CN108152039A - 基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，装置包括工作台、旋转轴支撑机构、旋转轴、驱动电机以及径向交变载荷加载单元，该径向交变载荷加载单元包括加载单元支架、夹块组件以及一对相互垂直设置在加载单元支架上的丝杆传动径向加载机构，丝杆传动径向加载机构包括第一旋转电机、第二旋转电机、第一丝杆传动组件、第一弹簧加载组件、第二丝杆传动组件以及第二弹簧加载组件。与现有技术相比，本发明中第一旋转电机、第二旋转电机能够分别通过第一弹簧加载组件、第二弹簧加载组件对夹块组件内的滚动轴承施加径向交变载荷，以模拟内燃机中动载滚动轴承的真实工况条件，保证了滚动轴承性能试验结果的准确可靠。

Description

基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，涉及基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置。

背景技术

内燃机作为动力设备，已被广泛应用于汽车、船舶、飞机、坦克、铁路机车、农业机械、工程机械、发电机组等多个行业，在国民经济中占有非常重要的地位。内燃机中包括了滑块-缸套、滑块环-缸套、曲轴-轴承及凸轮-挺杆等几对重要的摩擦副，其中，曲轴-轴承包括主轴承和连杆轴承(由于该类轴承工作载荷的大小和方向都随时间变化，因此通常称为动载荷轴承)，是内燃机最为关键的摩擦副之一，它不仅影响到内燃机工作的可靠性和耐久性，还影响到内燃机进一步强化的潜力。

目前，汽车发动机主轴承、凸轮轴轴承及连杆大头轴承主要采用滑动轴承，而少数发动机的凸轮轴轴承采用了滚动轴承。根据摩擦学理论，滚动摩擦比滑动摩擦的能量损失要小一个数量级左右，在相同的工况条件下，滚动轴承的摩擦损失远小于滑动轴承，因此，轴承滚动化成为了发动机减摩降耗的一个重要尝试。

滚动轴承的性能及其可靠性是滚动轴承最重要的性能指标，但由于影响轴承性能的因素太多，进行滚动轴承性能试验是一种有效途径。轴承试验是轴承设计和制造过程中必不缺少的重要验证过程，其中，试验轴承的加载负荷作为轴承试验机测试的重要参数，其准确性直接影响轴承试验的结果。目前传统的滚动轴承试验装置加载特性单一，不能进行多变载荷的加载，而真实内燃机中动载滚动轴承常处于交变载荷中工作，因此传统的滚动轴承性能试验装置无法进行内燃机动载滚动轴承试验。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，滚动轴承包括轴承内圈、套设在轴承内圈外部的轴承外圈、设置在轴承外圈与轴承内圈之间的保持架以及多个沿轴承内圈的周向均匀布设在保持架上的滚动体，所述的装置包括工作台、设置在工作台上的旋转轴支撑机构、沿水平方向贯穿旋转轴支撑机构的旋转轴、设置在工作台上并与旋转轴的一端传动连接的驱动电机以及设置在工作台上并与旋转轴相适配的径向交变载荷加载单元，该径向交变载荷加载单元包括设置在工作台上的加载单元支架、设置在加载单元支架上并套设在旋转轴外部的夹块组件以及一对相互垂直设置在加载单元支架上并与夹块组件相适配的丝杆传动径向加载机构，所述的丝杆传动径向加载机构包括设置在加载单元支架上并分别位于夹块组件两侧的第一旋转电机及第二旋转电机、与第一旋转电机传动连接的第一丝杆传动组件、设置在第一丝杆传动组件与夹块组件之间的第一弹簧加载组件、与第二旋转电机传动连接的第二丝杆传动组件以及设置在第二丝杆传动组件与夹块组件之间的第二弹簧加载组件；所述的第一丝杆传动组件包括与第一旋转电机传动连接的第一丝杆、套设在第一丝杆上并与第一丝杆相适配的第一螺母以及设置在第一螺母上的第一滑块；所述的第二丝杆传动组件包括与第二旋转电机传动连接的第二丝杆、套设在第二丝杆上并与第二丝杆相适配的第二螺母以及设置在第二螺母上的第二滑块。丝杆传动径向加载机构中，第一旋转电机带动第一丝杆转动，使第一螺母沿第一丝杆轴向运动，并带动第一滑块往复运动；第二旋转电机带动第二丝杆转动，使第二螺母沿第二丝杆轴向运动，并带动第二滑块往复运动。将待试验的滚动轴承置于夹块组件之间，并套设在旋转轴上；驱动电机带动旋转轴转动，两丝杆传动径向加载机构中的第一旋转电机、第二旋转电机分别通过第一滑块、第二滑块带动第一弹簧加载组件、第二弹簧加载组件从四个方向对夹块组件施加作用力，进而实现对滚动轴承径向交变载荷的施加。

