的锁紧螺母(35)用于锁紧深沟球轴承(36)的内圈；所述的轴承座(32)固定安装在左支座(31)的上表面；所述的左支座(31)底部通过与底台(8)固定连接；所述的支点二(7)结构与支点一(3)相同。
5.采用权利要求1-4任一所述的试验台测量轴承径向工作游隙的方法，其特征在于以下步骤：
第一步，在不同转速条件下，液压缸(5)对被测支点(4)底部的压力传感器(45)施加不同径向载荷，压力传感器(45)实时监测，测得的载荷值为F；
第二步，采用中间电涡流传感器(49)测量出滚柱轴承(43)外圈垂直径向位移变化值为yo，左侧和右侧电涡流传感器(49)通过测量转轴(6)位移量的平均值表征滚柱轴承(43)内圈的垂直径向位移变化值为yi；
第三步，滚柱轴承(43)外圈相对内圈的垂直径向位移值Δy＝yo-yi，即为轴承径向工作游隙。
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