CN109959514B - 配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，它包括利用空气悬浮原理，结合精密位移的测量与调节技术，在实现高速旋转主轴超低摩擦支撑的基础上，同时获得被试轴承Ⅱ非接触轴向加载，并由本课题组在专利“一种高速微型轴承动态摩擦力矩测量仪”（申请号：201610639490.9）中提出的摩擦力矩测量装置来测量被试轴承Ⅱ摩擦力矩，从而实现对单个的精密轴承摩擦力矩、振动、温度和磨损量的同步在线测量。该装置的陪试轴承Ⅰ外圈固定于底座上，不仅可以限制轴系向右的移动，并且在轴系静态不工作时，可由其和径轴向气浮轴承与推力盘的非工作面一道来承担经过仔细配重的轴系力矩平衡，从而保护高精度径轴向气浮轴承非工作面免于长时间的接触损伤。

Description

配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置

技术领域

本发明涉及一种配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，是一种模拟实际工况下角接触球轴承的摩擦力矩、振动、温度以及磨损的同时在线测试装置。

背景技术

角接触球轴承一般应用在非常精密且载荷较轻场合，如卫星惯性仪表的陀螺仪，这就决定了其失效形式不是疲劳失效，而是轴承的摩擦力矩波动过大影响轴承的稳定性或由于磨损量过大导致轴承精度降低而提前失效。这两种失效形式都是在轴承长期运转后由于润滑剂的退化以及球与滚道内外圈之间的磨损造成的，且具体为哪种失效无法提前预知，与轴承的结构、工况、润滑情况等因素有关，而目前市场上的轴承测试设备大多数只能测试轴承摩擦力矩、振动和磨损中的一个参数，“配对角接触球轴承动态磨损测试装置”（申请号：201710217009.1）虽然可以测试轴承摩擦力矩、振动和磨损，但是无法对单个轴承的摩擦力矩和振动同时测量，而且在测量振动时需要锁紧套筒，锁紧套筒过程易对轴承的正常运行产生干扰，且由于整个轴系悬浮在气浮轴承内，电机轴与气浮轴承径向间隙很小，锁紧稍有偏心就会造成电机卡死，因此需要同时对轴承摩擦力矩、振动和温度等参数进行测量，不仅节省大量的时间，简化操作，还能减小锁紧过程对轴承正常运行的干扰，实验结果更可信。

发明内容

本发明的目的是为了克服原专利中锁紧部分存在安装配对轴承外圈的套筒定心锁紧困难、而利用套筒自由与定心锁紧来分别测量轴承实时动态摩擦力矩和振动的过程易干扰轴承正常运转、被测轴承的轴向预紧力调节不方便、不能对单个轴承摩擦力矩进行测量等技术缺陷，提出一种配对角接触球轴承在线摩擦振动测试装置，实现在实验过程中不对试验机做任何调整的情况下，对单个轴承的动态摩擦力矩、振动和温度同时进行测量，并且也能对轴承动态磨损进行长时间在线测量。

为达到上述发明目的，本发明采用如下发明构思：利用空气悬浮原理，结合精密位移的测量与调节技术，在实现高速旋转主轴超低摩擦支撑的基础上，同时获得被试轴承Ⅱ非接触轴向加载，并由本课题组在专利“一种高速微型轴承动态摩擦力矩测量仪” （申请号：201610639490.9）中提出的摩擦力矩测量装置来测量被试轴承Ⅱ摩擦力矩，从而实现对单个的精密轴承摩擦力矩、振动、温度和磨损量的同步在线测量。将陪试轴承Ⅰ外圈固定于底座上，其不仅可以限制轴系向右的移动，并且在轴系静态不工作时，可由其和径向气浮轴承与推力盘的非工作面一道来承担经过仔细配重的轴系力矩平衡，从而保护高精度的气浮轴承表面免于长时间的接触损伤。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：一种配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，包括底座、电机、支撑轴、配对轴承、加载机构和测量部分，其特征在于：

1）电机定子固定在底座上，电机转子直接与支撑轴相连，支撑轴安装在径轴向气浮轴承孔内，气浮轴承推力面和推力盘限制支撑轴向左的位移，轴承Ⅰ和底座限制支撑轴向右的位移，实现轴系的轴向定位，试验机工作时，支撑轴在气浮轴承内悬浮，并以极低的摩擦力矩转动，带动配对轴承转动；安装在推力盘前的两个非接触式位移传感器可测量推力盘和气浮轴承之间的轴向间隙，得到气浮轴承对推力盘的推力，同时通过测量间隙的改变量还可得到配对轴承动态磨损；

