CN107063688A - 配对角接触球轴承动态磨损测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配对角接触球轴承动态磨损测试装置，用去掉支撑轴承的高精度高速电机后置作为试验机的驱动部分，用中置气浮轴套作为支撑部分，配对轴承背对背安装在轴的前端，外圈通过螺旋弹簧施加轴向载荷并被安装在套筒内，一对质量不等的砝码对配对轴承施加径向载荷，在配对轴承的外端面配置非接触式线位移传感器，通过测量配对轴承外圈端面与内圈端面的位移以及保持架的转速，可计算配对轴承的动态磨损和滑差率，套筒可自由也可被锁紧固定在支座上，套筒被固定时，由安装在支座上的振动加速度传感器和温度传感器测配对轴承的振动和温度，套筒被松开时，通过一对质量不等的砝码、柔绳和天平组成的摩擦力矩测量装置测量配对轴承的摩擦力矩。

Description

配对角接触球轴承动态磨损测试装置

技术领域

本发明涉及一种轴承动态磨损测试装置，更为具体地说是一种在高速高精度的工况下能对配对角接触球轴承的动态磨损、滑差率、温度、振动以及摩擦力矩进行测试的装置。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展和综合国力的显著提高，各种精密机械的转速及其承载能力也得到了很大的提高；轴承作为各种精密转动件中的重要支撑部件，应具备良好的精度和较长的使用寿命。

角接触球轴承既能承受径向载荷又能承受一定的轴向载荷，在航空航天仪表、电动汽车轮边电机、精密机床主轴系统以及其他各种精密仪器中有着广泛的应用，轴承的磨损会导致其使用精度降低，进而严重影响主机的正常工作；目前市场上的轴承测试设备大多数是针对疲劳寿命或短时动态性能，缺乏能在高速工况下长时间进行轴承动态磨损测量的设备。

轴承的摩擦力矩是反映轴承摩擦、磨损和动态稳定性的重要性能指标，因此摩擦力矩的测量一直是轴承性能试验中的关键问题。目前测轴承摩擦力矩的方法大致可以分为两类，一类是在特定的测试设备上测轴承的摩擦力矩，另一类是通过电机的功率或电机的转停时间来计算轴承的摩擦力矩。在这两类方法中，通过电机的功率来测配对轴承摩擦力矩的过程较为简单方便，而且可以在电机不停机的状态下对配对轴承的摩擦力矩进行实时检测，缺点是在没有确定功率与摩擦力矩的关系的情况下只能定性地估算轴承的摩擦力矩，现有的摩擦力矩测量设备不能长时间的在高速的情况下对轴承的摩擦力矩进行测量。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的是提出一种配对角接触球轴承动态磨损测试装置，本测试装置可对配对轴承的动态磨损、滑差率、温度、振动以及配对轴承的摩擦力矩进行测量，从而为角接触球轴承使用寿命的评估分析提供基础试验数据。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下发明构思：

在现有技术下，一般是由电机驱动试验装置转动，很难模拟配对轴承的真实工况，用配对轴承的主机高精度高速后置电机作为试验机的驱动部分能更好的模拟配对轴承高速轻载的真实工况；由于轴承的功率损耗相对电机的输出功率很小，通过测电机的功率不能反映轴承摩擦力矩的变化；为了减少其它的功率损耗，去掉高精度高速后置电机的原支撑轴承，改用气浮装置作为测试装置的支撑部分；电机轴安装在气浮装置中，并在气浮装置中浮动，这样就无法测量振动，在试验装置中安装锁紧部分，并且锁紧部分能定心锁紧或松开套筒，不能在锁紧或松开的过程中对配对轴承施加额外的径向力，要测配对轴承振动就将套筒锁紧，要测配对轴承的摩擦力矩时就将套筒松开。轴承在磨损过程中，游隙在不断地变大，同时对配对轴承外圈施加轴向力，使被试轴承外圈不断地向外平移；采用非接触式线位移传感器对轴承外端面多个点的位移情况进行在线测量，通过轴承外圈与轴承内圈之间的轴向位移来计算轴承的磨损量；为了测轴承的滑差率，就必须知道保持架的实际转速，非接触式线位移传感器无法直接测量保持架的角速度，在保持架的外端面做标记，通过测这些标记点的转动频率可以得到保持架的转速。本发明提供配对角接触球轴承动态磨损测试装置。其核心原理有四：一是使用配对轴承的主机高精度高速后置电机作为试验机的驱动部分，使配对轴承的驱动力与转速与真实工况相一致。二是去掉了电机的支撑轴承，改用气浮轴套作为试验机的支撑部分，使被试轴承的摩擦功率与电机的功率相匹配。三是定心锁紧套筒，锁紧过程中不对套筒施加径向载荷，在不干扰试验装置运转的情况下对配对轴承的动态性能进行在线测量。四是采用非接触式线位移传感器对配对轴承的动态磨损、保持架的转速进行测量。

