CN109855871A - 一种滚针轴承试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种滚针轴承试验设备，包括试验头部件，试验头部件包括沿左右方向延伸的旋转主轴，以及至少一个可绕相应转动轴线在前后方向上摆动的试验轴承座，试验轴承座位于所述旋转主轴后侧，试验轴承座上设有至少一个用于装配试验滚针轴承的安装位置，并相应设有用于穿装试验滚针轴承的轴承穿装销轴，试验头部件还包括用于向试验轴承座施加向前作用力以使试验滚针轴承外圈与所述旋转主轴的外周面顶压接触的径向加载装置。旋转主轴转动时，由加载产生的摩擦力可驱动试验滚针轴承的外圈转动，模拟无内圈的特殊滚针轴承在发动机内的工作和受力情况，适合用于对较为特殊的无内圈滚针轴承进行相应测试。

Description

一种滚针轴承试验设备

技术领域

本发明属于轴承试验技术领域，尤其涉及一种滚针轴承试验设备。

背景技术

现有轴承中存在一类滚针轴承，该类滚针轴承没有内圈结构，其直接套装在轴件上，并通过外界摩擦力带动外圈旋转，例如安装在汽车发动机上的摇臂轴承。

汽车发动机的进气和排气功能，是由凸轮轴驱使相应的进气门、排气门动作以控制相应进气道、排气道与燃烧室通断实现的。将气门组件连接在相应摇臂上，摇臂轴承不具有内圈结构，外圈和滚针直接安装在摇臂的销轴上。运转中的凸轮轴直接接触摇臂轴承的外圈，在凸轮轴转动时通过摩擦力带动外圈旋转，并由气门上的弹簧结构提供循环往复的径向力，最终通过摇臂摆动控制进气门、排气门的开关动作。

由此可见，摇臂的动作精度直接决定了进气门、排气门的动作精度，摇臂轴承又是决定摇臂动作精度的关键部件，其寿命和可靠性等性能决定了汽车发动机性能的优劣，故需进行针对性的试验以校验摇臂轴承性能。

摇臂轴承的结构和运行方式不同于常见的轴承，摇臂轴承没有内圈结构，现有技术中对轴承寿命和可靠性检测的设备，主要由电机主轴穿过轴承内圈，在旋转工作时从径向和轴向施加载荷，得出实验数据，无法直接测量没有内圈的特殊滚针轴承上，故需要设计专用的试验设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚针轴承试验设备，以解决现有技术中常见的轴承试验装置不能直接测量没有内圈的滚针轴承的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的滚针轴承试验设备的技术方案：一种滚针轴承试验设备，包括用于装配在试验台上的试验头部件，试验头部件包括沿左右方向延伸的用于与试验电机主轴连接的旋转主轴，试验头部件还包括至少一个可绕相应转动轴线在前后方向上摆动的试验轴承座，试验轴承座位于所述旋转主轴后侧，试验轴承座上设有至少一个用于装配试验滚针轴承的安装位置，并相应设有沿左右方向延伸的用于穿装试验滚针轴承的轴承穿装销轴，轴承穿装销轴与所述试验轴承座的转动轴线在上下方向上错开布置，所述试验头部件还包括用于向试验轴承座施加向前作用力以使试验滚针轴承外圈与所述旋转主轴的外周面顶压接触的径向加载装置。

本发明的有益效果在于：滚针轴承试验设备包括试验轴承座和旋转主轴，试验轴承座上设有轴承穿装销轴，以穿装试验滚针轴承，并且，设置径向加载装置以使得试验滚针轴承顶压在旋转主轴上，这样一来，旋转主轴转动时，由加载产生的摩擦力可驱动试验滚针轴承的外圈转动，模拟无内圈的特殊滚针轴承在发动机内的工作和受力情况，适合用于对较为特殊的无内圈滚针轴承进行相应测试。在试验设定时间后，可观察判断试验滚针轴承性能是否满足设计要求。

作为本发明滚针轴承试验设备中径向加载装置的改进，所述径向加载装置为设置在所述试验轴承座后侧的直动顶压装置，直动顶压装置具有用于与所述试验轴承座顶压配合的直动顶压件。采用直动顶压装置对试验轴承座进行顶压加载，结构设计较为简单，且由于与旋转主轴相对布置在试验轴承座两侧，加载装置和旋转主轴不会相互影响。

