CN110108488A - 滚动轴承保持架打滑研究实验系统 - Google Patents

滚动轴承保持架打滑研究实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，包括与直流调速电机相连的试验主轴，试验主轴的转速通过第一速度传感器来测量，滚动轴承安装在试验主轴上，其保持架连接有第二速度传感器，在试验主轴上还通过载荷施加模块以及加载轴承施加有径向载荷，所述第一速度传感器以及第二速度传感器连接有速度采集模块，所述载荷施加模块通过力传感器连接载荷采集模块，所述直流调速电机连接有电机控制模块，以实现保持架打滑率的测量，还能够对该打滑率的影响因素进行试验研究。为了能适用于带防尘盖的滚动轴承，可还在轴承的外圈上加工凹陷面并贴应变片，以通过应变片采集的应变峰值的周期变化来测量保持架的转速。上述系统填补了国内技术空白。

Description

滚动轴承保持架打滑研究实验系统
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，用于检测并研究滚动轴承保持架打滑情况及各相关因素对其影响。
背景技术
滚动轴承作为各种工程机械传动系统的重要组件，其失效与否直接影响着相关工程机械的使用寿命。在大多数滚动轴承的应用中，其运行环境足够合适从而保证轴承滚子与内外圈之间的运动是纯滚动。而在一些轻载高速的运行情况下，例如飞机发动机主轴轴承，轴承内部会发生保持架打滑和滚子打滑，这种轴承内部组件间的相对滑动会导致轴承内部摩擦磨损的出现，并最终导致轴承内外圈滚道及滚子表面的损伤，引起轴承失效。因此，了解滚动轴承发生打滑的外在因素，以及各种因素对滚动轴承内部打滑情况的影响，能够帮助我们进一步分析轴承失效机制，更加科学地掌握滚动轴承的运行状态及其合理的使用环境。然而实际环境中运行的轴承由于检测方法以及运行环境的限制，无法为我们提供轴承内部的打滑情况以及载荷、转速、润滑等因素对轴承打滑的影响。因此，一套滚动轴承打滑检测与影响因素研究实验系统，对于轴承打滑研究来说显得尤为重要。
目前国内还没有用于测试并研究滚动轴承保持架打滑情况的实验系统。其难点在于：1、滚动轴承保持架打滑率在实际测试中难以检测；2、实验系统需要集成多个模块以实现对多个影响因素的研究。
滚动轴承保持架打滑率测试方面，轴承内部打滑情况以保持架打滑率Sc或滚子打滑率Sr来表示。保持架打滑率Sc通常用来表征轴承内部整体上的打滑情况，其常用的计算公式如下：
式中：D——滚动体直径(mm)；
dm——轴承节圆直径(mm)；
Nbc——保持架实测转速(r/min)；
Nn——内圈转速(r/min)；
α——滚动体与内圈接触的接触角。
从上式中可以看出，除Nbc、Nn为未知数外，其余的都是轴承的几何参数。其中Nn是轴承内圈转速，其大小等于轴的转速，而保持架的实际转速Nbc通常是难以获得的。
保持架打滑影响因素方面，影响滚动轴承内部打滑情况的因素主要包括内圈转速、轴承载荷、润滑状况等。将几种影响因素的相关研究集成在一个实验系统中，来对轴承保持架打滑率进行综合性研究，这是实验系统搭建过程中要解决的另一个问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，进行滚动轴承保持架打滑率测试并对影响轴承内部打滑情况的因素进行系统性研究。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：
一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于，包括：
直流调速电机；
试验主轴，与所述直流调速电机动力相连；
第一码盘，与所述试验主轴同步旋转地连接，对应于所述第一码盘设有第一速度传感器；
试验轴承，其外圈固定，其内圈固定于所述试验主轴并保持同步旋转，其保持架连接有第二码盘，对应于所述第二码盘设有第二速度传感器；
支撑轴承，用于固定所述试验主轴的一处的径向位置；
加载轴承，固定在所述试验主轴上的另一处；
载荷施加模块，通过所述加载轴承向所述试验主轴施加径向载荷；
力传感器，能够测量所述载荷施加模块所施加的径向载荷大小；
速度采集模块，与所述第一速度传感器以及第二速度传感器相接，用于采集并存储所述试验轴承的内圈的实时转速信息以及所述试验轴承的保持架的实时转速信息；
载荷采集模块，连接所述力传感器，用于采集并存储所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息；
电机控制模块，连接所述直流调速电机的控制器，用于控制所述直流调速电机的转速。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：还包括润滑模块，所述润滑模块包括油瓶、油管和油嘴，油嘴对准于试验轴承的保持架与外圈之间的缝隙，能够通过自重润滑的方式供油。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：还包括计算机，与所述速度采集模块、载荷采集模块以及电机控制模块相连，能够将所述试验轴承的内圈的实时转速信息、所述试验轴承的保持架的实时转速信息以及所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息显示在显示器上，还能够控制所述直流调速电机在一定范围内连续调速。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中，还包括：