滚动轴承中，滚动体通过保持架沿轴承内圈的周向均匀地分布在轴承内圈与轴承外圈之间。

作为优选的技术方案，所述的夹块组件的端面呈方形，两第一弹簧加载组件、两第二弹簧加载组件分别位于夹块组件的四周。

进一步地，所述的旋转轴支撑机构包括并列设置在工作台上的第一支撑组件、第二支撑组件，所述的旋转轴沿水平方向贯穿第一支撑组件及第二支撑组件。第一支撑组件及第二支撑组件能够对旋转轴进行支撑。

进一步地，所述的第一支撑组件包括设置在工作台上的第一轴承座以及设置在第一轴承座上并套设在旋转轴外部的第一辅助轴承，所述的第二支撑组件包括设置在工作台上的第二轴承座以及设置在第二轴承座上并套设在旋转轴外部的第二辅助轴承。第一辅助轴承及第二辅助轴承并列套设在旋转轴上，对旋转轴进行支撑。

进一步地，所述的第一辅助轴承及第二辅助轴承均为滚动轴承。

进一步地，所述的夹块组件包括相对设置的第一夹块及第二夹块，所述的第一夹块与第二夹块之间设有滚动轴承安装腔。试验时，将待试验的滚动轴承置于第一夹块与第二夹块之间。

进一步地，所述的第一夹块内设有温度传感器。

进一步地，所述的第一弹簧加载组件包括设置在第一滑块与夹块组件之间的第一弹簧、设置在第一弹簧的一端与第一滑块之间的第一滑块连接块以及设置在第一弹簧的另一端与夹块组件之间的第一夹块连接块；所述的第二弹簧加载组件包括设置在第二滑块与夹块组件之间的第二弹簧、设置在第二弹簧的一端与第二滑块之间的第二滑块连接块以及设置在第二弹簧的另一端与夹块组件之间的第二夹块连接块。第一旋转电机带动第一滑块往复运动，进而使第一弹簧发生拉伸或压缩形变，并通过夹块组件对待测试的滚动轴承施加加载力；第二旋转电机带动第二滑块往复运动，进而使第二弹簧发生拉伸或压缩形变，并通过夹块组件对待测试的滚动轴承施加加载力。

进一步地，所述的驱动电机与旋转轴之间设有联轴器，并通过联轴器与旋转轴的一端传动连接。驱动电机通过联轴器与旋转轴相连，并带动旋转轴转动。

进一步地，所述的工作台上设有与旋转轴相适配的扭矩仪。

进一步地，所述的装置还包括计算机。计算机分别与驱动电机、第一旋转电机及第二旋转电机电连接，以对相应部件进行控制。计算机控制驱动电机旋转，使待测试的滚动轴承能够以预定的转速工作。此外，扭矩仪和温度传感器也与计算机电连接，能够采集滚动轴承运转过程中的信号，监测滚动轴承的运转状况。

作为优选的技术方案，所述的装置还包括供油系统。供油系统与计算机电连接，计算机控制供油系统实现滚动轴承的供油。

作为优选的技术方案，所述的供油系统包括油箱、定量泵、过滤器、压力传感器及流量计。油箱的供油口通过供油管路依次连接定量泵、过滤器，压力传感器及流量计设置在供油管路上，油箱通过供油管路为滚动轴承供油。

本发明在实际应用时，将待测试的滚动轴承置于第一夹块与第二夹块之间，并套设在旋转轴上；计算机控制驱动电机转动，使滚动轴承以预定的转速运转；通过计算机控制两丝杆传动径向加载机构中的第一旋转电机及第二旋转电机的旋转角度，进而控制两第一弹簧及两第二弹簧的拉伸/压缩量，由于第一弹簧及第二弹簧的拉伸/压缩量的改变，第一弹簧及第二弹簧在夹块组件表面施加大小不同、方向可变的作用力，进而实现滚动轴承径向交变载荷的施加。同时，计算机通过供油系统控制滚动轴承运转过程中的油量供给，扭矩仪及温度传感器能够检测滚动轴承运转过程中的性能表现。

其中，第一夹块与第二夹块之间可同时放置多个滚动轴承，实现对多个滚动轴承的同时测试。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)第一旋转电机、第二旋转电机能够分别通过第一弹簧加载组件、第二弹簧加载组件对夹块组件内的滚动轴承施加径向交变载荷，以模拟内燃机中动载滚动轴承的真实工况条件，保证了滚动轴承性能试验结果的准确可靠；