作为本发明滚针轴承试验设备的另一项改进，所述轴承穿装销轴和所述试验轴承座止转配合。如此设计，可以使旋转主轴在带动试验轴承高速旋转时，轴承穿装销轴不会相对旋转，防止试验轴承脱落。

作为对轴承穿装销轴和所述试验轴承座止转配合装配的进一步改进，所述轴承穿装销轴的端头设有上下两个挡止面，所述试验轴承座的侧面在轴承穿装销轴上下设有与两挡止面对应挡止配合的挡止销，以实现轴承穿装销轴与试验轴承座止转配合。利用两挡止销与相应两挡止面的挡止配合，实现相应止转配合，整体结构简单，加工、装配均较为方便。

作为对上述各项滚针轴承试验设备中任一项的进一步改进，所述试验轴承座上设有向所述安装位置供给润滑油的润滑油孔。向试验轴承供给润滑油，以模拟试验轴承高温润滑的工作情况，使其更符合实际工况，提高模拟精度。

作为在试验轴承座上设置润滑油孔的进一步改进，所述试验头部件包括试验头壳体，所述试验轴承座通过轴承座安装销轴可转动的装配在所述试验头壳体中，轴承座安装销轴的中心轴线即为所述转动轴线，所述轴承座安装销轴上设有与所述润滑油孔连通的润滑油进油通道，润滑油进油通道具有外接油口。利用轴承座安装销轴上润滑油进油通道的外接油口，方便通过润滑油孔向试验滚针轴承供给润滑油。

作为对上述润滑油进油通道的进一步限定，所述润滑油进油通道包括所述轴承座安装销轴上设有的沿轴承座安装销轴轴向延伸的中心进油通道和沿轴承座安装销轴径向延伸的喷油孔，喷油孔连通所述中心进油通道和所述润滑油孔，所述中心进油通道的相应端口形成所述的外接油口。设置中心进油通道方便设置与外界油路连通，设置喷油孔方便实现中心进油通道和润滑油孔的连通。

作为对上述试验头壳体的进一步改进，所述试验头壳体底部具有用于连通回油通道的集油腔，试验头壳体上设有用于测量集油腔中油温信号的测温装置。利用测温装置，可以用于测试试验过程中密封工作环境中的温度并将反馈信号传递给工控系统，以控制试验壳体内部的工作温度，达到更好的模拟效果。

作为对上述滚针轴承试验设备中的又一项改进，所述滚针轴承试验设备包括所述试验台，所述试验头部件在试验台上沿前后方向至少并行设置有两组。如此设置，可以对比在不同试验头组件中试验轴承的工作情况。

作为对上述滚针轴承试验设备中的另一项改进，所述试验头部件还包括用于测量轴承穿装销轴温度的销轴测温装置。通过销轴测温装置测量轴承穿装销轴的温度，保证试验设备的正常运行。

附图说明

图1为本发明所提供的滚针轴承试验设备的实施例的结构示意图；

图2为图1中试验头部件的结构示意图；

图3为图2中试验头部件的径向加载原理图；

图4为图1中试验轴承座的结构示意图；

图5为图4中A-A剖视图；

图6为图2中轴承座安装销轴的结构示意图；

图7为图2中左衬套的结构示意图；

图8为图2中右衬套的结构示意图；

附图标记说明：试验头部件-1，试验轴承座-2，轴承座安装销轴-3，旋转主轴-4，左衬套-5，右衬套-6，定位台阶轴-7，试验电机-8，试验台-9，测温组件-10，活塞-11，油缸-12，试验滚针轴承-21，中心安装孔-22，挡止销-23，润滑油孔-24，轴承穿装销轴-25，外接油口-30，中心进油通道-31，喷油孔-32，左主轴安装孔-51，左销轴安装孔-52，左台阶轴安装孔-53，右主轴安装孔-61，右销轴安装孔-62，右台阶轴安装孔-63，试验头壳体-101，集油腔-102，回油通道-103，测温杆-104，测温穿孔-105。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但并不以此为限。

需要说明的是，权利要求书、上述发明内容部分以及下述具体实施方式部分中的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”及“后”等方位标记仅用于表明各部件的相对布置关系。

本发明滚针轴承试验设备的具体实施例，如图1至图8所示，滚针轴承试验设备包括试验台9，试验台9上固设有试验头部件1，还设有与试验头部件1对应的试验电机8，试验电机8位于试验头部件1的右侧。

如图1所示，试验头部件1具体包括试验头壳体101，试验头壳体101中通过轴承结构转动装配有沿左右方向延伸的旋转主轴4，旋转主轴4通过联轴器组件与试验电机8传动连接。此处的旋转主轴4可由试验电机8驱动，以模拟发动机中用于驱使滚针轴承外圈转动的凸轮。

