CN109855867B - 一种集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置 - Google Patents

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本发明涉及一种集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置。集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置包括气缸，气缸包括中空缸体以及与缸体滑动配合的轴向加载柱塞，轴向加载柱塞在加载时轴向相对定位装配有转轴，转轴的一端传动连接有旋转电机，转轴的另一端为能够输出旋转载荷和轴向载荷的输出端。通过旋转电机带动转轴转动，实现旋转加载；可通过气缸柱塞将轴向载荷传递给转轴，实现轴向加载；通过旋转电机可实现无级旋转载荷加载，通过气缸可实现无级的轴向载荷加载，而且相对于传统手动加载方式具有精度高、可加载轴向载荷大、可加载旋转载荷大的特点。

Description

一种集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置
技术领域
本发明涉及一种集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置。
背景技术
现代工业中，轴承凸出量、轴承轴向刚度及成对轴承预紧力的测量设备多采用单作用空气主轴加载系统，这类加载系统具有轴向加载精度高、旋转精度高、能够无级加载，而且在轴系加载过程中需要有一定的行程量。但单作用空气主轴加载系统因为机械结构上的原因一般为手动驱动方式，不但主轴旋转速率低、而且增加操作者的劳动强度，还会因手动驱动带来测量上的误差。随着仪器设备自动化水平和主轴动态转速要求的提高，这就使这类手动驱动单作用空气主轴加载系统不能满足性能要求，进而产生测量中的瓶颈，例如需检测轴承动态刚度性能时要求转速为50-6000r/min,轴向载荷：100-6000N；轴向加载精度1%，且轴向载荷要求为无级加载，传统的手动单作用空气主轴加载系统显然无法满足在如此大的转速区间内的性能要求，而其他的加载方式：如砝码、气缸、液压缸要么无法满足无级加载的要求，要么无法满足精确加载的要求。
随着精密主轴轴承和轴承组配的高速发展，军品或民品用户对精密轴承性能的要求越来越高，在轴承凸出量、轴承轴向刚度及成对轴承预紧力这样既需要高精度轴向载荷又需要一定主轴转速的动态测量领域，亟需一种可实现合适的轴向载荷加载和旋转载荷加载的相应设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现轴向和旋转载荷同时加载的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置，以解决传动手动加载方式无法实现无级加载的技术问题。
为实现上述目的，本发明的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置采用如下的技术方案：
技术方案1：集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置包括气缸，气缸包括中空缸体以及与缸体滑动配合的轴向加载柱塞，轴向加载柱塞在加载时轴向相对定位装配有转轴，转轴的一端传动连接有旋转电机，转轴的另一端为能够输出旋转载荷和轴向载荷的输出端。
有益效果：本发明的加载装置可通过旋转电机带动转轴转动，实现旋转加载；可通过气缸的轴向加载柱塞将轴向载荷传递给转轴，实现轴向加载；通过轴向加载柱塞直径扩大并设计中空结构，形成一个用来嵌套转轴的空间，并通过旋转电机带动转轴转动，实现转轴既可加载轴向载荷、又能加载旋转载荷的功能，而且旋转电机可实现无级旋转载荷加载，通过气缸可实现无级的轴向载荷加载，而且相对于传统手动加载方式具有精度高、可加载轴向载荷大、可加载旋转载荷大的特点。
技术方案2：在技术方案1的基础上，轴向加载柱塞中空，转轴通过轴承转动装配在轴向加载柱塞内腔中。
技术方案3：在技术方案2的基础上，所述轴承为经过预紧的角接触球轴承，角接触球轴承至少有一对。
技术方案4：在技术方案3的基础上，所述角接触球轴承有两个，分别安装在轴向加载柱塞和转轴之间，两个角接触球轴承的内圈相对于转轴固定，两个角接触球轴承的外圈相对于轴向加载柱塞固定。
技术方案5：在技术方案4的基础上，所述轴向加载柱塞的两端伸出缸体之外且连接有内凸的挡台，所述转轴的两端设有外凸的挡檐，挡台与角接触球轴承的外圈顶推配合，挡檐与角接触球轴承的内圈顶推配合，两个角接触球轴承之间还设有内隔圈和外隔圈。
技术方案6：在技术方案1-5任意一项的基础上，集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置还包括检测转轴的轴向加载载荷的力传感器，以及接收力传感器的反馈信号以调节转轴轴向加载载荷的控制器。
技术方案7：在技术方案1-5任意一项的基础上，集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置还包括电机安装座，旋转电机的输出轴通过联轴器与转轴连接，电机安装座内设有容纳联轴器的空腔。