应变片，沿周向贴于试验轴承的外圈的外环表面所加工的一个凹陷面上，所述凹陷面的位置位于所述载荷施加模块所施加的径向载荷的作用力方向上；
应变采集模块，连接所述应变片，能够将所述应变片获取的应变信号存储下来。
一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于，包括：
直流调速电机；
试验主轴，与所述直流调速电机动力相连；
第一码盘，与所述试验主轴同步旋转地连接，对应于所述第一码盘设有第一速度传感器；
试验轴承，其外圈固定，其内圈固定于所述试验主轴并保持同步旋转；
支撑轴承，用于固定所述试验主轴的一处的径向位置；
加载轴承，固定在所述试验主轴上的另一处；
载荷施加模块，通过所述加载轴承向所述试验主轴施加径向载荷；
力传感器，能够测量所述载荷施加模块所施加的径向载荷大小；
应变片，沿周向贴于试验轴承的外圈的外环表面所加工的一个凹陷面上，所述凹陷面的位置位于所述载荷施加模块所施加的径向载荷的作用力方向上；
应变采集模块，连接所述应变片，能够将所述应变片获取的应变信号存储下来；
速度采集模块，与所述第一速度传感器以及第二速度传感器相接，用于采集并存储所述试验轴承的内圈的实时转速信息以及所述试验轴承的保持架的实时转速信息；
载荷采集模块，连接所述力传感器，用于采集并存储所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息；
电机控制模块，连接所述直流调速电机的控制器，用于控制所述直流调速电机的转速。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：所述直流调速电机的转速范围为0-3000转/分钟。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：所述载荷施加模块是螺栓螺母机构，通过拧动所述螺母能够调节径向载荷的大小。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：所述径向载荷处于0-200千克力之间。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：所述试验主轴通过联轴器与所述直流调速电机相连，所述第一码盘固定在所述联轴器上。
所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其中：还包括计算机，与所述应变采集模块、速度采集模块、载荷采集模块以及电机控制模块相连，能够将所述试验轴承的内圈的实时转速信息、所述试验轴承的保持架的实时转速信息以及所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息显示在显示器上，还能够控制所述直流调速电机在一定范围内连续调速。
本发明的优点是：本发明提供的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，弥补了国内相关研究实验系统的空白，一方面提供了两种滚动轴承保持架打滑检测的方法与系统，另一方面实现了同时对轴承转速、轴承载荷以及润滑情况三种影响因素的研究。
附图说明
图1是本发明提供的滚动轴承保持架打滑研究实验系统的结构示意图；
图2、图3分别是本发明提供的基于应变响应的滚动轴承保持架打滑研究实验系统的试验轴承的主视图与俯视图；
图4是通过图2所示的试验轴承采集的应变与滚子通过凹陷面的对应关系图。
附图标记说明：直流调速电机1；联轴器2；第一码盘21；第一速度传感器22；试验主轴3；支撑轴承4；试验轴承5；第二码盘51；第二速度传感器52；凹陷面53；加载轴承6；载荷施加模块7；力传感器71；油嘴8；速度采集模块9；计算机10；载荷采集模块11；电机控制模块12；应变片13；应变采集模块14。
具体实施方式
如图1所示，是本发明提供的滚动轴承保持架打滑研究实验系统的结构示意图，其包括：
试验台架，用于座位其它组件的固定基础；
直流调速电机1，固定于试验台架上，其转速范围优选为0-3000转/分钟；
联轴器2，连接于直流调速电机1，并连接有第一码盘21，对应于所述第一码盘21设有用于检测下述试验主轴3的转动速度的第一速度传感器22；
试验主轴3，通过所述联轴器2与所述直流调速电机1相连；
支撑轴承4，固定于试验台架上，用于支撑并固定所述试验主轴3的一端的径向位置；
试验轴承5，其外圈固定，其内圈固定于所述试验主轴3的另一端并保持同步旋转，其保持架连接有第二码盘51，对应于所述第二码盘51设有用于检测保持架的转动速度的第二速度传感器52；