如图1和图2所示，试验头壳体101中通过轴承座安装销轴3可转动的装配有试验轴承座2，试验轴承座2位于旋转主轴4后侧，轴承座安装销轴3沿左右方向延伸，轴承座安装销轴3的中心轴线即为试验轴承座2的转动轴线。

试验轴承座2上沿左右方向间隔布置有两个安装位置，以用于在试验时可同时安装两个试验滚针轴承21，此处的安装位置具体为安装槽。在试验轴承座2上设有穿过两安装槽的贯穿孔，在贯穿孔中定位装配有轴承穿装销轴25，试验滚针轴承21在试验时对应套装在轴承穿装销轴25上。

实际上，需要说明的是，上述的轴承穿装销轴25与轴承座安装销轴3在上下方向上错开布置。

如图3所示，试验头部件1具体还包括向试验轴承座施加向前作用力以使试验滚针轴承21的外圈与旋转主轴4的外周面顶压接触的径向加载装置，利用该径向加载装置向试验轴承座施加的向前作用力，使得试验滚针轴承21的外圈顶压在旋转主轴4上，由旋转主轴4带着试验滚针轴承21的外圈转动，以进行模拟试验。

具体的，径向加载装置为设置在试验轴承座2后侧的直动顶压装置，直动顶压装置具体包括油缸12，油缸12固定设置在试验头壳体101上，油缸12的动力输出部连接有活塞11，该活塞11密封装配在试验头壳体101的活塞孔中。

实际上，旋转主轴4的中心轴线和轴承穿装销轴25的中心轴线并行布置以形成定位平面，活塞11顶压作用在试验轴承座2上的中心施力点作为直动顶压件的中心施力点位于上述定位平面内。这样一来，试验轴承座转动幅度较小，加载精度较高。在其他实施例中，也可以不位于上述的定位平面内。

在测试时，利用油缸12驱使活塞11向前顶压试验轴承座2，试验轴承座2上的试验滚针轴承21与旋转主轴4顶压配合，由旋转主轴4利用摩擦力驱使试验滚针轴承21的外圈转动，以进行模拟试验。

本实施例中，油缸作为直动顶压装置向试验轴承座施加顶压作用力，油缸的活塞作为相应的直动顶压件。在其他实施例中，也可采用其他的直动驱动机构作为直动顶压装置，如设置气缸或电动推杆等结构。当然，不仅设置顶压装置，还可设置牵引装置，如利用拉簧向试验轴承座施加向前的牵引作用力，同样可以实现径向加载，拉簧上可连接绳索，绳索绕过相应滑轮后可连接砝码，通过调整砝码重量，同样可调整径向加载装置的加载力大小。

如图4和图5所示，在本实施例中，轴承穿装销轴25为左端设有挡止台阶的阶梯轴，在轴承穿装销轴25穿装在试验轴承座2上时，利用旋转在轴承穿装销轴25右端的紧固螺母将轴承穿装销轴固定在试验轴承座2上。

并且，轴承穿装销轴25的左端设有上下两个挡止面，使得轴承穿装销轴25左端形成扁轴结构。对应的，在试验轴承座2的相应侧面上于轴承穿装销轴上下分别设有挡止销23，以与两挡止面对应挡止配合，进而使得轴承穿装销轴25止转装配在试验轴承座2上。

本实施例中，轴承穿装销轴通过挡止销与挡止面的挡止配合实现与试验轴承座的止转配合，在其他实施例中，也可通过其他结构实现两者止转配合，如在轴穿装销轴上设置竖向穿孔，在试验轴承座上设置与竖向穿孔对应贯通的竖向定位孔，可利用穿装在竖向穿孔及竖向定位孔中的竖向定位销实现轴承穿装销轴与试验轴承座的止转配合。

如图2、图4、图5及图6所示，在试验轴承座2上设有向上述对应试验滚针轴承21的安装位置供给润滑油的润滑油孔24，润滑油孔24与相应的安装槽的内腔连通。

具体的，在试验轴承座2上设有供上述轴承座安装销轴3穿过的中心安装孔22，该中心安装孔22与润滑油孔24连通。实际上，轴承座安装销轴3上设有润滑油进油通道，该润滑油进油通道包括中心进油通道31和沿径向延伸的喷油孔32，喷油孔32沿轴承座安装销轴轴向依次间隔布置有4个，其中，两个喷油孔32对应与两润滑油孔24连通，以将润滑油供给至安装槽处。另外两个喷油孔32布置在试验轴承座2的前后外侧，以对旋转主轴4进行润滑降温。