技术方案8：在技术方案1-5任意一项的基础上，轴向加载柱塞与缸体的滑动配合处设有润滑密封环。
技术方案9：在技术方案1-5任意一项的基础上，转轴包括转轴本体及通过螺钉压装在转轴端部的加载端盖，加载端盖构成所述输出端。
附图说明
图1为本发明的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置的结构示意图；
图2为图1的安装状态示意图；
图中：1-加载端盖，2-上定位端盖，3-上轴承，4-外隔圈，5-内隔圈，6-中空气缸柱塞，7-气缸上端盖，8-气缸润滑密封环，9-中空转轴，10-柱塞润滑密封环，11-气缸下端盖，12-下轴承，13-下定位端盖，14-电机安装座，15-气缸驱动端轴，16-联轴器，17-电机转轴，18-电机本体，19-气缸壁筒，20-设备机架，21-气缸安装板，22-力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置的具体实施例，如图1所示，集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置包括气缸，气缸包括中空缸体以及与缸体滑动配合的中空气缸柱塞6，中空气缸柱塞6的两端分别伸出缸体之外，柱塞内腔中转动装配有中空转轴9，中空气缸柱塞6与中空转轴9之间设有一对角接触球轴承，分别为上轴承3和下轴承12，两个角接触球轴承之间设有内隔圈5和外隔圈4，中空气缸柱塞6两端连接有内凸的挡台，以对角接触球轴承的外圈进行挡止，中空转轴9设有外凸的挡檐，以对角接触球轴承的内圈进行挡止，通过轴承及内、外隔圈配合挡台、挡檐实现中空气缸柱塞6和中空转轴9的轴向顶推配合，实现轴向载荷的传递，中空转轴9的一端传动连接有旋转电机，通过旋转电机带动中空转轴9旋转，实现旋转载荷的加载，中空转轴9的另一端为能够输出旋转载荷和轴向载荷的输出端。
其中缸体为两端带有开口的圆柱壳体结构，包括气缸壁筒19以及连接在气缸壁筒19两端的气缸上端盖7和气缸下端盖11，气缸上端盖7和气缸下端盖11的开孔的孔壁镶嵌有气缸润滑密封环8，用于与中空气缸柱塞6的外周壁滑动密封配合，以防漏气。
中空气缸柱塞6包括筒状的壳体以及通过螺钉连接在筒状壳体两端的上定位端盖2和下定位端盖13，上、下定位端盖内凸以构成上述与角接触球轴承外圈挡止配合的挡台，筒状壳体的外周中部还设有环形凸台以构成活塞环，环形凸台的外周面上镶嵌有两个柱塞润滑密封环10，以实现与气缸壁筒19的滑动密封配合。
中空转轴9包括圆筒状的本体以及通过螺钉连接在中空转轴9一端的加载端盖1，加载端盖1的外端设有顶推部，为转轴的输出端，设有对应于被输出件结构的相应结构，例如被输出件为轴承内圈时，则设置与内圈尺寸适配的外凸环形凸台与内圈适配，以便为轴承内圈输出旋转载荷和轴向载荷。加载端盖1具有外凸的环形凸台，该环形凸台作为与上述角接触球轴承内圈挡止配合的挡檐；中空转轴9的另一端具有外凸的环形凸台以作为与角接触球轴承的内圈挡止配合的挡檐；同时，该端还通过螺钉连接有气缸驱动端轴15，气缸驱动端轴15径向截面呈T形，具有一个用于与旋转电机通过联轴器16连接的连接轴，以将旋转电机的旋转载荷传递给加载端盖1。
气缸驱动端轴15外罩设有中空的电机安装座14，内部空腔可容纳气缸驱动端轴15、联轴器16及电机输出轴，旋转电机安装在电机安装座14上，电机安装座14相对于中空气缸柱塞6固定以随中空气缸柱塞6轴向位移。
先将中空气缸柱塞6、气缸上端盖7、气缸润滑密封环8、柱塞润滑密封环10、气缸壁筒19、气缸下端盖11依次安装到位，并通过螺钉相互紧固，安装组成一中空气缸部件，确保安装好的中空气缸在通气情况下运行灵活，无卡死、爬行现象。
再将上轴承3、外隔圈4、内隔圈5、下轴承12、气缸驱动端轴15依次安装到中空转轴9上，安装时将上轴承3和下轴承12预紧，以提高刚度和精度，并通过螺钉紧固，形成一整根精密机械主轴部件，保证精密机械主轴自身的旋转精度及运转灵活性。然后将整根精密主轴部件安装进之前已装好的中空气缸部件内，并用上定位端盖2与下定位端盖13通过螺钉将精密机械主轴部件压紧到中空气缸部件内部，形成中空气缸内嵌精密机械主轴的形式，保证气缸通气情况下能够前后运行，内部精密机械主轴可以灵活转动。
然后在精密主轴部件上安装联轴器16，并通过螺钉紧固，在中空气缸组件上安装电机安装座14，之后在电机安装座14上安装旋转电机，并通过电机安装端的止口定心定位，安装过程中将电机转轴17插入联轴器16下端并用螺钉紧固，组成电机驱动中空气缸内嵌精密轴系整体组件，通过螺钉将电机驱动中空气缸内嵌精密轴系组件与气缸安装板21连接。
通过螺钉将力传感器22安装在设备机架20上；最后通过吊装将电机驱动中空气缸内嵌精密轴系组件安放在力传感器22上，此时可以旋转电机，使电机转轴17带动中空转轴9旋转，从而带动被测组件的旋转，向中空气缸下端接入压缩空气，压缩空气推动中空气缸柱塞6在气缸内向上运动输出轴向载荷，轴向载荷通过力传感器22精确测得中空气缸输出的反作用力并反馈给控制器，通过控制器反过来控制气缸的轴向加载载荷的大小调整。

