CN108680357A - 一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置，涉及机械加工制造领域，能够实现不同类别滚动轴承动刚度的测量，测量精准，并且实现简单。本发明包括：电主轴、传动轴、测试轴承、轴向测试装置、径向测试装置。电主轴和传动轴连接，传动轴上安装测试轴承。轴向测试装置测试轴承内外圈的轴向相对位移，径向测试装置测试轴承内外圈的径向相对位移。然后采集传感器的加载模拟量和变形模拟量，解决了轴承内外圈相对位移不能精确测量的难题。

Description

一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置

技术领域

本发明涉及机械加工制造技术领域，尤其涉及一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置。

背景技术

刚度是衡量轴承动态特性的重要指标之一。轴承刚度包括静载荷下抵抗变形能力的静刚度和动载荷下抵抗变形能力的动刚度。目前被广泛采用的刚度测量方法是静刚度测量方法，但是静刚度无法真实反映轴承在高速运转时抵抗变形的能力，只有动刚度才能科学反映轴承的动态承载特性。并且，已有的轴承刚度测量装置对弹流润滑因素的影响研究涉及较少。目前工程上采用的动刚度测量方法由于存在各种各样的局限，很难推广使用。

目前已有的轴向动刚度测量方法有：

1.轴向力通过套筒来传递，套筒的一端是轴向加载装置，另一端顶在滚动轴承的外圈上，通过测量套筒的轴向绝对位移来代替轴承内外圈的轴向相对位移，进而实现轴向刚度的求解。该方法的不足之处在于忽略了轴和套筒的轴向压缩量，此方法只能粗略测量轴向刚度。

目前已有的径向动刚度测量方法有：

1.径向力通过轴承座来传递，轴承座受力可沿轴承座支架上下微动，将轴承座的径向绝对位移代替轴承内外圈的径向相对位移，进而实现径向刚度的求解。此方法的不足：轴在此处为悬臂梁结构，受力会有一定的径向位移，导致测量结果有误差。

2.径向力通过轴承座来传递，轴承座受力可沿轴承座支架上下微动并且轴承座上面安装有加速度传感器和探针，加速度传感器用来测量轴承座的加速度，探针用来测量轴的径向位移，由于在此系统中轴承座的加速度、轴承内外圈的相对加速度以及轴的加速度构成闭环，所以通过轴的质量可以求出轴和内圈之间的作用力，最后结合测得的径向位移可实现径向刚度的求解。此方法的不足：轴是有约束的，仅用轴的质量和加速度不能等价于轴与内圈之间的作用力；位移传感器测量的轴的位移不能等价于轴承内外圈的相对位移。

3.径向力通过带有偏心质量盘的轴来传递，当轴高速旋转时，偏心质量盘产生的离心力作用在轴承内圈上。此方法的不足：偏心盘和轴承之间有一定的距离，轴和轴承之间的作用力难以确定，且当主轴高速旋转时，装置不稳定，运转时间过久也会影响轴的精度，不具有重复使用性和可维护性。

因此，现有技术中缺乏一种滚动轴承径向和轴向综合动刚度的试验装置,能够精确测量滚动轴的径向和轴向刚度。

发明内容

本发明提供一种滚动轴承径向和轴向综合动刚度的试验装置，能够实现不同类别滚动轴承动刚度的测量，测量精准，并且实现简单。

一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置，包括：电主轴、传动轴、测试轴承、轴向测试装置、径向测试装置。

电主轴和传动轴连接，传动轴上安装测试轴承。其中电主轴=借助变频器可轻易实现主轴速度的调节，试验装置结构简单、易实现、适应性强，同时亦可与其它装置如激振器配合使用完成滚动轴承的其它一些动态特性如阻尼的测试试验。

