CN109459240A - 一种轴承试验机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴承试验机，包括主轴和轴向加载机构，主轴中部前后并列套装有第一、二试验轴承，主轴前端部装配有陪试轴承，轴向加载机构包括对第一试验轴承外圈施加向前的第一轴向加载力而不影响第二试验轴承的第一轴向加载机构、对陪试轴承外圈施加向后的第二轴向加载力的第二轴向加载机构；主轴上套装有将第二轴向加载力向后传递给第二试验轴承内圈的前、中隔套。在试验时，通过两套轴向加载机构分别对两套试验轴承施加不同的轴向加载力，可以使得两套试验轴承承受不同的轴向载荷，从而很方便就能够模拟出两套轴承在实际工况中所承受的轴向载荷不同且不成比例的情况，因而能够更加客观真实得检测出轴承在实际工况下的性能和寿命。

Description

一种轴承试验机

技术领域

本发明涉及一种轴承试验机，特别是涉及轴承试验机的加载装置及方法。

背景技术

轴承作为工业系统的一个关键零部件，它的性能和寿命直接影响相关装备的寿命和性能。轴承性能的好坏需要在轴承试验机上模拟其实际工况进行验证。目前，常规的轴承试验机可以同时试验一套或者两套轴承，轴承试验机的加载装置加载在试验轴承上的载荷通常都相等或成一定比例，如申请公布号为CN108613810A的中国发明专利申请公开的一种高速角接触球轴承温升检测试验装置和方法，该装置包括一底座，底座上固定有主轴安装架和电主轴，电主轴通过联轴器连接测试主轴，测试主轴的位于主轴安装架的左右两侧设置有两组角接触球轴承组件，每组角接触球轴承组件包括两套试验轴承，每组角接触球轴承组件的外侧设置有轴向载荷加载组件，轴向加载组件包括调节端盖和加载弹簧，加载弹簧的一端与调节端盖连接，另一端与位于外侧的试验轴承的外圈连接，调节端盖上设置有长螺栓，通过调节长螺栓可以调整调节端盖的轴向位置，从而可以调节加载弹簧的压缩长度，因此，通过调整调节端盖的轴向位置就可以调节加载在角接触球轴承外圈的轴向载荷。测试主轴的前端设置有深沟球轴承，深沟球轴承的外圈与径向加载弹簧连接，径向加载弹簧的下端连接有径向螺栓，通过调节径向螺栓可以调节加载在深沟球轴承的径向加载载荷，从而可以调节加载在两组角接触球轴承组件的试验轴承上的径向载荷。

然而，由于每组角接触球轴承组件的两套试验轴承在前后方向上依次排布，且两套试验轴承的外圈之间设置油气环，所以，角接触球轴承组件的外侧试验轴承的外圈在受到轴向载荷时，会通过油气环将该轴向力传递到内侧试验轴承的外圈上，从而外侧试验轴承和内侧试验轴承所受到的轴向载荷是相等的。因此，在该试验装置中，每组角接触球轴承组件的两套试验轴承所受到的轴向载荷相同，然而，在实际工况下，一组轴承中的两套轴承并不总是承受相同的轴向载荷，现有技术中的上述实验装置就无法模拟出两套试验轴承在实际工况中承受的轴向载荷不同且不成一定比例的情况，从而无法更加真实的模拟出轴承的实际工况，因而无法客观真实的检测出轴承在实际工况下的性能和寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够同时加载在两套试验轴承上不同的轴向载荷，从而模拟出更加真实的使用工况的轴承试验机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轴承试验机，包括机架、前后延伸的主轴、用于对相应轴承的外圈施加轴向加载力的轴向加载机构，主轴中部用于前后并列套装被试验的第一、二试验轴承，主轴前端部装配有陪试轴承，所述轴向加载机构包括用于对第一试验轴承的外圈施加向前的第一轴向加载力而不影响第二试验轴承的第一轴向加载机构、对陪试轴承的外圈施加向后的第二轴向加载力的第二轴向加载机构；还包括套装在所述主轴上的用于将所述第二轴向加载力向后传递给第二试验轴承的内圈的前隔套、中隔套，所述前隔套用于前后支撑在陪试轴承内圈与第一实验轴承的内圈之间，所述中隔套用于前后支撑在第一试验轴承内圈与第二试验轴承的内圈之间；还包括装配于机架上的用于刚性挡止第二试验轴承外圈的后端面向后移动的后挡止件；所述第一轴向加载机构包括由机械弹簧或气弹簧构成的弹性件，弹性件的后端直接或通过支撑件与机架朝后挡止配合，弹性件的前端能够相对于后端前后弹性伸缩并输出向前的弹性顶推力，弹性件的前端用于直接或通过传力件与第一试验轴承的外圈的后端面支撑配合、以向第一试验轴承的外圈施加第一轴向加载力。

