CN107255455B - 一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置 - Google Patents
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Abstract
针对现有的滚动轴承接触应变或应力动态测量多采用带传感器的滚动轴承装置进行检测而造成的成本上升、检测设备复杂的问题，本发明提供一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，包括工作平台、同轴设置在工作平台上的两个轴承座、与两个轴承座分别对应设置的两个滚动轴承、与两个滚动轴承同时配合设置的主轴、用于对主轴在滚动轴承内转动时施加轴向力和/或径向力的施力装置以及用于分别观测在施力装置的作用下两个滚动轴承外圈形变量并利用数字散斑相关方法得出接触应变或应力分布趋势的测算装置；其中，所述的轴承座与滚动轴承之间均设置有硬质透明薄环。本发明具有结构简单、精度高的优点，同时可以很好的控制成本。
Description
技术领域
本发明涉及滚动轴承领域，尤其涉及一种利用数字散斑相关方法（DSCM）来进行滚动轴承接触应变或应力动态测量的检测装置。
背景技术
现有的滚动轴承接触应变或应力动态测量多采用带传感器的滚动轴承装置，例如有日本专利公报特开 2002-213438号所述的双列角接触球轴承装置。该双列角接触球轴承装置在形成于外圈的内周面的两列轨道槽中的 一方与第一内圈的轨道槽之间配置有球，并且在上述外圈的两列轨道槽 中的另一方与第二内圈的轨道槽之间配置有球。上述第一内圈和上述第二内圈在轴承装置的轴向上隔开间隔配置。 在上述外圈的与上述第一内圈和上述第二内圈之间对置的外周部分，形成有沿外圈的周向延伸的截面为大致梯形的槽。在该槽中配置有压力传感器。上述压力传感器的导线与传感器输出处理装置连接。上述传感器 输出处理装置通过接收来自上述压力传感器的输出来测量施加于外圈的预压。上述现有的双列角接触球轴承装置，根据上述传感器输出处理装置 的输出，来调整施加于外圈的荷载，以将施加于外圈的预压调整成适当值。上述现有的双列角接触球轴承装置，由于在组装轴承结构部件后测 量预压，因而具有无需考虑轴承结构部件的尺寸变化的优点。但是，在上述现有的双列角接触球轴承装置中，需要考虑由于压力 传感器的安装精度而产生的误差，从而存在需要根据压力传感器的安装精度来对计测放大器进行调整等的问题。另外，在上述现有的双列角接触球轴承装置中，传感器是具有相当 的厚度的传感器，因此需要加深容纳压力传感器的槽的深度，因而存在这样的问题：形成槽时的成本升高，从而导致压力传感器的安装成本增 大。总之，不仅限于上述压力传感器，用于测量应变的传感器自身的成本很高，从而导致存在这样的问题：具有传感器的带传感器的滚动轴承装置的制造成本较高、结构较为复杂。
发明内容
针对现有技术中滚动轴承接触应变或应力动态测量多采用带传感器的滚动轴承装置进行检测而造成的成本上升、检测设备结构复杂的问题，本发明提供一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，其结构简单，能有效避免上述问题。
所述的一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，其技术方案在于：包括工作平台、同轴设置在工作平台上的两个轴承座、与两个轴承座分别对应设置的两个滚动轴承、与两个滚动轴承同时配合设置的主轴、用于对主轴在滚动轴承内转动时施加轴向力和/或径向力的施力装置以及用于分别观测在施力装置的作用下两个滚动轴承外圈形变量并利用数字散斑相关方法得出接触应变或应力分布趋势的测算装置；其中，所述的轴承座与滚动轴承之间均设置有硬质透明薄环。
进一步的，所述的施力装置包括设置在工作平台上且设置在两个轴承座之间的电磁铁和与电磁铁位置对应且设置在主轴上的铁镍合金径向力加载环。
进一步的，所述的施力装置还包括对称设置在两个轴承座相对侧的不同时工作的环状电磁铁和设置在主轴上且分别靠近相应侧环状电磁铁的两个铁镍合金轴向力加载环；所述的环状电磁铁与轴承座可拆卸连接。
