CN110346138A - 高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承寿命仿真试验装置，具体为高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置。解决缺乏高速动车组牵引电机轴承仿真试验装置的问题。本发明模拟牵引电机轴承典型结构配置及密封润滑结构进行设计，通过加载油缸对轴承施加载荷，试验载荷按照牵引电机轴承在额定工况下运行时所受载荷等比加载，采用脂润滑。试验轴承振动及温度信号的采集、记录、处理由数据采集系统完成，并配合计算机系统实现试验过程的监视和控制。本发明给出了一种径向、轴向负载可调、脂润滑、可模拟高速动车组牵引电机轴承结构配置的寿命仿真试验装置，使得试验轴承结构、密封润滑结构与产品保持一致，确保获取牵引电机轴承寿命衰退规律的真实性和准确性。

Description

高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置

技术领域

本发明涉及轴承寿命仿真试验装置，具体为高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置。

背景技术

在高速铁路动车组运行中，牵引电机轴承是安全运行的关键部件，也是最容易损坏的部件之一。而我国轴承行业缺乏相应的关键实验技术和专用设备，很少开展高速铁路牵引电机轴承全寿命衰退试验的研究，未能建立起轴承全寿命衰退曲线和获取衰退规律。

现滚动轴承寿命试验机大多只是适用于轴承本身的耐久性寿命，多是将同一型号轴承分布在试验机两侧进行寿命试验，采用循环油的方式润滑，并在实验过程中仅对被测轴承温度和试验台振动量级进行监测，其试验轴承配置方式、密封润滑结构及试验过程中的监测设备，均无法真实模拟动车组牵引电机轴承结构。

发明内容

本发明解决缺乏高速动车组牵引电机轴承仿真试验装置的问题，提供一种高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，包括筒体，筒体左端设有试验滚珠轴承支撑座，试验滚珠轴承位于试验滚珠轴承支撑座内且脂润滑，筒体右端设有试验滚柱轴承支撑座，试验滚柱轴承位于试验滚柱轴承支撑座内且脂润滑，试验轴的两端分别支撑于试验滚珠轴承、试验滚柱轴承上，试验滚珠轴承和试验滚柱轴承之间的距离与牵引电机的转轴两端的轴承（一端为滚珠轴承，另一端为滚柱轴承）之间的距离相一致，从而保证试验滚珠轴承和试验滚柱轴承所受载荷与牵引电机运行相一致；

试验轴上套有位于筒体内且位于试验滚珠轴承支撑座和试验滚柱轴承支撑座之间的径向力施加组件，试验轴伸出筒体的试验滚柱轴承侧的轴端设有轴向力施加组件，通过试验轴伸出筒体的试验滚珠轴承侧的轴端对试验轴施加旋转驱动；

径向力施加组件包括第一衬套、两个滚柱轴承即左滚柱轴承和右滚柱轴承，两个滚柱轴承的外圈套固于第一衬套内，两个滚柱轴承的内圈套固于试验轴上；筒体顶部设置有径向液压缸，径向液压缸的活塞杆穿过筒体顶住第一衬套，而对试验轴施加径向力；

轴向力施加组件包括第二衬套、球轴承、轴向载荷传递盘，第二衬套的内圈径向内凸有位于第二衬套靠近试验滚柱轴承支撑座一端的卡环，球轴承的外圈套固于第二衬套内且外圈止位于卡环，球轴承的内圈套固于试验轴上，轴向载荷传递盘一侧端面与第二衬套的远离试验滚柱轴承支撑座一端固定，同时轴向载荷传递盘一侧端面上有轴向凸环并通过该轴向凸环顶住球轴承的外圈，轴向载荷传递盘的另一端面被轴向液压缸的活塞杆顶住，而对试验轴施加轴向力；

装置还包括固定于筒体上、用于采集筒体进而试验滚珠轴承和试验滚柱轴承的振动信号的三向加速度传感器，用于采集试验滚珠轴承和试验滚柱轴承温度信号的温度传感器，用于采集试验轴扭矩信号的扭矩传感器，用于采集试验轴转速信号的转速传感器。使用时，三向加速度传感器、转速传感器采集的信号输入NI数字采集设备，最终配合分析用计算机主机，通过对轴承时频域特征指标进行拟合，建立轴承全寿命衰退曲线，获取轴承寿命衰退的规律。