为了实现上述构思，本发明采用以下技术方案：

一种配对角接触球轴承动态磨损测试装置，包括驱动部分、传动部分、加载部分、锁紧部分和测量部分，用高精度高速电机后置于支座上作为驱动部分，去掉电机支撑轴承，改用中置的气浮装置来支撑电机轴和电机转子，两个配对轴承固定安装在电机轴上，外圈安装在套筒的两端，组成配对轴承系统，两个配对轴承由前置配对轴承和后置配对轴承组成，通过电机轴带动两个配对轴承的内圈同步转动；所述传动部分包括中置的气浮装置和电机轴，电机轴安装在气浮装置中，在气浮装置中以极低的摩擦转动，其一端安装电机转子，另一端安装配对轴承；配对轴承的外圈受到轴向载荷和径向载荷，发生磨损后轴承游隙变大，前置配对轴承外圈在轴向载荷的作用下向外平移；所述锁紧部分安装在支座的前部，能够定心的锁紧或者松开套筒，在锁紧或者松开的过程中都不对套筒施加径向合力；所述套筒上安装有摩擦力矩测量装置（已申请发明专利，专利申请号201610639490.9），套筒被松开时，通过摩擦力矩测量装置测量配对轴承的摩擦力矩，通过非接触式线位移传感器、振动加速度传感器、温度传感器分别测量配对轴承的动态磨损和滑差率、振动、温度，功率计安装在高精度高速电机的电源回路中，通过功率计测高精度高速电机的总功率。

所述气浮装置指气浮轴套，电机轴安装在气浮轴套中，并在气浮轴套的右端有一个右轴肩，左端装有一个定位螺母，利用气浮轴套中的高压气体对两侧的作用力实现电机轴的定位。

所述加载部分包括套筒、螺旋弹簧、定位卡环和一对质量不等的砝码，两个配对轴承背靠背固定在电机轴上，通过螺旋弹簧对两个配对轴承的外圈施加轴向载荷，通过一对质量不等的砝码对配对轴承施加径向载荷；在螺旋弹簧和后置配对轴承之间安装定位卡环，对配对轴承和套筒之间的位置关系进行辅助定位。

所述锁紧部分由片弹簧、锁紧滑块和锁紧螺母组成，片弹簧具有一定的弹性和一定的刚度，能够定心地锁紧套筒，也能够还原松开套筒，片弹簧上开有两个对称的方形孔，一对锁紧滑块由里到外分别依次穿过片弹簧的方形孔、支座上对称分布的方形槽和圆形通孔；锁紧滑块由方形部分和圆形部分组成，分别与支座两侧的方形槽和圆形通孔配合，方形部分与方形槽的配合防止锁紧部分倾转；锁紧滑块的圆柱末端有螺纹，锁紧螺母分别贴紧支座的两侧并与锁紧滑块末端的螺纹配合，通过拧紧或者拧松锁紧螺母来控制锁紧滑块向外或向内平移，并使片弹簧定心收紧或还原。

作为本发明优选的技术方案，减少两个配对轴承的球数，加快配对轴承的磨损。锁紧套筒后，通过非接触式线位移传感器在线测量前置配对轴承内圈端面和外圈端面的轴向位移，并用轴向位移来计算配对轴承的动态磨损。在前置配对轴承的保持架上做标记，通过非接触式线位移传感器测量前置配对轴承保持架的转速，通过测得的保持架转速计算配对轴承的滑差率。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明装置使用高精度高速后置电机作为试验机的驱动部分，能克服一般轴承试验机功率分配和转速与实际工况不符合的缺点，使试验环境更贴合实际工况，试验结果更加真实可靠；