进一步的，所述的测算装置包括分别对应设置在两个轴承座厚度中心位置的用于实时采集滚动轴承外圈散斑变化图像的多个摄像头、用于接收多个摄像头数据的多通道高速摄像机以及用于接收多通道高速摄像机数据并进行DSCM计算的计算机。
进一步的，所述的轴承座上设置有多个通槽；所述的通槽沿滚动轴承的径向分布用于放置透过硬质透明薄环观测滚动轴承外圈的摄像头。
优选的，所述的通槽的数量是3个。
优选的，摄像头的数量为6个。
优选的，所述的硬质透明薄环的材质是工程塑料。
本发明的有益效果是：本发明在轴承座内圈配合设置有硬质透明薄环体现了滚动轴承与轴承座之间的接触，在不改变边界接触条件下使分析更加准确。同时，施力装置对主轴进行轴向和/或径向施加力，再利用摄像头透过硬质透明薄环对滚动轴承外圈进行观察，实时采集滚动轴承外圈的形变情况，最后利用数字散斑相关方法对滚动轴承接触应变或应力进行实时测量，具有结构简单、精度高的优点，同时可以很好的控制成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1的A-A向视图。
图3为图1的E部放大图。
其中，1. 工作平台；2.轴承座；201. 通槽；3.滚动轴承；4.硬质透明薄环；5.主轴；6. 施力装置；601.电磁铁；602. 铁镍合金径向力加载环；603. 环状电磁铁；604. 铁镍合金轴向力加载环；7. 测算装置；701.摄像头；702.高速摄像机；703.计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。
如图1~3，一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，其技术方案在于：包括工作平台1、同轴设置在工作平台1上的两个轴承座2、与两个轴承座2分别对应设置的两个滚动轴承3、与两个滚动轴承3同时配合设置的主轴5、用于对主轴5在滚动轴承3内转动时施加轴向力和/或径向力的施力装置6以及用于分别观测在施力装置6的作用下两个滚动轴承3外圈形变量并利用数字散斑相关方法得出接触应变或应力分布趋势的测算装置7；其中，所述的轴承座2与滚动轴承3之间均设置有硬质透明薄环4。
需要明确的是：轴承座2内圈配合设置硬质透明薄环4、硬质透明薄环4内圈配合设置滚动轴承3，这样的结构可以体现滚动轴承与轴承座的接触，且测量时不改变边界接触条件，使测量更加准确。
需要明确的是：在测量时，在滚动轴承3的外圈圆柱表面喷涂有色物质，形成散斑，在通过施力装置6向主轴5施加轴向力和/或径向力，通过测算装置7透过硬质透明薄环4观察滚动轴承3外圈散斑变化情况即时反应滚动轴承3外圈的形变，并通过数字散斑相关方法进行计算，最终得到滚动轴承接触应变或应力动态测量的检测结果。
需要明确的是：两个轴承座2可以通过螺栓紧固结构连接在工作平台1上，且此方案为本领域常见的结构，为现有技术。
进一步的，所述的施力装置6包括设置在工作平台1上且设置在两个轴承座2之间的电磁铁601和与电磁铁601位置对应且设置在主轴5上的铁镍合金径向力加载环602。
需要明确的是：电磁铁601与铁镍合金径向力加载环602位置对应，在通电后可以最大限度的向主轴5提供径向力。优选的，电磁铁601设置在两个轴承座2的中间位置。
进一步的，所述的施力装置6还包括对称设置在两个轴承座2相对侧的不同时工作的环状电磁铁603和设置在主轴5上且分别靠近相应侧环状电磁铁603的两个铁镍合金轴向力加载环604；所述的环状电磁铁603与轴承座2可拆卸连接。
需要明确的是：两个环状电磁铁603不同时工作，可以向滚动轴承3提供方向不同的轴向力。具体的，如图1所示，位于图1右侧的环状电磁铁603通电时，与其靠近的铁镍合金轴向力加载环604产生吸合力，对滚动轴承3产生一个向左的轴向力。同理，图1中左侧的环状电磁铁603通电时，与其靠近的铁镍合金轴向力加载环604产生吸合力，对滚动轴承3产生一个向右的轴向力。