本发明模拟牵引电机轴承典型结构配置及密封润滑结构进行设计，通过加载油缸对轴承施加载荷，试验载荷按照牵引电机轴承在额定工况下运行时所受载荷等比加载，润滑密封结构按照牵引电机轴承润滑结构，采用脂润滑。试验轴承振动及温度信号的采集、记录、处理由数据采集系统完成，并配合计算机系统实现试验过程的监视和控制，保证试验正常进行。

本发明给出了一种径向、轴向负载可调、脂润滑、可模拟高速动车组牵引电机轴承结构配置的寿命仿真试验装置，使得试验轴承结构、密封润滑结构与产品保持一致，确保获取牵引电机轴承寿命衰退规律的真实性和准确性。本发明通过外加采集设备，满足了开展牵引电机轴承寿命衰退规律研究所需相应信号的实时高采样率、高精度的采集要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为图1的左视图。

图中：1－筒体，2－试验滚珠轴承，3－试验滚柱轴承，4－试验轴，5－第一衬套，6－左滚柱轴承，7－右滚柱轴承，8－径向液压缸的活塞杆，9－第二衬套，10－球轴承，11－轴向载荷传递盘，12－轴向液压缸的活塞杆，13－三向加速度传感器，14－温度传感器，15－挡圈，16－左挡环，17－右挡环，18－上封环，19－下封环，20－封环，21－封盖，22－第三衬套，23－第一内轴承密封盖，24－第一外轴承密封盖，25－第一内密封环，26－第一外密封环，27－第四衬套，28－第二内轴承密封盖，29－第二外轴承密封盖，30－第二内密封环，31－第二外密封环，32－螺母。

具体实施方式

高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，包括筒体1，筒体1左端设有试验滚珠轴承支撑座，试验滚珠轴承2位于试验滚珠轴承支撑座内且脂润滑，筒体1右端设有试验滚柱轴承支撑座，试验滚柱轴承3位于试验滚柱轴承支撑座内且脂润滑，试验轴4的两端分别支撑于试验滚珠轴承2、试验滚柱轴承3上，试验滚珠轴承2和试验滚柱轴承3之间的距离与牵引电机的转轴两端的轴承（一端为滚珠轴承，另一端为滚柱轴承）之间的距离相一致，从而保证试验滚珠轴承和试验滚柱轴承所受载荷与牵引电机运行相一致；

试验轴4上套有位于筒体1内且位于试验滚珠轴承支撑座和试验滚柱轴承支撑座之间的径向力施加组件，试验轴4伸出筒体1的试验滚柱轴承侧的轴端设有轴向力施加组件，通过试验轴4伸出筒体1的试验滚珠轴承侧的轴端对试验轴4施加旋转驱动；

径向力施加组件包括第一衬套5、两个滚柱轴承即左滚柱轴承6和右滚柱轴承7，两个滚柱轴承的外圈套固于第一衬套5内，两个滚柱轴承的内圈套固于试验轴4上；筒体1顶部设置有径向液压缸，径向液压缸的活塞杆8穿过筒体1顶住第一衬套5，而对试验轴4施加径向力；

轴向力施加组件包括第二衬套9、球轴承10、轴向载荷传递盘11，第二衬套9的内圈，径向内凸有位于第二衬套9靠近试验滚柱轴承支撑座一端的卡环，球轴承10的外圈套固于第二衬套9内且外圈止位于卡环，球轴承10的内圈套固于试验轴1上，轴向载荷传递盘11一侧端面与第二衬套9的远离试验滚柱轴承支撑座一端固定，同时轴向载荷传递盘11一侧端面上有轴向凸环并通过该轴向凸环顶住球轴承10的外圈，轴向载荷传递盘11的另一端面被轴向液压缸的活塞杆12顶住，而对试验轴4施加轴向力；