加载轴承6，固定在所述试验主轴3上，位于所述支撑轴承4与所述试验轴承5之间；
载荷施加模块7，载荷施加模块7通过所述加载轴承6向所述试验主轴3施加径向载荷，载荷范围可以根据实验需要进行调节；在本实施例中，所述载荷施加模块7是一个固定在试验台架与加载轴承6之间的螺栓螺母机构，通过拧动所述螺母，可调节径向载荷的大小，径向载荷优选处于0-200千克力之间；
力传感器71，能够测量所述载荷施加模块7所施加的径向载荷大小；
润滑模块(未予图示)，包括油瓶、油管和油嘴8，油嘴8对准于试验轴承5的保持架与外圈之间的缝隙，能够通过自重润滑的方式以0.1升/分钟的速度供油；
速度采集模块9，与所述第一速度传感器22以及第二速度传感器52相接，并且连接到计算机10，能够采集并存储所述直流调速电机1的实时转速信息(等于试验轴承5的内圈的实时转速信息)以及所述试验轴承5的保持架的实时转速信息，并将采集到的实时转速信息实时显示在计算机10的显示屏上；
载荷采集模块11，连接在所述力传感器71与所述计算机10之间，能够将所述载荷施加模块7所施加的径向载荷信息采集并存储下来，并且实时显示在计算机10的显示屏上；
电机控制模块12，连接在所述直流调速电机1的控制器与所述计算机10之间，能够控制所述直流调速电机1在一定范围内连续调速。
上述滚动轴承保持架打滑研究实验系统，称为基于速度测试的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，可适用于保持架外露(不带防尘盖)的滚动轴承，通过第一速度传感器22能够测到试验轴承5的内圈的实时转速信息，通过第二速度传感器52能够测到试验轴承5的保持架的实时转速信息，再利用背景技术部分提到的式(1)，可以计算得到实时保持架打滑率。
而对于带防尘盖的滚动轴承，由于其保持架不外露，因此无法连接第二码盘51以及第二速度传感器52，为此，本发明还提供一种基于应变测试的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，如图1、图2、图3、图4所示，其是在基于速度响应的滚动轴承保持架打滑研究实验系统的基础上(可去除第二码盘51以及第二速度传感器52)，增加：
应变片13，沿周向贴于试验轴承5的外圈的外环表面所加工的一个凹陷面53上，所述凹陷面53的位置位于所述载荷施加模块7所施加的径向载荷的作用力方向上；
应变采集模块14，连接在所述应变片13与所述计算机10之间，能够将所述应变片13获取的应变信号存储下来，并且将所述应变信号实时显示在计算机10的显示屏上；
使用的时候，由于轴承的外圈具有凹陷面53，如图4所示，每当轴承的任一滚子通过一次所述凹陷面53，应变采集模块14采集到的应变会产生一个突变而形成一个峰值，所述应变采集模块14通过统计所述峰值的频率，除以所述轴承的滚子数量，即可得到保持架的实时转速，然后通过第一速度传感器22能够测到试验轴承5的内圈的实时转速信息，再利用背景技术部分提到的式(1)，可以计算得到实时保持架打滑率。
当然，上述基于应变测试的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，也可以适用于不带防尘盖的滚动轴承。
而图1所示的系统，既能够基于转速进行测试，也可以基于应变进行测试，两种测试方式可相互验证和对比。
采用前述两种测试方式的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，可进行滚动轴承保持架打滑影响因素的研究。影响滚动轴承内部打滑情况的因素有很多，本发明通过控制变量的方法能够实现对轴承转速、轴承载荷以及润滑情况这三种影响因素的改变与研究。
轴承转速方面，本发明中的直流调速电机1可以提供0-3000转/分钟的试验速度范围，针对不同的试验速度要求也可以通过更换电机的方式实现更大范围的试验速度。
轴承载荷方面，本发明中的力传感器71可以检测0-200kg的试验载荷范围，针对不同的试验载荷要求也可以通过更换力传感器71的方式来实现更大范围的试验载荷测试。加载轴承6上的径向载荷通过调节螺母进行施加与调节，试验轴承5上的载荷可以通过施加在加载轴承6上的载荷大小利用轴系的载荷平衡关系进行计算得到。
润滑情况方面，润滑情况对轴承打滑影响的研究均基于保持架外露(不带防尘盖)的滚动轴承开展。所述实验系统中的润滑油通过油瓶、油管和油嘴8注入到轴承保持架与外圈之间的缝隙中，随着轴承的转动，润滑油会被带入到轴承内部各个位置。润滑油通过自重润滑的方式以0.1升/分钟的速度进行施加。通过选用不同粘度的润滑油，来进行润滑情况这一影响因素的研究。
本发明提供的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，弥补了国内相关研究实验系统的空白，一方面提供了两种滚动轴承保持架打滑检测的方法与系统，另一方面实现了同时对轴承转速、轴承载荷以及润滑情况三种影响因素的研究。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于，包括：