而且，由于轴承座安装销轴3具有延伸至试验头壳体101外的外端，使得中心进油通道31具有延伸至轴承座安装销轴3外端的外接油口30，接油较为方便。

试验时，通过轴承座安装销轴3导入润滑油，部分润滑油经位于两端的两个喷油孔喷出，对旋转主轴冷却，部分润滑油则经位于中间的两个喷油孔进入润滑油孔34中，对两个试验滚针轴承21进行润滑冷却，模拟发动机内部润滑系统。

具体来讲，在试验头壳体101的底部设有集油腔102，该集油腔102用于汇集润滑油。在试验台9上设有与集油腔102连通的回油通道103，满足润滑油的流动要求。

为了更精准模拟试验环境，在试验头壳体101的底部对应集油腔设有测温组件10，测温组件10具体选用相应的温度传感器，温度传感器的接头引入集油腔中，由温度传感器测量油温，并将测得的信息反馈传输给相应系统，以控制润滑油温度，提高对发动机高温环境的模拟精度。

另外，如图1所示，为保证试验设备的正常工作，试验头部件1还包括用于测量轴承穿装销轴温度的销轴测温装置，销轴测温装置具体为固定设置在试验头壳体上的测温杆104，测温杆104固定插装在如图5所示轴承穿装销轴25的测温穿孔105中。

如图1、图2、图7和图8所示，在本实施例中，试验头壳体101具体包括壳主体，壳主体的左右两侧壁上对应设有开口，左侧开口处密封装配有左衬套5，右侧开口处密封装配有右衬套6，两衬套之间通过定位台阶轴7实现相向定位，且两衬套由相应的压盖压装固定在壳主体上。

上述左衬套5构成试验头部件1的左端面，左衬套5上开设有左主轴安装孔51、左销轴安装孔52及左台阶轴安装孔53，其中，左主轴安装孔51为不与外壁打通的盲孔，其内设有旋转主轴4的轴承座安装销轴承。

上述右衬套6构成试验头部件1的右端面，右衬套6上开设有右主轴安装孔61、右销轴安装孔62及右台阶轴安装孔63，其中，右台阶轴安装孔63位通孔，其内设有用于支撑旋转主轴4的轴承座安装销轴承。

左台阶轴安装孔53和右台阶轴安装孔63之间穿装有一个定位台阶轴7，该定位台阶轴7具有一个台阶轴段，用于定位左、右衬套的相对工作距离，并增加了结构的稳定性。

装配时，将旋转主轴4转动装配在试验头部件1中，并通过联轴器组件和试验电机8的主轴传动连接。轴承座安装销轴3依次穿过右衬套6、试验轴承座2、左衬套5，并利用相应紧固螺母将其紧固装配在试验头壳体上，试验轴承座2上预装有试验滚针轴承21，试验轴承座2可相对转动的装配在轴承座安装销轴3上，油缸12顶压试验轴承座2时，将试验滚针轴承21的外圈顶压在旋转主轴4上。

开始试验时，打开试验电机8，旋转主轴4旋转，试验滚针轴承21的外圈因为接触摩擦力旋转，同时高温润滑油系统工作，高温润滑油依次通过轴承座安装销轴3内的中心进油通道31、喷油孔32和试验轴承座2的润滑油孔24处，对试验滚针轴承21润滑，如此，模拟了试验轴承的工作方式和温度环境。

同时，工控系统可以通过调节旋转主轴转速和径向加载装置加载力等参数，模拟不同的工作状况。通过测温组件10对工作环境温度的反馈，可以调节高温润滑油系统润滑油的进给温度和速率，达到不同的工作温度。

旋转主轴转动一个寿命周期，如设定的小时数，取出试验滚针轴承21，进行观察，并测量相应性能参数，判断相应滚针轴承的性能可靠性。

需要说明的是，本实施例中的滚针轴承试验设备中，不仅包括试验头部件，还包括试验电机和试验台等，在其他实施例中，也可以仅设置试验头部件，而将试验头部件安装在其他工作平台上，并连接相应的试验电机驱动转动。而且，在进行模拟试验时，可以另外单独配置对滚针试验轴承进行润滑的润滑系统，如设置润滑喷头，以向滚针试验轴承进行喷油润滑，不需要在试验轴承座及轴承座安装销轴上设置润滑结构所形成的润滑系统。