装置还包括固定于筒体1上、用于采集筒体1进而试验滚珠轴承2和试验滚柱轴承3的振动信号的三向加速度传感器13，用于采集试验滚珠轴承2和试验滚柱轴承3温度信号的温度传感器14（具体是，第三衬套22和第四衬套27上分别开有测量孔，温度传感器14插入测量孔并与试验滚珠轴承2、试验滚柱轴承3的外圈接触），用于采集试验轴4扭矩信号的扭矩传感器，用于采集试验轴4转速信号的转速传感器（具体是霍尔传感器）。

具体实施时，径向力施加组件还包括两个挡圈15、两个挡环即左挡环16和右挡环17、上封环18、下封环19，两个挡圈15分别固定于第一衬套5的两端并分别对两个滚柱轴承的外圈定位，两个挡环套于试验轴4上并分别位于第一衬套5的两端，左挡环16对左滚柱轴承6的内圈定位，右挡环17对右滚柱轴承7的内圈定位，上封环18夹于两个滚柱轴承的外圈之间，下封环19夹于两个滚柱轴承的内圈之间；为进一步完善结构，试验轴4上设有位于径向力施加组件和试验滚柱轴承支撑座之间的第二轴肩，右挡环17压于第二轴肩和右滚柱轴承7的内圈之间。

轴向力施加组件还包括封环20、封盖21，试验轴4伸出筒体1的试验滚柱轴承3侧的轴端设有第一轴肩，封环20套于试验轴4上且位于第一轴肩与第二衬套9设有卡环的一端之间，并压于第一轴肩和球轴承10的内圈之间，封盖21一侧端面的外缘外凸有压环，封盖21用螺栓固定于试验轴4伸出筒体1的试验滚柱轴承侧的轴端端面并使其压环顶住球轴承10的内圈。

试验轴4在刚伸出试验滚柱轴承3的位置处被分成相互螺纹连接的两段（主试验轴段和分试验轴段），以方便轴向力施加组件的装配，即轴向力施加组件先在分试验轴段上装配好，再将分试验轴段拧于主试验轴段上。

模拟牵引电机，试验滚珠轴承支撑座由第三衬套22，第一内轴承密封盖23，第一外轴承密封盖24，第一内密封环25，第一外密封环26构成；试验滚柱轴承支撑座由第四衬套27，第二内轴承密封盖28，第二外轴承密封盖29，第二内密封环30，第二外密封环31构成；第一内密封环25与第一内轴承密封盖23的接触面上开有沟槽，第一外密封环26与第一外轴承密封盖24的接触面上也开有沟槽，以形成沟槽密封。

第一内密封环25与径向力施加组件中的左挡环16制成一体，而被压于试验滚珠轴承2的内圈与径向力施加组件中的左滚柱轴承6的内圈之间，使结构更合理。试验轴4的一端还螺纹拧有用于压紧第一外密封环26的螺母32。

Claims (9)

1.一种高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，包括筒体(1)，筒体(1)左端设有试验滚珠轴承支撑座，试验滚珠轴承(2)位于试验滚珠轴承支撑座内且脂润滑，筒体(1)右端设有试验滚柱轴承支撑座，试验滚柱轴承(3)位于试验滚柱轴承支撑座内且脂润滑，试验轴(4)的两端分别支撑于试验滚珠轴承(2)、试验滚柱轴承(3)上，试验滚珠轴承(2)和试验滚柱轴承(3)之间的距离与牵引电机的转轴两端的轴承之间的距离相一致；

试验轴(4)上套有位于筒体(1)内且位于试验滚珠轴承支撑座和试验滚柱轴承支撑座之间的径向力施加组件，试验轴(4)伸出筒体(1)的试验滚柱轴承侧的轴端设有轴向力施加组件，通过试验轴(4)伸出筒体(1)的试验滚珠轴承侧的轴端对试验轴(4)施加旋转驱动；