2)通过计算机控制第一旋转电机、第二旋转电机的旋转角度及时间变化量，将第一旋转电机、第二旋转电机的旋转运动转化为第一滑块、第二滑块的直线运动，以改变第一弹簧、第二弹簧的拉伸量或压缩量，进而控制第一弹簧、第二弹簧的弹力，实现滚动轴承径向交变载荷的施加。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中径向交变载荷加载单元的结构示意图；

图中标记说明：

1—计算机、2—驱动电机、3—联轴器、4—扭矩仪、5—第一轴承座、6—供油系统、7—径向交变载荷加载单元、8—第一夹块、9—第二轴承座、10—旋转轴、11—第二辅助轴承、12—滚动轴承、13—第二夹块、14—第一辅助轴承、15—工作台、16—温度传感器、17—第一旋转电机、18—第一滑块连接块、19—第一弹簧、20—第一夹块连接块、21—第二夹块连接块、22—第二弹簧、23—第二滑块连接块、24—第二旋转电机、25—第一丝杆、26—第一螺母、27—第一滑块、28—第二丝杆、29—第二螺母、30—第二滑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

如图1所示的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，滚动轴承12包括轴承内圈、套设在轴承内圈外部的轴承外圈、设置在轴承外圈与轴承内圈之间的保持架以及多个沿轴承内圈的周向均匀布设在保持架上的滚动体，装置包括工作台15、设置在工作台15上的旋转轴支撑机构、沿水平方向贯穿旋转轴支撑机构的旋转轴10、设置在工作台15上并与旋转轴10的一端传动连接的驱动电机2以及设置在工作台15上并与旋转轴10相适配的径向交变载荷加载单元7，如图2所示，径向交变载荷加载单元7包括设置在工作台15上的加载单元支架、设置在加载单元支架上并套设在旋转轴10外部的夹块组件以及一对相互垂直设置在加载单元支架上并与夹块组件相适配的丝杆传动径向加载机构，丝杆传动径向加载机构包括设置在加载单元支架上并分别位于夹块组件两侧的第一旋转电机17及第二旋转电机24、与第一旋转电机17传动连接的第一丝杆传动组件、设置在第一丝杆传动组件与夹块组件之间的第一弹簧加载组件、与第二旋转电机24传动连接的第二丝杆传动组件以及设置在第二丝杆传动组件与夹块组件之间的第二弹簧加载组件；第一丝杆传动组件包括与第一旋转电机17传动连接的第一丝杆25、套设在第一丝杆25上并与第一丝杆25相适配的第一螺母26以及设置在第一螺母26上的第一滑块27；第二丝杆传动组件包括与第二旋转电机24传动连接的第二丝杆28、套设在第二丝杆28上并与第二丝杆28相适配的第二螺母29以及设置在第二螺母29上的第二滑块30。

其中，旋转轴支撑机构包括并列设置在工作台15上的第一支撑组件、第二支撑组件，旋转轴10沿水平方向贯穿第一支撑组件及第二支撑组件。第一支撑组件包括设置在工作台15上的第一轴承座5以及设置在第一轴承座5上并套设在旋转轴10外部的第一辅助轴承14，第二支撑组件包括设置在工作台15上的第二轴承座9以及设置在第二轴承座9上并套设在旋转轴10外部的第二辅助轴承11。第一辅助轴承14及第二辅助轴承11均为滚动轴承。

夹块组件包括相对设置的第一夹块8及第二夹块13，第一夹块8与第二夹块13之间设有滚动轴承安装腔。第一夹块8内设有温度传感器16。

第一弹簧加载组件包括设置在第一滑块27与夹块组件之间的第一弹簧19、设置在第一弹簧19的一端与第一滑块27之间的第一滑块连接块18以及设置在第一弹簧19的另一端与夹块组件之间的第一夹块连接块20；第二弹簧加载组件包括设置在第二滑块30与夹块组件之间的第二弹簧22、设置在第二弹簧22的一端与第二滑块30之间的第二滑块连接块23以及设置在第二弹簧22的另一端与夹块组件之间的第二夹块连接块21。