有益效果在于：本发明的轴承试验机包括两套分别向第一试验轴承、第二试验轴承施加轴向加载力的轴向加载机构，其中，通过第一轴向加载机构向第一试验轴承的外圈施加向前的第一轴向加载力，第一轴向加载力不影响第二试验轴承，通过第二轴向加载机构向陪试轴承的外圈施加向后的第二轴向加载力，并将所述第二轴向加载力向后传递给第二试验轴承的内圈，因此，在试验时，通过两套轴向加载机构分别对两套试验轴承施加不同的轴向加载力，就可以使得两套试验轴承承受不同的轴向载荷，从而很方便就能够模拟出两套轴承在实际工况中所承受的轴向载荷不同且不成比例的情况，因而能够更加客观真实得检测出轴承在实际工况下的性能和寿命。

进一步的，所述第一轴向加载机构包括：构成所述传力件的轴向加载环、构成所述弹性件的加载弹簧，加载弹簧为机械弹簧，所述中隔套穿设于轴向加载环中，轴向加载环能够相对于中隔套前后移动和转动，轴向加载环的前端面用于与第一试验轴承外圈的后端面顶推配合，所述加载弹簧的前端与所述轴向加载环的后端面顶推配合。这样，通过调整机械弹簧的弹性力就能够调节第一轴向加载力的大小，方便调整。

进一步的，所述机架上固定有衬套，衬套沿前后方向上贯穿设置有安装孔，所述主轴穿装在安装孔中且前后两端从安装孔的前后孔口伸出，所述第一轴向加载机构的支撑件包括固定在安装孔的后孔口处的后压盖、能够相对于中隔套前后移动和转动的套装在中隔套上的转接环、前后支撑于后压盖与转接环之间的加载弹簧调节杆；所述衬套上于安装孔的后孔口的周围一体设有嵌套，嵌套上开设有沿圆周分布的向前通入安装孔中的装配孔，所述加载弹簧调节杆插装在装配孔中，转接环的前端抵接加载弹簧，转接环的后端抵接加载弹簧调节杆前端，后压盖顶压加载弹簧调节杆后端，所述加载弹簧调节杆为长度可调的伸缩杆或通过更换加载弹簧调节杆改变其长度、以调节加载弹簧的压缩量，从而改变第一轴向加载力。这样的结构既方便加载弹簧调节杆的拆装和更换，还方便调整第一轴向加载力。

进一步的，所述后压盖具有伸入到衬套的安装孔内的水平段和固定在衬套后孔口处的竖直段，所述后压盖的竖直段封盖住所述装配孔，加载弹簧调节杆的后端抵接在后压盖的竖直段；后压盖的水平段的前端从后端刚性抵接第二试验轴承的外圈以形成所述的后挡止件。这样，通过压盖的水平段从后端刚性抵接第二试验轴承，能够实现第二实验轴承的轴向压紧固定。

进一步的，所述第二轴向加载机构包括输出端输出直线向后的第二轴向加载力的轴向直线驱动装置、从前端抵接陪试轴承外圈的端盖，所述轴向直线驱动装置加载在端盖上的第二轴向加载力依次通过端盖、陪试轴承、前隔套、第一试验轴承内圈、中隔套作用到第二试验轴承的内圈上。这样，保证第二轴向加载机构输出的轴向载荷为直线，并且，通过端盖可以均匀地将第二轴向加载力作用到陪试轴承的外圈上。