需要明确的是：环状电磁铁603可拆卸的连接在轴承座2的外侧，可通过螺栓紧固连接方式等连接结构进行连接，为本领域人员明确的连接结构。
需要声明的是：本申请中虽然采用如图1所示的左右两个环状电磁铁603，但也不排除使用单个环状电磁铁603的情况：如上述的环状电磁铁603上通直流电，且方向可调，对靠近该环状电磁铁603的铁镍合金轴向力加载环604产生吸合力或排斥力，从而对滚动轴承3产生向左或向右的轴向力。
进一步的，所述的测算装置7包括分别对应设置在两个轴承座2厚度中心位置的用于实时采集滚动轴承3外圈散斑变化图像的多个摄像头701、用于接收多个摄像头701数据的多通道高速摄像机702以及用于接收多通道高速摄像机702数据并进行DSCM计算的计算机703。
进一步的，所述的轴承座2上设置有多个通槽201；所述的通槽201沿滚动轴承3的径向分布用于放置透过硬质透明薄环4观测滚动轴承3外圈的摄像头701。
优选的，所述的通槽201的数量是3个。通槽201的数量也可以为3个以下或3个以上。
优选的，摄像头701的数量为6个，也可以小于两个轴承座2上设置的通槽201的总数量6个，即6个以下也可以为6个以上。
优选的，所述的硬质透明薄环4的材质是工程塑料。
需要明确的是：工程塑料具有一定的硬度和耐磨性，符合本技术方案的要求。
本发明的工作原理是：电机通过联轴器带动主轴5转动，电磁铁601通电后对铁镍合金径向力加载环602产生作用力，从而对滚动轴承3产生一个径向力；同理，任一侧的环状电磁铁603通电后，与铁镍合金轴向力加载环604产生作用力 ，从而对滚动轴承3产生一个轴向力。滚动轴承3的外圈圆柱表面喷涂黑白哑光漆，用于制作均匀散斑，可通过轴承座（2）厚度中心位置设置的摄像头701透过硬质透明薄环4采集散斑的变化信息，通过多通道的高速摄像机702记录散斑变化信息，再利用数字散斑相关方法获得滚动轴承3的应变或应力分布趋势。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，其特征在于：包括工作平台（1）、同轴设置在工作平台（1）上的两个轴承座（2）、与两个轴承座（2）分别对应设置的两个滚动轴承（3）、与两个滚动轴承（3）同时配合设置的主轴（5）、用于对主轴（5）在滚动轴承（3）内转动时施加轴向力和/或径向力的施力装置（6）以及用于分别观测在施力装置（6）的作用下两个滚动轴承（3）外圈形变量并利用数字散斑相关方法得出接触应变或应力分布趋势的测算装置（7）；其中，所述的轴承座（2）与滚动轴承（3）之间均设置有硬质透明薄环（4）；
所述的施力装置（6）包括设置在工作平台（1）上且设置在两个轴承座（2）之间的电磁铁（601）和与电磁铁（601）位置对应且设置在主轴（5）上的铁镍合金径向力加载环（602）；
所述的施力装置（6）还包括对称设置在两个轴承座（2）相对侧的不同时工作的环状电磁铁（603）和设置在主轴（5）上且分别靠近相应侧环状电磁铁（603）的两个铁镍合金轴向力加载环（604）；所述的环状电磁铁（603）与轴承座（2）可拆卸连接；
所述的测算装置（7）包括分别对应设置在两个轴承座（2）厚度中心位置的用于实时采集滚动轴承（3）外圈散斑变化图像的多个摄像头（701）、用于接收多个摄像头（701）数据的多通道高速摄像机（702）以及用于接收多通道的高速摄像机（702）数据并进行DSCM计算的计算机（703）；
所述的轴承座（2）上设置有多个通槽（201）；所述的通槽（201）沿滚动轴承（3）的径向分布用于放置透过硬质透明薄环（4）观测滚动轴承（3）外圈的摄像头（701）。
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，其特征在于：所述的通槽（201）的数量是3个。
3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承接触应变或应力动态测量装置，其特征在于：所述的硬质透明薄环（4）的材质是工程塑料。
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