驱动电机2与旋转轴10之间设有联轴器3，并通过联轴器3与旋转轴10的一端传动连接。工作台15上设有与旋转轴10相适配的扭矩仪4。

装置还包括计算机1及供油系统6。

在实际应用时，将2个待测试的滚动轴承12置于第一夹块8与第二夹块13之间，并套设在旋转轴10上；计算机1控制驱动电机2转动，使滚动轴承12以预定的转速运转；通过计算机1控制两丝杆传动径向加载机构中的第一旋转电机17及第二旋转电机24的旋转角度，进而控制两第一弹簧19及两第二弹簧22的拉伸/压缩量，由于第一弹簧19及第二弹簧22的拉伸/压缩量的改变，第一弹簧19及第二弹簧22在夹块组件表面施加大小不同、方向可变的作用力，进而实现滚动轴承12径向交变载荷的施加。同时，计算机1通过供油系统6控制滚动轴承12运转过程中的油量供给，扭矩仪4及温度传感器16能够检测滚动轴承12运转过程中的性能表现。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，滚动轴承(12)包括轴承内圈、套设在轴承内圈外部的轴承外圈、设置在轴承外圈与轴承内圈之间的保持架以及多个沿轴承内圈的周向均匀布设在保持架上的滚动体，其特征在于，所述的装置包括工作台(15)、设置在工作台(15)上的旋转轴支撑机构、沿水平方向贯穿旋转轴支撑机构的旋转轴(10)、设置在工作台(15)上并与旋转轴(10)的一端传动连接的驱动电机(2)以及设置在工作台(15)上并与旋转轴(10)相适配的径向交变载荷加载单元(7)，该径向交变载荷加载单元(7)包括设置在工作台(15)上的加载单元支架、设置在加载单元支架上并套设在旋转轴(10)外部的夹块组件以及一对相互垂直设置在加载单元支架上并与夹块组件相适配的丝杆传动径向加载机构，所述的丝杆传动径向加载机构包括设置在加载单元支架上并分别位于夹块组件两侧的第一旋转电机(17)及第二旋转电机(24)、与第一旋转电机(17)传动连接的第一丝杆传动组件、设置在第一丝杆传动组件与夹块组件之间的第一弹簧加载组件、与第二旋转电机(24)传动连接的第二丝杆传动组件以及设置在第二丝杆传动组件与夹块组件之间的第二弹簧加载组件；

所述的第一丝杆传动组件包括与第一旋转电机(17)传动连接的第一丝杆(25)、套设在第一丝杆(25)上并与第一丝杆(25)相适配的第一螺母(26)以及设置在第一螺母(26)上的第一滑块(27)；

所述的第二丝杆传动组件包括与第二旋转电机(24)传动连接的第二丝杆(28)、套设在第二丝杆(28)上并与第二丝杆(28)相适配的第二螺母(29)以及设置在第二螺母(29)上的第二滑块(30)。

2.根据权利要求1所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的旋转轴支撑机构包括并列设置在工作台(15)上的第一支撑组件、第二支撑组件，所述的旋转轴(10)沿水平方向贯穿第一支撑组件及第二支撑组件。

3.根据权利要求2所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的第一支撑组件包括设置在工作台(15)上的第一轴承座(5)以及设置在第一轴承座(5)上并套设在旋转轴(10)外部的第一辅助轴承(14)，所述的第二支撑组件包括设置在工作台(15)上的第二轴承座(9)以及设置在第二轴承座(9)上并套设在旋转轴(10)外部的第二辅助轴承(11)。

4.根据权利要求3所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的第一辅助轴承(14)及第二辅助轴承(11)均为滚动轴承。

5.根据权利要求1所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的夹块组件包括相对设置的第一夹块(8)及第二夹块(13)，所述的第一夹块(8)与第二夹块(13)之间设有滚动轴承安装腔。

6.根据权利要求5所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的第一夹块(8)内设有温度传感器(16)。

7.根据权利要求1所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的第一弹簧加载组件包括设置在第一滑块(27)与夹块组件之间的第一弹簧(19)、设置在第一弹簧(19)的一端与第一滑块(27)之间的第一滑块连接块(18)以及设置在第一弹簧(19)的另一端与夹块组件之间的第一夹块连接块(20)；

所述的第二弹簧加载组件包括设置在第二滑块(30)与夹块组件之间的第二弹簧(22)、设置在第二弹簧(22)的一端与第二滑块(30)之间的第二滑块连接块(23)以及设置在第二弹簧(22)的另一端与夹块组件之间的第二夹块连接块(21)。

8.根据权利要求1所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的驱动电机(2)与旋转轴(10)之间设有联轴器(3)，并通过联轴器(3)与旋转轴(10)的一端传动连接。

9.根据权利要求1所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的工作台(15)上设有与旋转轴(10)相适配的扭矩仪(4)。

10.根据权利要求1所述的基于丝杆传动施加径向交变载荷的滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述的装置还包括计算机(1)。