进一步的，轴承试验机还包括径向加载机构，所述径向加载机构包括径向直线驱动装置、与所述端盖固定连接的固定套装在所述陪试轴承外圈上的轴承座，径向直线驱动装置设置在陪试轴承的外圈上方，径向直线驱动装置的输出端经所述轴承座将径向载荷作用到陪试轴承上，通过陪试轴承将径向载荷传递到主轴上，主轴再将径向载荷作用到第一、第二试验轴承上。这样轴承试验机还能够向试验轴承上施加径向载荷，根据杠杆原理，可以通过改变第一试验轴承和第二试验轴承之间的中隔套的长度，改变第一试验轴承和第二试验轴承上的径向载荷加载的比例，方便调整。

进一步的，所述轴向直线驱动装置和/或径向直线驱动装置为加载缸，加载缸由液压缸或气压缸构成。这样，方便轴向和/或径向载荷的输出以及调整改变。

附图说明

图1为本发明中轴承试验机的结构示意图。

图中：1、轴向加载缸，2、陪试轴承，3、径向加载缸，4、前隔套，5、第一试验轴承，6、中隔套，7、轴向加载环，8、加载弹簧，9、加载弹簧调节杆，10、第二试验轴承，11、衬套，12、加热棒，13、后压盖，14、主轴，15、联轴节，16、温度传感器和振动传感器，17、端盖，18、垫圈，19、转接环，20、前压盖，21、轴承座，22、第一段，23、第二段，24、第三段，25、第四段，26、第五段，27、锁紧螺母，28、嵌套。

具体实施方式

本发明中轴承试验机的具体实施例1如图1所示，轴承试验机包括机架，机架上固定有衬套11，衬套11沿前后方向上贯穿设置有安装孔，安装孔内插装有主轴14，主轴14沿前后方向延伸，主轴14的前端伸出安装孔的前孔口，主轴14的后端伸出安装孔的后孔口。如图1中所示，主轴14为从前至后直径依次减小的阶梯轴，其从前至后依次包括第一段22、第二段23、第三段24、第四段25和第五段26，其中第一段22和第二段23伸出了衬套11安装孔的前孔口，第三段24和第四段25处于衬套11的安装孔中，第五段26伸出了衬套11安装孔的后孔口。其中，第五段26通过联轴节15与电主轴相连，电主轴带动主轴14实现高速转动。第二段23上套装有陪试轴承2，第三段24上前后间隔套装有第一试验轴承5和第二试验轴承10，第四段25上螺纹旋装有用于防止第二试验轴承10向后脱出的锁紧螺母27。

轴承试验机还包括轴向加载机构和径向加载机构，其中，轴向加载机构包括用于对第一试验轴承5的外圈施加向前的第一轴向加载力而不影响第二试验轴承10的第一轴向加载机构、对陪试轴承2的外圈施加向后的第二轴向加载力的第二轴向加载机构。第一轴向加载机构包括抵接在第一试验轴承5的外圈的后端的轴向加载环7、固定在衬套11安装孔的后孔口处的后压盖13、后端与后压盖13抵接的加载弹簧调节杆9、后端与加载弹簧调节杆9抵接的转接环19、后端被转接环19顶压的加载弹簧8，加载弹簧8的前端抵压轴向加载环7的后端，加载弹簧8处于被压缩的状态。加载弹簧调节杆9安装在装配孔中，装配孔贯穿设置在与衬套11一体连接的嵌套28上，嵌套28设置在安装孔的后孔口周围，嵌套28上沿周向贯穿均布有多个装配孔，在将加载弹簧调节杆9从后方装入装配孔中后，使用后压盖13从后端封盖住装配孔，后压盖13对加载弹簧调节杆9的后端进行顶压。后压盖13具有封盖和固定在装配孔孔口处的竖直段和伸入到安装孔内的水平段，水平段紧贴嵌套28，竖直段通过螺栓固定在衬套11上，水平段的前端刚性抵接第二试验轴承10的外圈的后端面。第二试验轴承10外圈的前端面与嵌套28挡止配合，在嵌套28与后压盖13的作用下实现对第二试验轴承10外圈的轴向固定，并且，嵌套28在周向上对第二试验轴承10进行限位，防止第二试验轴承10径向跳动。加载弹簧调节杆9为一组大小相同的长杆。转接环19在安装孔内能够前后移动，从而在加载弹簧调节杆9的顶压下向前移动，然后再顶压加载弹簧8，转接环19的用于顶压加载弹簧8的位置处开设有一个供加载弹簧8插入的凹槽，该凹槽的高度与加载弹簧8的外径匹配，防止加载弹簧8在径向上窜动。轴向加载环7的前端面抵接第一试验轴承5外圈的后端面，在轴向加载环7的外周与衬套11安装孔的内壁面之间的周向间隔内从前孔口处安装有前压盖20，前压盖20在周向上处于第一试验轴承5和轴向加载环7的外围，实现对第一试验轴承5外圈的径向上的固定，防止第一试验轴承5在径向上有跳动，轴向加载环7能够进行转动和前后移动。