2. 本发明装置将配对轴承进行串联安装，外圈通过套筒连接，套筒可以保证配对轴承和轴承外圈的同电机轴度，本发明将配对轴承进行背对背安装，通过在配对轴承外圈之间放置螺旋弹簧就可实现电机轴向载荷的施加；

3．本发明专利可以对轴承的动态磨损和打滑率进行在线测量，且测量精度高，结构简单，安装方便；

4. 本发明专利仅用一台设备就能对配对轴承的振动和摩擦力矩进行测量，其他研究员的试验设备只能对其中的某一项进行测量；

5. 本发明专利除了可以对配对轴承的动态性能进行测量外，还可以用来研究配对轴承摩擦力矩与主机功率之间的关系。

附图说明

图1为本发明的总体结构及测量部分示意图。

图2为本发明中加载方案示意图。

图3为本发明中锁紧部分安装方案示意图。

图4为本发明中支座结构示意图。

图5为本发明中锁紧部分结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件、具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参见图1-图5，一种配对角接触球轴承动态磨损测试装置，包括驱动部分、传动部分、加载部分、锁紧部分和测量部分。用高精度高速电机17后置于支座20上作为驱动部分，传动部分包括电机轴16和气浮轴套15；电机轴16安装在气浮轴套15中，并通过电机轴16的右轴肩和电机轴16左侧的定位螺母14实现轴向定位，当试验机工作时，电机轴16在气浮轴套15中以极低的摩擦转动，电机轴16的左端和电机转子18联接，右端和配对轴承6、13的内圈联接，将转子18的转矩传递到配对轴承6、13的内圈上，从而带动整个试验部分转动。加载部分包括套筒7和螺旋弹簧8，一对配对轴承6、13背对背安装在套筒8的两端，内圈安装在电机轴16上，并通过螺旋弹簧8和一对质量不等的砝码2、3施加轴向载荷和径向载荷。锁紧部分由片弹簧9、锁紧滑块22、23和锁紧螺母21、24组成；在套筒7被锁紧的状态下测配对轴承6、13的动态磨损：配对轴承6、13磨损后游隙变大，轴承外圈在螺旋弹簧8轴向力的作用下向外平移，安装在前置配对轴承6端面外侧的非接触式线位移传感器5能够实时且同时地探测到前置配对轴承6内圈、外圈以及保持架的外端面相对于非接触式线位移传感器5探头的距离变化，通过测量这些距离变化，可以计算配对轴承6、13的动态磨损。

如图4-5所示，片弹簧9呈近圆形，并且两端开有方形通孔，支座20上开有方形槽和圆形通孔，锁紧滑块22、23分别由内向外地穿过片弹簧9的方形通孔和支座20上的方形槽和圆形通孔，并通过末端的螺纹部分与贴紧支座20的螺母配合，当需要测后置配对轴承13的温度和振动时，拧紧锁紧螺母21、24，片弹簧9将套筒7锁紧，当需要测配对轴承6、13的摩擦力矩时拧松锁紧螺母21、24将套筒7松开。

如图1所示，功率计19安装在高精度高速后置电机17、18的电源回路中，通过功率计19测电机的总功率，套筒7上安装有摩擦力矩测量装置1、2、3、4，拧松锁紧螺母21、24使套筒7松开，通过功率计19测量高精度高速后置电机17、18的功率，再通过摩擦力矩测量装置1、2、3、4测出同一时刻配对轴承6、13的摩擦力矩；建立二者的对应关系后，在实际工作中无需将配对轴承6、13拆下来就可以通电机的功率准确知道配对轴承6、13的摩擦力矩。

在前置配对轴承6保持架上做出标记，通过非接触式线位移传感器5测出保持架的实际转速，保持架滑差率是保持架实际转速相对理论转速的打滑率， 假设保持架理论转速ω_c，测得的保持架实际转速ω_ct，则滑差率S_c=(ω_c-ω_ct)/ω_c×100%。