径向力施加组件包括第一衬套(5)、两个滚柱轴承即左滚柱轴承(6)和右滚柱轴承(7)，两个滚柱轴承的外圈套固于第一衬套(5)内，两个滚柱轴承的内圈套固于试验轴(4)上；筒体(1)顶部设置有径向液压缸，径向液压缸的活塞杆(8)穿过筒体(1)顶住第一衬套(5)，而对试验轴(4)施加径向力；

轴向力施加组件包括第二衬套(9)、球轴承(10)、轴向载荷传递盘(11)，第二衬套(9)的内圈径向内凸有位于第二衬套(9)靠近试验滚柱轴承支撑座一端的卡环，球轴承(10)的外圈套固于第二衬套(9)内且外圈止位于卡环，球轴承(10)的内圈套固于试验轴(1)上，轴向载荷传递盘(11)一侧端面与第二衬套(9)的远离试验滚柱轴承支撑座一端固定，同时轴向载荷传递盘(11)一侧端面上有轴向凸环并通过该轴向凸环顶住球轴承(10)的外圈，轴向载荷传递盘(11)的另一端面被轴向液压缸的活塞杆(12)顶住，而对试验轴(4)施加轴向力；

装置还包括固定于筒体(1)上、用于采集筒体(1)进而试验滚珠轴承(2)和试验滚柱轴承(3)的振动信号的三向加速度传感器(13)，用于采集试验滚珠轴承(2)和试验滚柱轴承(3)温度信号的温度传感器(14)，用于采集试验轴(4)扭矩信号的扭矩传感器，用于采集试验轴(4)转速信号的转速传感器。

2.根据权利要求1所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，径向力施加组件还包括两个挡圈(15)、两个挡环即左挡环(16)和右挡环(17)、上封环(18)、下封环(19)，两个挡圈(15)分别固定于第一衬套(5)的两端并分别对两个滚柱轴承的外圈定位，两个挡环套于试验轴(4)上并分别位于第一衬套(5)的两端，左挡环(16)对左滚柱轴承(6)的内圈定位，右挡环(17)对右滚柱轴承(7)的内圈定位，上封环(18)夹于两个滚柱轴承的外圈之间，下封环(19)夹于两个滚柱轴承的内圈之间。

3.根据权利要求2所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，试验轴(4)上设有位于径向力施加组件和试验滚柱轴承支撑座之间的第二轴肩，右挡环(17)压于第二轴肩和右滚柱轴承(7)的内圈之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，轴向力施加组件还包括封环(20)、封盖(21)，试验轴(4)伸出筒体(1)的试验滚柱轴承(3)侧的轴端设有第一轴肩，封环(20)套于试验轴(4)上且位于第一轴肩与第二衬套(9)设有卡环的一端之间，并压于第一轴肩和球轴承(10)的内圈之间，封盖(21)一侧端面的外缘外凸有压环，封盖(21)用螺栓固定于试验轴(4)伸出筒体(1)的试验滚柱轴承侧的轴端端面并使其压环顶住球轴承(10)的内圈。

5.根据权利要求4所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，试验轴(4)在刚伸出试验滚柱轴承(3)的位置处被分成相互螺纹连接的两段。

6.根据权利要求5所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，试验滚珠轴承支撑座由第三衬套(22)，第一内轴承密封盖(23)，第一外轴承密封盖(24)，第一内密封环(25)，第一外密封环(26)构成；试验滚柱轴承支撑座由第四衬套(27)，第二内轴承密封盖(28)，第二外轴承密封盖(29)，第二内密封环(30)，第二外密封环(31)构成。

7.根据权利要求6所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，第一内密封环(25)与第一内轴承密封盖(23)的接触面上开有沟槽，第一外密封环(26)与第一外轴承密封盖(24)的接触面上也开有沟槽，以形成沟槽密封。

8.根据权利要求7所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，第一内密封环(25)与径向力施加组件中的左挡环(16)制成一体，而被压于试验滚珠轴承(2)的内圈与径向力施加组件中的左滚柱轴承(6)的内圈之间。

9.根据权利要求8所述的高速动车组牵引电机轴承全寿命衰退仿真试验装置，其特征在于，试验轴(4)的一端还螺纹拧有用于压紧第一外密封环(26)的螺母(32)。