Claims (4)

1.一种集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置，其特征是，包括气缸，气缸包括中空缸体以及与缸体滑动配合的轴向加载柱塞，轴向加载柱塞在加载时轴向相对定位装配有转轴，转轴的一端传动连接有旋转电机，转轴的另一端为能够输出旋转载荷和轴向载荷的输出端；
轴向加载柱塞中空，转轴通过轴承转动装配在轴向加载柱塞内腔中；
所述轴向加载柱塞为中空气缸柱塞，所述转轴为中空转轴；
中空气缸柱塞与中空转轴之间设有一对角接触球轴承，分别为上轴承和下轴承，两个角接触球轴承之间设有内隔圈和外隔圈；
中空气缸柱塞包括筒状的壳体以及通过螺钉连接在筒状壳体两端的上定位端盖和下定位端盖，上、下定位端盖内凸以构成与所述角接触球轴承外圈挡止配合的挡台；
中空转轴包括圆筒状的本体以及通过螺钉连接在中空转轴一端的加载端盖，加载端盖具有外凸的环形凸台，该环形凸台作为与上轴承内圈挡止配合的挡檐，中空转轴的另一端具有外凸的环形凸台以作为与下轴承的内圈挡止配合的挡檐；
通过轴承及内、外隔圈配合挡台、挡檐实现中空气缸柱塞和中空转轴的轴向顶推配合，实现轴向载荷的传递；
所述中空转轴的另一端还通过螺钉连接有气缸驱动端轴，气缸驱动端轴外罩设有中空的电机安装座，内部空腔可容纳气缸驱动端轴、联轴器及电机输出轴，旋转电机安装在电机安装座上，电机安装座相对于中空气缸柱塞固定以随中空气缸柱塞轴向位移。
2.根据权利要求1所述的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置，其特征是，集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置还包括检测转轴的轴向加载载荷的力传感器，以及接收力传感器的反馈信号以调节转轴轴向加载载荷的控制器。
3.根据权利要求1所述的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置，其特征是，轴向加载柱塞与缸体的滑动配合处设有润滑密封环。
4.根据权利要求1所述的集成轴向载荷加载和旋转载荷加载的加载装置，其特征是，加载端盖构成所述输出端。
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