2）所述加载机构包括推力盘和气浮轴承，气浮轴承的推力面对推力盘施加向右的非接触轴向力，保证轴承Ⅱ外圈可自由转动以及支撑轴的轴向稳定性；

3）所述测量部分包括对轴承Ⅱ的摩擦力矩、振动、温度、动态磨损的测量以及对推力盘和气浮轴承之间的轴向间隙测量。

所述轴承Ⅱ外圈与推力盘过盈配合，使推力盘和轴承Ⅱ外圈固结在一起并可自由转动，利用安装在推力盘上的摩擦力矩测量装置测量轴承Ⅱ摩擦力矩（已申请发明专利,专利申请号：201610639490.9），同时，由于推力气浮轴承对推力盘施加单向的轴向载荷，轴承Ⅱ不会因气浮轴承的推力产生轴向振动，利用振动加速度传感器和温度传感器测量轴承Ⅱ的实际振动，实现对单个轴承动态摩擦力矩、振动和温度的同时在线测量。

所述螺母外圆柱面面上刻有一条标志线，螺钉外表面均匀刻上50个刻度，螺母和螺钉均为细牙螺纹，旋转螺母至适当位置粗调推力盘和气浮轴承之间的轴向间隙，将螺钉旋进支撑轴并压缩碟片弹簧以消除螺母和支撑轴螺纹之间的间隙，用非接触式位移传感器测量推力盘和气浮轴承之间的轴向间隙，根据实测间隙与所需间隙的差值，计算所需旋转刻度数，旋转螺母精调轴向间隙，并将螺钉拧紧以防止实验过程螺纹连接出现松动。

作为本发明的优选技术方案，本装置除了可以测量轴承Ⅱ的振动和温度，还可以测量固定在底座上的轴承Ⅰ的振动和温度，两个轴承可同时或单独进行测量。

作为本发明的优选技术方案，调整螺母Ⅰ、Ⅱ改变推力盘和气浮轴承之间的轴向间隙，可测量配对轴承在不同轴向载荷下的摩擦力矩、振动和温度等参数。

作为本发明的优选技术方案，将配对角接触球轴承换成圆锥滚子轴承，就可以测量圆锥滚子轴承的动态摩擦力矩、振动、温度以及磨损等参数。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明装置利用气浮轴承对配对轴承施加非接触轴向载荷，保证轴承Ⅱ外圈和推力盘可自由转动并且没有轴向窜动，从而可以对单个的轴承摩擦力矩、振动、温度以及动态磨损同时测量。一方面极大简化了实验步骤，另一方面克服了其他试验机在切换摩擦力矩和振动测量过程中对轴承运动状态产生干扰的缺点。此外，陪试轴承Ⅰ外圈固定在底座上，不仅可以限制轴系向右的移动，并且其和径轴向气浮轴承与推力盘的非工作面一道来承担轴系静态时的力矩平衡，从而保护高精度径轴向气浮轴承非工作面免于长时间的接触损伤。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明气浮轴承停机时的支撑示意图。

图3为本发明传感器分布示意图。

图4为本发明间隙微调机构示意图。

图5为本发明底座结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施案例结合附图详述如下：

实施例一：

如图1、2、3、4、5所示，一种配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，包括底座1、电机2,3、支撑轴6、配对轴承5,10、加载机构和测量部分。所述电机的定子2固定在底座1上，电机转子3直接与支撑轴6相连，支撑轴6安装在径轴向气浮轴承7孔内，气浮轴承7推力面和推力盘8限制支撑轴6向左的位移，轴承Ⅰ5和底座1限制支撑轴6向右的位移，实现轴系的轴向定位，试验机工作时，支撑轴6在径轴向气浮轴承7内悬浮，并以极低的摩擦力矩转动，带动配对轴承5,10转动；测量部分有安装在推力盘8前的两个非接触式位移传感器9,14，可测量推力盘8和径轴向气浮轴承7之间的轴向间隙，得到气浮轴承7对推力盘8的推力，同时通过测量间隙的改变量还可得到配对轴承的动态磨损；所述加载机构包括推力盘8和气浮轴承7，气浮轴承7推力面对推力盘8施加向右的非接触轴向力，保证轴承Ⅱ10外圈可自由转动，轴向力依次通过轴承Ⅱ10、支撑轴6传递到轴承Ⅰ5，从而对配对轴承5,10施加等大的轴向力，并实现对支撑轴6的轴向定位。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

如图1、2所示，轴承Ⅱ10外圈与推力盘8过盈配合，使推力盘8和轴承Ⅱ10外圈固结在一起并可自由转动，在推力盘8上安装有摩擦力矩测量装置15,16,17，利用该测量装置可测量轴承Ⅱ摩擦力矩，同时，由于推力气浮轴承对推力盘施加的单向轴向载荷，轴承Ⅱ10不会因气浮轴承的推力产生轴向振动，利用振动加速度传感器18和温度传感器19测量轴承Ⅱ10的实际振动，实现对单个轴承动态摩擦力矩、振动和温度的同时在线测量。

如图所示1、3、4，轴承Ⅰ5外圈固定在底座1上，计算并调整轴系在轴承Ⅰ5两侧的质量分布，气浮轴承7未通电时，轴系由轴承Ⅰ5支撑，两侧重力以轴承Ⅰ5为支点保持平衡，支撑轴6在未通电时不再落在气浮轴承7上，气浮轴承7通电后，轴系由气浮轴承7支撑。