轴向测试装置包括：套筒、轴向气液增压器、轴向力传感器、轴向位移传感器。

轴向气液增压器通过套筒对测试轴承施加轴向力，安装于套筒中心通孔内的轴向位移传感器检测测试轴承的轴向位移。测试轴承和轴向气液增压器之间安装轴向力传感器，轴向力传感器测试所述轴向力的大小。

径向测试装置包括：径向力传感器、试验轴承座、径向位移传感器、径向气液增压器。

试验轴承座和测试轴承配合安装，径向气液增压器沿着测试轴承的径向和试验轴承座固定连接。

径向气液增压器对测试轴承施加径向力，安装在试验轴承座中的径向位移传感器检测轴承的径向位移，安装在径向气液增压器中的径向力传感器测试径向力大小。

进一步的，传动轴上还设置若干组支撑轴承组件，包括：角接触球轴承、深沟球轴承、第一轴承座、第二轴承座。角接触球轴承和深沟球轴承安装在传动轴的外围，角接触球轴承和轴承座配合安装，深沟球轴承和第二轴承座配合安装。第一轴承座和第二轴承座固定在安装平面上。

进一步的，试验轴承座和测试轴承之间设置若干油气孔和旋转轴密封圈，用于提供轴承润滑。

本发明的工作原理是：对轴向气液增压器、径向气液增压器，加载随时间线性增加的力，然后通过变送器将各传感器的物理输出信号转变为可被识别的模拟信号，再对信号进行滤波、换算等处理得到实际的力-位移数据，最后通过计算软件进行数据拟合得到力-位移曲线，然后求导得到轴、径向综合动刚度。

本发明的有益效果是：

本发明采用套筒顶在测试轴承外圈上的方式传递轴向力，并将位移传感器安装在套筒中间的隔板上来测量电主轴与套筒间的轴向相对位移，以实现轴向刚度的间接测量；采用轴承座来传递径向力，并将位移传感器安装在轴承座预留的孔中，以实现径向刚度的间接测量；然后采集传感器的加载模拟量和变形模拟量，解决了轴承内外圈相对位移不能精确测量的难题，实现连续、稳定动态加载和实时测量，测量精度高，足以满足高速滚动轴承动态力学性能检测的要求,较传统加载方式难度低，整个发明装置结构紧凑，使用方便，成本低廉。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的原理实现示意图。

其中、1-试验台底板、2-电主轴、3-支座、4-联轴器、5-传动轴、6-角接触球轴承、7-第一轴承座、8-深沟球轴承、9-轴承端盖、10-旋转轴密封圈、11-油气孔、12-径向力传感器、13-加速度计、14-测试轴承、15-试验轴承座、16-套筒、17-径向位移传感器、18-试验轴承座支架、19-径向气液增压器、20-轴向加载支撑座、21-轴向气液增压器、22-轴向力传感器、23-轴向位移传感器、24-第二轴承座。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置，如图1所示，包括试验台底板1，试验台底板1上固定安装支座3，支座3上设置电主轴2。电主轴2通过联轴器4和传动轴5相连接，传动轴5上设置有两组支承轴承组件。

支承轴承组件由轴承座7、角接触球轴承6、深沟球轴承8和轴承端盖9组成。角接触球轴承6和深沟球轴承8套在传动轴5外围，角接触球轴承6和第一轴承座7配合安装，深沟球轴承8和第二轴承座24配合安装,第一轴承座7和第二轴承座24固定安装在试验台底板1上。电主轴2的另一端安装测试轴承14，测试轴承14分别安装轴向测试装置和径向测试装置。

轴向测试装置包括：套筒16、轴向力传感器22、轴向加载支撑座20、轴向气液增压器21，并依次连接。

轴向气液增压器21通过套筒16对测试轴承14施加轴向力，安装于套筒16中心通孔内的轴向位移传感器23检测测试轴承14的轴向位移，轴向力传感器22测试轴向力的大小。

