CN110186948A - 一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统及测量方法 - Google Patents

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    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity

Abstract

本发明公开了一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统,包所述滚珠与外套圈滚道和内套圈滚道的接触处分别设置上热流计和下热流计,所述外套圈滚道靠近所述上热流计处设置至少一个容纳部I,用于设置测温元件I,所述内套圈滚道靠近所述下热流计处设置与所述容纳部I等数量的容纳部Ⅱ,用于设置测温元件II,所述内套圈的下表面连接有循环冷却装置，所述外套圈的上表面设置加热元件。本装置结构简单，设计合理，通过热流计测出角接触球轴承热流量的变化，模拟了真实的角接触球轴承生热理论，同时循环冷却装置设置了压缩泵和节流阀，通过控制流速进而控制冷却性能，本方法基于热力学理论，分析了热的传递方式，计算简单，极具参考价值。

Description

一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统及测量方法
技术领域
本发明涉及机械领域，具体的，涉及一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统及测量方法。
背景技术
角接触球轴承例如用于机床，例如旋转台、分度器、主轴轴承或类似应用，其中，重要的是高刚度和高工作转速。角接触球轴承例如被实施成两列式角接触球轴承或者利用两个单列式的对置安装的角接触球轴承半体来构造。滚动体是由保持架引导的，也就是说，各个球容纳在保持架的相应的凹部内。在此，通常应用梳状保持架，它们具有敞开的凹部，在装备时可以将球卡入凹部。保持架通常在内圈或外圈的边缘或者滚动体自身上引导。在边缘引导的情况下，需要附加加工边缘侧的作用面。此外必须给出相应的结构空间，以便实现在其中一个边缘上的外部引导。然而这在相应的轴承设计情况下不一定总是存在。在滚动体引导的情况下，设置相应高成本的保持架结构，该保持架结构在原本就灵活且不稳定的梳状保持架的保持架凹部内具有相应的滚动体夹持部。
机床工作时，角接触轴承与机床主轴摩擦产生大量的热能量，热能量积聚后会对轴承产生不利影响甚至破坏，因此有必要对于角接触轴承的换热性能做出研究，以做出相应的散热方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，本装置结构简单，设计合理，通过热流计测出角接触球轴承热流量的变化，模拟了真实的角接触球轴承生热环境，同时循环冷却装置设置了压缩泵和节流阀，通过控制流速进而控制冷却性能，目的之二是提出了基于本装置的测量方法，本方法基于热力学理论，分析了热的传递方式，计算简单，极具参考价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统,包括角接触球轴承，所述角接触球轴承包括依次连接的外套圈、滚珠和内套圈，所述外套圈滚道与内套圈滚道形成了用于设置滚珠的空间，所述滚珠与外套圈滚道和内套圈滚道的接触处分别设置上热流计和下热流计,所述外套圈滚道靠近所述上热流计处设置至少一个容纳部I,用于设置测温元件I,所述内套圈滚道靠近所述下热流计处设置与所述容纳部I等数量的容纳部Ⅱ,用于设置测温元件II,所述内套圈的下表面连接有循环冷却装置，所述外套圈的上表面设置加热元件。
进一步，所述外套圈和内套圈的外侧壁的同侧设置与所述外套圈和内套圈均抵接的连接板,并通过销钉和螺栓实现外套圈、连接板和内套圈的固定。
进一步，所述加热元件的上表面连接有绝缘层。
进一步，所述容纳部I和容纳部II均为焊接孔。
进一步，所述焊接孔的直径均为0.6～0.7mm,深度均为2～3mm。
进一步，所述循环冷却装置包括环形管,所述环形管在竖直方向包括池上部和池下部,所述池上部设置有压缩机和节流阀，所述池下部设置于冷却池中。
进一步，所述环形管内部设置氮气,所述冷却池内部设置水-乙二醇冷却液。
进一步，所述测温元件I和测温元件Ⅱ均为热电偶。
一种如上文所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统的测量方法，其特征在于：所述测量方法具体为：
步骤一：将上热流计测得的热流量与下热流计测得的热流量作差，即为Q；
步骤二：将测温元件I与测温元件Ⅱ测得的温度作差，即为ΔT；
步骤三：将Q和ΔT带入公式一中，求出换热系数Hc
进一步，所述公式一为：
Ac：滚珠与内套圈和外套圈的接触面积。
本发明的有益效果是：
本装置结构简单，设计合理，通过热流计测出角接触球轴承热流量的变化，模拟了真实的角接触球轴承生热环境，同时循环冷却装置设置了压缩泵和节流阀，通过控制流速进而控制冷却性能，本方法基于热力学理论，分析了热的传递方式，计算简单，极具参考价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
附图1为本发明结构示意图；
附图2为本方法流程图；