直流调速电机；
试验主轴，与所述直流调速电机动力相连；
第一码盘，与所述试验主轴同步旋转地连接，对应于所述第一码盘设有第一速度传感器；
试验轴承，其外圈固定，其内圈固定于所述试验主轴并保持同步旋转，其保持架连接有第二码盘，对应于所述第二码盘设有第二速度传感器；
支撑轴承，用于固定所述试验主轴的一处的径向位置；
加载轴承，固定在所述试验主轴上的另一处；
载荷施加模块，通过所述加载轴承向所述试验主轴施加径向载荷；
力传感器，能够测量所述载荷施加模块所施加的径向载荷大小；
速度采集模块，与所述第一速度传感器以及第二速度传感器相接，用于采集并存储所述试验轴承的内圈的实时转速信息以及所述试验轴承的保持架的实时转速信息；
载荷采集模块，连接所述力传感器，用于采集并存储所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息；
电机控制模块，连接所述直流调速电机的控制器，用于控制所述直流调速电机的转速。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：还包括润滑模块，所述润滑模块包括油瓶、油管和油嘴，油嘴对准于试验轴承的保持架与外圈之间的缝隙，能够通过自重润滑的方式供油。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：还包括计算机，与所述速度采集模块、载荷采集模块以及电机控制模块相连，能够将所述试验轴承的内圈的实时转速信息、所述试验轴承的保持架的实时转速信息以及所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息显示在显示器上，还能够控制所述直流调速电机在一定范围内连续调速。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于，还包括：
应变片，沿周向贴于试验轴承的外圈的外环表面所加工的一个凹陷面上，所述凹陷面的位置位于所述载荷施加模块所施加的径向载荷的作用力方向上；
应变采集模块，连接所述应变片，能够将所述应变片获取的应变信号存储下来。
5.一种滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于，包括：
直流调速电机；
试验主轴，与所述直流调速电机动力相连；
第一码盘，与所述试验主轴同步旋转地连接，对应于所述第一码盘设有第一速度传感器；
试验轴承，其外圈固定，其内圈固定于所述试验主轴并保持同步旋转；
支撑轴承，用于固定所述试验主轴的一处的径向位置；
加载轴承，固定在所述试验主轴上的另一处；
载荷施加模块，通过所述加载轴承向所述试验主轴施加径向载荷；
力传感器，能够测量所述载荷施加模块所施加的径向载荷大小；
应变片，沿周向贴于试验轴承的外圈的外环表面所加工的一个凹陷面上，所述凹陷面的位置位于所述载荷施加模块所施加的径向载荷的作用力方向上；
应变采集模块，连接所述应变片，能够将所述应变片获取的应变信号存储下来；
速度采集模块，与所述第一速度传感器以及第二速度传感器相接，用于采集并存储所述试验轴承的内圈的实时转速信息以及所述试验轴承的保持架的实时转速信息；
载荷采集模块，连接所述力传感器，用于采集并存储所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息；
电机控制模块，连接所述直流调速电机的控制器，用于控制所述直流调速电机的转速。
6.根据权利要求1或5所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：所述直流调速电机的转速范围为0-3000转/分钟。
7.根据权利要求1或5所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：所述载荷施加模块是螺栓螺母机构，通过拧动所述螺母能够调节径向载荷的大小。
8.根据权利要求7所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：所述径向载荷处于0-200千克力之间。
9.根据权利要求1或5所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：所述试验主轴通过联轴器与所述直流调速电机相连，所述第一码盘固定在所述联轴器上。
10.根据权利要求4或5所述的滚动轴承保持架打滑研究实验系统，其特征在于：还包括计算机，与所述应变采集模块、速度采集模块、载荷采集模块以及电机控制模块相连，能够将所述试验轴承的内圈的实时转速信息、所述试验轴承的保持架的实时转速信息以及所述载荷施加模块所施加的径向载荷信息显示在显示器上，还能够控制所述直流调速电机在一定范围内连续调速。
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