Claims (5)

1.一种配对角接触球轴承动态磨损测试装置，包括驱动部分、传动部分、加载部分、锁紧部分和测量部分，其特征在于：用高精度高速电机（17）后置于支座（20）上作为驱动部分，去掉电机支撑轴承，改用中置的气浮装置来支撑电机轴（16）和电机转子（18），两个配对轴承固定安装在电机轴（16）上，外圈安装在套筒（7）的两端，组成配对轴承系统，两个配对轴承由前置配对轴承（6）和后置配对轴承（13）组成，通过电机轴（16）带动两个配对轴承（6、13）的内圈同步转动；所述传动部分包括中置的气浮装置和电机轴（16），电机轴（16）安装在气浮装置中，在气浮装置中以极低的摩擦转动，其一端安装电机转子（18），另一端安装配对轴承（6、13）；配对轴承（6、13）的外圈受到轴向载荷和径向载荷，发生磨损后轴承游隙变大，前置配对轴承（6）外圈在轴向载荷的作用下向外平移；所述锁紧部分安装在支座（20）的前部，能够定心的锁紧或者松开套筒（7），在锁紧或者松开的过程中都不对套筒（7）施加径向合力；所述套筒（7）上安装有摩擦力矩测量装置，套筒（7）被松开时，通过摩擦力矩测量装置测量配对轴承（6、13）的摩擦力矩，通过非接触式线位移传感器（5）、振动加速度传感器（11）、温度传感器（12）分别测量配对轴承（6、13）的动态磨损和滑差率、振动、温度，功率计（19）安装在高精度高速电机（17）的电源回路中，通过功率计（19）测高精度高速电机（17）的总功率。

2.根据权利要求1所述的配对角接触球轴承动态磨损测试装置，其特征在于：所述气浮装置指气浮轴套（15），电机轴（16）安装在气浮轴套（15）中，并在气浮轴套（15）的右端有一个右轴肩，左端装有一个定位螺母（14），利用气浮轴套（15）中的高压气体对两侧的作用力实现电机轴（16）的定位。

3.根据权利要求1所述的配对角接触球轴承动态磨损测试装置，其特征在于：所述加载部分包括套筒（7）、螺旋弹簧（8）、定位卡环（10）和一对质量不等的砝码（2、3），两个配对轴承（6、13）背靠背固定在电机轴（16）上，通过螺旋弹簧（8）对两个配对轴承（6、12）的外圈施加轴向载荷，通过一对质量不等的砝码（2、3）对配对轴承（6、13）施加径向载荷；在螺旋弹簧（8）和后置配对轴承（13）之间安装定位卡环（10），对配对轴承（6、13）和套筒（7）之间的位置关系进行辅助定位。

4.根据权利要求1所述的配对角接触球轴承动态磨损测试装置，其特征在于：所述锁紧部分由片弹簧（9）、锁紧滑块（22、23）和锁紧螺母 （21、24）组成，片弹簧（9）具有一定的弹性和一定的刚度，能够定心地锁紧套筒（7），也能够还原松开套筒（7），片弹簧（9）上开有两个对称的方形孔，一对锁紧滑块（22、23）由里到外分别依次穿过片弹簧（9）的方形孔、支座（20）上对称分布的方形槽和圆形通孔；锁紧滑块（22、23）由方形部分和圆形部分组成，分别与支座（20）两侧的方形槽和圆形通孔配合，方形部分与方形槽的配合防止锁紧部分倾转；锁紧滑块（22、23）的圆柱末端有螺纹，锁紧螺母（21、24）分别贴紧支座（20）的两侧并与锁紧滑块（22、23）末端的螺纹配合，通过拧紧或者拧松锁紧螺母（21、24）来控制锁紧滑块（22、23）向外或向内平移，并使片弹簧（9）定心收紧或还原。

5.根据权利要求1所述的配对角接触球轴承动态磨损测试装置，其特征在于：减少两个配对轴承（6、13）的球数，加快配对轴承（6、13）的磨损。