如图所示1、2、3、4，在支撑轴6的右端装有螺钉12、螺母11和碟片弹簧13，在螺母11外圆柱面面刻上一条标志线，螺钉12外表面均匀刻上50个刻度，螺母11和螺钉12均为细牙螺纹，旋转螺母11至适当位置粗调推力盘8和气浮轴承7之间的轴向间隙，将螺钉12旋进支撑轴6并压缩碟片弹簧13以消除螺母11和支撑轴6螺纹之间的间隙，在推力盘8两侧装有非接触式位移传感器18、19，用非接触式位移传感器18、19测量推力盘8和气浮轴承7之间的轴向间隙，根据实测间隙与所需间隙的差值，计算所需旋转刻度数，旋转螺母11精调轴向间隙，并将螺钉12拧紧以防止实验过程螺纹连接出现松动。

如图1、4所示，非接触式位移传感器18,19置于推力盘8前侧，测量轴承Ⅱ10与推力盘之间间隙的改变量，可以计算轴承Ⅱ10动态磨损，采用两个传感器并成180度分布，通过对两个传感器测得数据求平均值可以减小加工误差以及扭振带来的影响。

如图1、5所示，在底座1竖板安装轴承Ⅰ5的两侧开有两通孔，两通孔处分别装有非接触式振动传感器20和非接触式温度传感器21，通过置于底座1两侧的振动传感器20和温度传感器21，可以测量固定在底座1上的轴承Ⅰ5的振动和温度。

Claims (3)

1.一种配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，包括底座（1）、电机（2,3）、支撑轴（6）、配对轴承（5,10）、加载机构和测量部分，其特征在于：

1）电机定子（2）固定在底座（1）上，电机转子（3）直接与支撑轴（6）相连，支撑轴（6）安装在径轴向气浮轴承（7）孔内，径轴向气浮轴承（7）推力面和推力盘（8）限制支撑轴（6）向左的位移，轴承Ⅰ（5）和底座（1）限制支撑轴（6）向右的位移，实现轴系的轴向定位，试验机工作时，支撑轴（6）在气浮轴承（7）内悬浮，并以极低的摩擦力矩转动，带动配对轴承（5,10）转动；测量部分有安装在推力盘（8）前的两个非接触式位移传感器（9,14）可测量推力盘（8）和气浮轴承（7）之间的轴向间隙，得到气浮轴承（7）对推力盘（8）的推力，同时通过测量间隙的改变量还可得到配对轴承动态磨损；

2）所述加载机构包括推力盘（8）和径轴向气浮轴承（7），气浮轴承（7）的推力面对推力盘（8）施加向右的非接触轴向力，保证轴承Ⅱ（10）外圈可自由转动以及支撑轴（6）的轴向稳定性；

3）所述测量部分的测量内容包括对轴承Ⅱ（10）的摩擦力矩、振动、温度、动态磨损的测量以及对推力盘（8）和气浮轴承（7）之间的轴向间隙测量；

轴承Ⅱ（10）的外圈与推力盘（8）过盈配合，使推力盘（8）和轴承Ⅱ（10）外圈固结在一起并可自由转动，在推力盘（8）上安装有摩擦力矩测量装置（15,16,17），利用该测量装置可测量轴承Ⅱ摩擦力矩，同时，由于径轴向气浮轴承对推力盘施加单向的轴向载荷，轴承Ⅱ（10）不会由于气浮轴承的推力而产生轴向振动，利用振动加速度传感器（18）和温度传感器（19）测量轴承Ⅱ（10）的实际振动，实现对单个轴承动态摩擦力矩、振动和温度的同时在线测量。

2.根据权利要求1所述的配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，其特征在于：在支撑轴（6）的右端装有螺钉（12）、螺母（11）和碟片弹簧（13），在螺母（11）外圆柱面刻上一条标志线，螺钉（12）外表面均匀刻上50个刻度，螺母（11）和螺钉（12）均为细牙螺纹，旋转螺母（11）至适当位置粗调推力盘（8）和气浮轴承（7）之间的轴向间隙，将螺钉（12）旋进支撑轴（6）并压缩碟片弹簧（13）以消除螺母（11）和支撑轴（6）螺纹之间的间隙，在推力盘（8）两侧装有非接触式位移传感器（9,14），用非接触式位移传感器（9,14）测量推力盘（8）和气浮轴承（7）之间的轴向间隙，根据实测间隙与所需间隙的差值，计算所需旋转刻度数，旋转螺母（11）精调轴向间隙，并将螺钉（12）拧紧以防止实验过程螺纹连接出现松动。

3.根据权利要求1所述的配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置，其特征在于：在底座（1）竖板安装轴承Ⅰ（5）的两侧开有两通孔，两通孔处分别装有非接触式振动传感器（20）和非接触式温度传感器（21），通过非接触式振动传感器（20）和非接触式温度传感器（21）测量固定在底座（1）上被试轴承Ⅰ（5）的振动和温度。

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