径向测试装置包括：径向力传感器12、试验轴承座15、径向位移传感器17、径向气液增压器19。

试验轴承座15通过试验轴承座支架18固定安装在底板1上。试验轴承座15和测试轴承14配合安装，径向气液增压器19沿着测试轴承14的径向和试验轴承座16固定连接。试验轴承座15上还安装加速度计13。

径向气液增压器19对测试轴承14施加径向力，安装在试验轴承座15通孔中的径向位移传感器17检测测试轴承14的径向位移，安装在径向气液增压器中19的径向力传感器12测试径向力大小，加速度计13测量施加径向力后，安装在试验轴承座15径向运动的加速度。

试验轴承座15和测试轴承14之间设置若干油气孔11和旋转轴密封圈10，用于提供轴承润滑。

本发明的工作原理如图2所示，对轴向气液增压器21、径向气液增压器19，加载随时间线性增加的力，然后通过变送器将各传感器的物理输出信号转变为可被识别的模拟信号，再对信号进行滤波、换算等处理得到实际的力-位移数据，最后通过计算软件进行数据拟合得到力-位移曲线，然后求导得到轴、径向综合动刚度。

本发明的有益效果是：本发明的滚动轴承轴向、径向综合动刚度测量装置，采用套筒顶在外圈上的方式传递轴向力，并将位移传感器安装在套筒中间的隔板上来测量轴与套筒间的轴向相对位移，以实现轴向刚度的间接测量；采用轴承座来传递径向力，并将位移传感器安装在轴承座预留的孔中，以实现径向刚度的间接测量。然后通过NI板卡采集传感器的加载模拟量和变形模拟量，解决了轴承内外圈相对位移不能精确测量的难题。同时，可以通过改变油气润滑进油口的数量来研究润滑参数对轴承综合动刚度的影响。此装置可实现连续、稳定动态加载和实时测量，测量精度高，足以满足高速滚动轴承动态力学性能检测的要求,较传统加载方式难度低，整个发明装置结构紧凑，使用方便，成本低廉。此装置实现了不同类别滚动轴承动刚度的测量，互换性强，维护方便。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置，其特征在于，包括：电主轴(2)、传动轴（5）、测试轴承（14）、轴向测试装置、径向测试装置，

电主轴（2）和传动轴（5）连接，传动轴（5）上安装测试轴承（14）；

所述轴向测试装置包括：套筒（16）、轴向气液增压器（21）、轴向力传感器（22）、轴向位移传感器（23）；

套筒（16）和测试轴承（14）沿着测试轴承（14）的轴向连接；

轴向气液增压器（21）通过套筒（16）对测试轴承（14）施加轴向力，安装于套筒（16）中心通孔内的轴向位移传感器（23）检测测试轴承（14）的轴向位移；

测试轴承（14）和轴向气液增压器（21）之间安装轴向力传感器（22），轴向力传感器（22）测试所述轴向力的大小；

所述轴向测试装置包括：径向力传感器（12）、试验轴承座（15）、径向位移传感器（17）、径向气液增压器（19），

试验轴承座（15）和测试轴承（14）配合安装，径向气液增压器（19）沿着测试轴承（14）的径向和试验轴承座（15）固定连接；

径向气液增压器（19）对测试轴承（14）施加径向力，安装在试验轴承座（15）中的径向位移传感器（17）测试测试轴承（14）内外圈的径向位移，安装在径向气液增压器（19）中的径向力传感器（12）测试所述径向力大小。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，传动轴（5）上还设置若干组支撑轴承组件，包括：角接触球轴承（6）、深沟球轴承（8）、第一轴承座（7）、第二轴承座（24），角接触球轴承（6）和深沟球轴承（8）安装在传动轴（5）的外围，角接触球轴承（6）和轴承座（7）配合安装，深沟球轴承（8）和第二轴承座（24）配合安装，第一轴承座（7）和第二轴承座（24）固定在安装平面上。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，试验轴承座（15）和测试轴承（14）之间设置若干油气孔（11）和旋转轴密封圈（10）。