当通过第一轴向加载机构向第一试验轴承5加载轴向载荷时，加载弹簧调节杆9向前顶压转接环19，转接环19向前顶压加载弹簧8，加载弹簧8被压缩产生向前的弹性力，弹性力向前经过轴向加载环7传递到第一试验轴承5的外圈上。当需要改变第一轴向加载力时，更换一组长度不同的加载弹簧调节杆9，就能够改变加载弹簧8的压缩量，从而就能够改变作用到第一试验轴承5的外圈的第一轴向加载力。

第二轴向加载装置包括输出端输出直线向后的第二轴向加载力的轴向直线驱动装置、从前端抵接陪试轴承2外圈的端盖17，本实施例中轴向直线驱动装置为设置在主轴14前方的轴向加载缸1，端盖17包括中心的凸起部分和周边的外翻沿，轴向加载缸1从前方将轴向载荷作用到端盖17的凸起部分上，在陪试轴承2的外圈上方还安装有轴承座21，轴承座21具有紧贴陪试轴承2外圈外周面的水平段和紧贴陪试轴承2外圈后端面的竖直段，轴承座21的前端面与陪试轴承2的前端面平齐，端盖17的周边的外翻沿同时覆盖在轴承座21的前端面和陪试轴承2外圈的前端面上，外翻沿通过螺栓固定在轴承座21的前端面上。陪试轴承2的内圈过盈装配在主轴14的第二段23上，第一段22和第二段23形成阶梯面，在阶梯面与陪试轴承2的内圈之间安装有垫圈18，垫圈18与陪试轴承2的内圈挡止配合，防止陪试轴承2向前方脱出。陪试轴承2的后端于主轴14的第三段24上依次安装有前隔套4、第一试验轴承5、中隔套6和第二试验轴承10，前隔套4前后支撑在陪试轴承2内圈与第一试验轴承5的内圈之间，中隔套6前后支撑在第一试验轴承5的内圈与第二试验轴承10的内圈之间，第二试验轴承10的外圈后端面刚性抵接在后压盖13上。

当通过第二轴向加载机构向第二试验轴承10加载轴向载荷时，轴向加载缸1对端盖17施加直线向后的第二轴向加载力，第二轴向加载力通过端盖17向后依次传递给陪试轴承2、前隔套4、第一试验轴承5的内圈、中隔套6，最后作用到第二试验轴承10的内圈上。通过调节轴向加载缸1的轴向加载力就可以改变第二试验轴承的轴向载荷。

在轴承试验机中，见说明书附图图1，轴向加载环7、加载弹簧8和转接环19均套装在中隔套6外周，轴向加载环7能够相对于中隔套6的外周面进行前后移动和转动，转接环19能够相对于中隔套6的外周面进行前后移动。

当轴承试验机开始试验时，第一轴向加载机构加载的向前的第一轴向加载力通过加载弹簧调节杆9、转接环19、加载弹簧8和轴向加载环7作用到第一试验轴承2的外圈上，第二轴向加载机构加载的向后的第二轴向加载力通过端盖17、陪试轴承2、前隔套4、第一试验轴承5的内圈、中隔套6，最后作用到第二试验轴承10的内圈上。