作为本发明的另一种实施方式，试验轴承座内的试验滚针轴承可以设为多组，相应增加轴承安装位置和润滑油孔即可。也可以就相同的试验轴承座在轴承座安装销轴上均布多组，进行同旋转主轴的对比试验。也可仅设置单个试验轴承座，该试验轴承座上仅设置一个试验滚针轴承的安装位置。

作为本发明的另一种实施方式，试验轴承座也可以直接替换为发动机的摇臂轴承座，旋转主轴的接触轴段为凸轮轴结构，与此相应的，油缸和活塞相应替换成气门弹簧等阻尼结构；如此设计，增加了试验设备对汽车摇臂轴承工作的仿真程度，相应提高了试验的准确性，但是加大了设备和安装的加工难度，增加了成本。

作为本发明的另一种实施方式，试验头部件可在试验台上并排设置多组，可以进行不同旋转主轴的对比试验。对应这种布置，可以针对各试验头部件分别设置试验电机。

作为本发明的另一种实施方式，试验轴承座上轴承穿装销轴的挡止结构可以是在试验轴承座侧壁上开设的和轴承穿装销轴的挡止螺母相匹配的异形盲孔。

实际上，本发明所提供的滚针轴承的试验设备通过对试验头部件的结构设计，准确模拟了无内圈的特殊轴承在发动机内工作和受力情况；实验主轴的外轴面和试验轴承的外圈接触，在加载时产生摩擦力，带动外圈旋转；试验轴承通过轴承穿装销轴穿装在所述的试验轴承座上，模拟了试验轴承的安装方式；且可在轴承座上设置多组，以供在同一试验组件中进行对比试验，通过工控系统对测试信号接收和分析，得出实验结果，可以有效的解决现有技术中对没有内圈结构的特殊滚针轴承的工作情况不能准确模拟从而无法测试其寿命及可靠性的问题。

Claims (10)

1.一种滚针轴承试验设备，包括用于装配在试验台上的试验头部件，试验头部件包括沿左右方向延伸的用于与试验电机主轴连接的旋转主轴，其特征在于：试验头部件还包括至少一个可绕相应转动轴线在前后方向上摆动的试验轴承座，试验轴承座位于所述旋转主轴后侧，试验轴承座上设有至少一个用于装配试验滚针轴承的安装位置，并相应设有沿左右方向延伸的用于穿装试验滚针轴承的轴承穿装销轴，轴承穿装销轴与所述试验轴承座的转动轴线在上下方向上错开布置，所述试验头部件还包括用于向试验轴承座施加向前作用力以使试验滚针轴承外圈与所述旋转主轴的外周面顶压接触的径向加载装置。

2.根据权利要求1所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述径向加载装置为设置在所述试验轴承座后侧的直动顶压装置，直动顶压装置具有用于与所述试验轴承座顶压配合的直动顶压件。

3.根据权利要求1所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述轴承穿装销轴和所述试验轴承座止转配合。

4.根据权利要求3所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述轴承穿装销轴的端头设有上下两个挡止面，所述试验轴承座的侧面在轴承穿装销轴上下设有与两挡止面对应挡止配合的挡止销，以实现轴承穿装销轴与试验轴承座止转配合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述试验轴承座上设有向所述安装位置供给润滑油的润滑油孔。

6.根据权利要求5所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述试验头部件包括试验头壳体，所述试验轴承座通过轴承座安装销轴可转动的装配在所述试验头壳体中，轴承座安装销轴的中心轴线即为所述转动轴线，所述轴承座安装销轴上设有与所述润滑油孔连通的润滑油进油通道，润滑油进油通道具有外接油口。

7.根据权利要求6所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述润滑油进油通道包括所述轴承座安装销轴上设有的沿轴承座安装销轴轴向延伸的中心进油通道和沿轴承座安装销轴径向延伸的喷油孔，喷油孔连通所述中心进油通道和所述润滑油孔，所述中心进油通道的相应端口形成所述的外接油口。

8.根据权利要求6所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述试验头壳体底部具有用于连通回油通道的集油腔，试验头壳体上设有用于测量集油腔中油温信号的测温装置。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述滚针轴承试验设备包括所述试验台，所述试验头部件在试验台上沿前后方向至少并行设置有两组。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的滚针轴承试验设备，其特征在于：所述试验头部件还包括用于测量轴承穿装销轴温度的销轴测温装置。