附图3为本实施例试验测量结果图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明提出了一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统,如图1所示，包括角接触球轴承，角接触球轴承包括依次连接的外套圈1、滚珠2和内套圈3，外套圈滚道15与内套圈滚道16形成了用于设置滚珠2的空间，滚珠2与外套圈滚道15和内套圈滚道16的接触处分别设置上热流计4和下热流计5,滚珠2与外套圈滚道15的接触面为上接触面，滚珠2与内套圈滚道16的接触面为下接触面，上热流计4和下热流计5分别用于检测流过上接触面和下接触面的热流量，外套圈滚道15靠近上热流计4处安装5个焊接孔,用于设置热电偶10,测得的温度分别记为T1、T2、T3、T4和T5，内套圈滚道16靠近下热流计5处安装与5个焊接孔,用于设置热电偶10,测得的温度分别记为T6、T7、T8、T9和T10，焊接孔的直径均为0.64mm,深度均为2.5mm，内套圈3的热电偶10探头距离下接触面的距离不大于0.5mm，外套圈1的热电偶10探头与上接触面的距离不大于0.5mm，外套圈1的上表面设置加热元件，本实施例为电加热器6。
内套圈3的下表面连接有循环冷却装置，循环冷却装置包括环形管13,环形管13在竖直方向包括池上部131和池下部132,池上部131设置有压缩机11和节流阀12，池下部132设置于冷却池14中，环形管13内部设置氮气,冷却池14内部设置水-乙二醇冷却液。压缩机11用于提供环形管13内部氮气在环形管13内部循环的动力，节流阀12用于调节氮气的流动速度，进而控制循环冷却系统的换热能力。
作为进一步改进，外套圈1和内套圈3的外侧壁的同侧设置与外套圈1和内套圈3均抵接的连接板8,并通过螺栓连接来实现外套圈1、连接板8和内套圈3的固定，螺栓连接包括螺杆9和设置在螺杆9两端的螺栓17，螺杆9穿过连接板8和外套圈1，通过调节螺栓17进而调节连接板8与外套圈1和内套圈3的压紧度，通过螺栓17和螺杆9施加的轴向载荷，使内套圈3、外套圈1、上热流计4、下热流计5以及滚珠2紧密贴合在一起。
作为进一步改进，电加热器6的上表面连接有绝缘层7，防止热量的流失。
作为进一步改进，为了测试结果的准确性，安装时，将热电偶10的底端缠绕一次，以减少热能量的损失，同时，外套圈1的内部靠近电加热器6的部分和内套圈3内部靠近环形管13的部分均设置一个热电偶10，所测的温度分别记为T11和T12。
本发明还提出了基于如上文所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统的测量方法，测量方法具体为：
步骤一：将上热流计测得的热流量与下热流计测得的热流量作差，即为Q，
Q＝Q外-Q内
步骤二：将测温元件I与测温元件Ⅱ测得的温度作差，即为ΔT；
ΔT＝T1-T6+T2-T7+T3-T8+T4-T9+T5-T10+T11-T12
步骤三：将Q和ΔT带入公式一中，求出换热系数Hc
Ac：滚珠与内套圈和外套圈的接触面积。
即为：
调节节流阀12的开度，继续进行测量，并按照如上方法进行换算，即得到换热系数的变化规律。测量结果如图3所示，可以分析出，滚珠与轴承的有接触系数的区域和无接触系数的区域的热导值均随着接触压力的增大而增大。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统,其特征在于：包括角接触球轴承，所述角接触球轴承包括依次连接的外套圈、滚珠和内套圈，所述外套圈滚道与内套圈滚道形成了用于设置滚珠的空间，所述滚珠与外套圈滚道和内套圈滚道的接触处分别设置上热流计和下热流计,所述外套圈滚道靠近所述上热流计处设置至少一个容纳部I,用于设置测温元件I,所述内套圈滚道靠近所述下热流计处设置与所述容纳部I等数量的容纳部Ⅱ,用于设置测温元件II,所述内套圈的下表面连接有循环冷却装置，所述外套圈的上表面设置加热元件。
2.根据权利要求1所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于:所述进一步，所述外套圈和内套圈的外侧壁的同侧设置与所述外套圈和内套圈均抵接的连接板,并通过销钉和螺栓实现外套圈、连接板和内套圈的固定。
3.根据权利要求1所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于：所述加热元件的上表面连接有绝缘层。
4.根据权利要求1所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于:所述容纳部I和容纳部II均为焊接孔。
5.根据权利要求4所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于：所述焊接孔的直径均为0.6～0.7mm,深度均为2～3mm。
6.根据权利要求1所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于：所述循环冷却装置包括环形管,所述环形管在竖直方向包括池上部和池下部,所述池上部设置有压缩机和节流阀，所述池下部设置于冷却池中。
7.根据权利要求6所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于：所述环形管内部设置氮气,所述冷却池内部设置水-乙二醇冷却液。
8.根据权利要求1所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统，其特征在于：所述测温元件I和测温元件Ⅱ均为热电偶。
9.一种基于如权利要求1-8任一所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统的测量方法，其特征在于：所述测量方法具体为：
步骤一：将上热流计测得的热流量与下热流计测得的热流量作差，即为Q；
步骤二：将测温元件I与测温元件Ⅱ测得的温度作差，即为ΔT；
步骤三：将Q和ΔT带入公式一中，求出换热系数Hc。
10.一种如权利要求9所述的一种轴承套圈与滚珠接触热阻测量系统的测量方法，其特征在于：所述公式一为：
Ac：滚珠与内套圈和外套圈的接触面积。
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