需要说明的是：由于第二试验轴承10的外圈的后端被后压盖13刚性抵接，所以第二试验轴承为承受轴向载荷的一对轴承中的“压紧端”；由于第一试验轴承5的外圈的后端被弹性件动态抵接，弹性件对第一试验轴承5的外圈并没有刚性固定而是能够弹性移动，所以第一试验轴承5是承受轴向载荷的一对轴承中的“放松端”。在试验时，根据成对轴承轴向载荷的计算原理可知，虽然第二轴向加载力会经过放松端的内圈，但是放松端的内圈仅是将该第二轴向载荷向后传递，放松端的外圈由于并没有在第二轴向载荷的反方向被挡止固定，所以放松端所受到的轴向载荷将不受第二轴向加载力影响也即不包含第二轴向加载力，压紧端所受到的轴向载荷包含第二轴向加载力。为方便理解，可假设第二轴向加载力足够大到使第一试验轴承5的内圈向后移动，那么此时弹性件并不能对第一试验轴承5进行刚性挡止，整个第一试验轴承5的内圈和外圈都会向后移动，第一试验轴承5所受到的轴向载荷与第二轴向加载力无关，也就不包含第二轴向加载力。

因此，在试验时，通过两套轴向加载机构分别施加不同的轴向加载力，就可以使得两套试验轴承承受不同的轴向载荷，从而很方便就能够模拟出两套轴承在实际工况中所承受的轴向载荷不同且不成比例的情况，因而能够更加客观真实得检测出轴承在实际工况下的性能和寿命。

轴承试验机的径向加载机构包括径向直线驱动装置，本实施例中径向直线驱动装置为设置在轴承座21的上方的径向加载缸3，径向加载缸3加载的径向加载力通过轴承座21、陪试轴承2传递到主轴14上，根据杠杆原理，由于第一试验轴承5和第二试验轴承10距离陪试轴承2的距离不同，所以最终通过主轴14作用到第一试验轴承5和第二试验轴承10上的径向载荷也不同。通过改变径向加载缸1加载的径向加载力，能够调节第一试验轴承5和第二试验轴承10上的径向载荷；通过改变第一试验轴承5和第二试验轴承10之间的中隔套6的长度，即改变了第二试验轴承10距离陪试轴承2的距离，也能够调节第一试验轴承5和第二试验轴承10上的径向载荷。

轴承试验机的衬套11中还嵌设有加热棒12，加热棒12外连控制系统，通过控制加热棒12的加热温度，使得衬套11的温度可以从室温至250摄氏度之间变化，这样通过衬套11提供给试验轴承高温的工作环境，从而可以更加真实地模拟实际工况。第一试验轴承5和第二试验轴承10的外圈上均连接有温度传感器和振动传感器16，通过温度传感器和振动传感器16能够实时监控和记录试验轴承的温度和振动情况，便于对试验轴承的性能进行分析。

本发明的实施例2：本实施例与实施例1的不同之处在于：对轴向加载环施加向前的第一轴向加载力的弹力件可以替换为气弹簧。

本发明的实施例3：本实施例与实施例1的不同之处在于：主轴14可以不设为五段的阶梯轴，设置为两段或三段或四段均可，或者设置为前后直径一致的圆轴也可。

本发明的实施例4：本实施例与实施例1的不同之处在于：加载弹簧调节杆9还可以设置为长度可调的伸缩杆，这样就无需替换不同长度的加载弹簧调节杆，只需要调整一下加载弹簧调节杆9的长度即可。

本发明的实施例5：本实施例与实施例1的不同之处在于：垫圈18可以不设，陪试轴承2的内圈前端面直接挡止在阶梯面上即可。

本发明的实施例6：本实施例与实施例1的不同之处在于：轴向加载缸1和/或径向加载缸3由液压缸或气压缸构成。

Claims (7)

1.一种轴承试验机，包括机架、前后延伸的主轴、用于对相应轴承的外圈施加轴向加载力的轴向加载机构，主轴中部用于前后并列套装被试验的第一、二试验轴承，主轴前端部装配有陪试轴承，其特征在于：所述轴向加载机构包括用于对第一试验轴承的外圈施加向前的第一轴向加载力而不影响第二试验轴承的第一轴向加载机构、对陪试轴承的外圈施加向后的第二轴向加载力的第二轴向加载机构；还包括套装在所述主轴上的用于将所述第二轴向加载力向后传递给第二试验轴承的内圈的前隔套、中隔套，所述前隔套用于前后支撑在陪试轴承内圈与第一实验轴承的内圈之间，所述中隔套用于前后支撑在第一试验轴承内圈与第二试验轴承的内圈之间；还包括装配于机架上的用于刚性挡止第二试验轴承外圈的后端面向后移动的后挡止件；所述第一轴向加载机构包括由机械弹簧或气弹簧构成的弹性件，弹性件的后端直接或通过支撑件与机架朝后挡止配合，弹性件的前端能够相对于后端前后弹性伸缩并输出向前的弹性顶推力，弹性件的前端用于直接或通过传力件与第一试验轴承的外圈的后端面支撑配合、以向第一试验轴承的外圈施加第一轴向加载力。

2.根据权利要求1所述的轴承试验机，其特征在于：所述第一轴向加载机构包括：构成所述传力件的轴向加载环、构成所述弹性件的加载弹簧，加载弹簧为机械弹簧，所述中隔套穿设于轴向加载环中，轴向加载环能够相对于中隔套前后移动和转动，轴向加载环的前端面用于与第一试验轴承外圈的后端面顶推配合，所述加载弹簧的前端与所述轴向加载环的后端面顶推配合。

3.根据权利要求2所述的轴承试验机，其特征在于：所述机架上固定有衬套，衬套沿前后方向上贯穿设置有安装孔，所述主轴穿装在安装孔中且前后两端从安装孔的前后孔口伸出，所述第一轴向加载机构的支撑件包括固定在安装孔的后孔口处的后压盖、能够相对于中隔套前后移动和转动的套装在中隔套上的转接环、前后支撑于后压盖与转接环之间的加载弹簧调节杆；所述衬套上于安装孔的后孔口的周围一体设有嵌套，嵌套上开设有沿圆周分布的向前通入安装孔中的装配孔，所述加载弹簧调节杆插装在装配孔中，转接环的前端抵接加载弹簧，转接环的后端抵接加载弹簧调节杆前端，后压盖顶压加载弹簧调节杆后端，所述加载弹簧调节杆为长度可调的伸缩杆或通过更换加载弹簧调节杆改变其长度、以调节加载弹簧的压缩量，从而改变第一轴向加载力。

4.根据权利要求3所述的轴承试验机，其特征在于：所述后压盖具有伸入到衬套的安装孔内的水平段和固定在衬套后孔口处的竖直段，所述后压盖的竖直段封盖住所述装配孔，加载弹簧调节杆的后端抵接在后压盖的竖直段；后压盖的水平段的前端从后端刚性抵接第二试验轴承的外圈以形成所述后挡止件。

5.根据权利要求1所述的轴承试验机，其特征在于：所述第二轴向加载机构包括输出端输出直线向后的第二轴向加载力的轴向直线驱动装置、从前端抵接陪试轴承外圈的端盖，所述轴向直线驱动装置加载在端盖上的第二轴向加载力依次通过端盖、陪试轴承、前隔套、第一试验轴承内圈、中隔套作用到第二试验轴承的内圈上。

6.根据权利要求5所述的轴承试验机，其特征在于：还包括径向加载机构，所述径向加载机构包括径向直线驱动装置、与所述端盖固定连接的固定套装在所述陪试轴承外圈上的轴承座，径向直线驱动装置设置在陪试轴承的外圈上方，径向直线驱动装置的输出端经所述轴承座将径向载荷作用到陪试轴承上，通过陪试轴承将径向载荷传递到主轴上，主轴再将径向载荷作用到第一、第二试验轴承上。

7.根据权利要求6所述的轴承试验机，其特征在于：所述轴向直线驱动装置和/或径向直线驱动装置为加载缸，加载缸由液压缸或气压缸构成。