CN110346140B - 一种轴承碰撞实验装置 - Google Patents

Abstract

一种轴承碰撞实验方法及装置，通过碰撞机构带动待测轴承向转轮运动碰撞，通过变频电机带动转轮旋转使待测轴承同步转动；碰撞机构包括滑轨，滑轨上设有第一滑台和第二滑台，第二滑台上安装有用于放置待测轴承的推杆，滑轨上还安装有能够带动第一滑台运动的丝杠，第一滑台和第二滑台之间设有压力传感器，第一滑台上安装有压板，压板上开设有通槽，第二滑台上连接有拉回块，丝杠带动第一滑台远离转轮时，通槽能够带动拉回块运动，使第一滑台带动第二滑台远离转轮；控制器能够调节变频电机的转速，当待测轴承与转轮碰撞时，控制器在步进电机的转动圈数达到预定值后控制步进电机带动丝杠反转使待测轴承与转轮分离，以保证碰撞力不超出预定的最大值。

Description

一种轴承碰撞实验装置

技术领域

本发明涉及轴承碰撞实验领域，尤其涉及一种轴承碰撞实验装置。

背景技术

轴承是许多机械结构中不可或缺的一部分，小到玩具机械，大到高铁、航空航天，都需要轴承作为转动部件。一些轴承在运转过程中，由于工况的不同会随部件进行位移，与其它部件发生碰撞，而且往往是周期性的循环碰撞，因此，对轴承在不同转速、不同碰撞力下碰摩的失效次数进行测试和评估是十分重要的。而轴承的碰撞实验中为了切实模拟轴承工作过程中的碰撞，需要让待测轴承一边旋转一边向待碰撞的物体移动并碰撞，并且为了获得具有实际参考价值的实验结果，待测轴承的旋转速度、待测轴承所受碰撞力的大小都需要能够监控并能在一定的范围内进行调节。现有技术中缺少能够同时实现待测轴承的旋转和移动，并且还能控制转速和碰撞力的轴承碰撞实验装置，容易在碰撞实验中造成碰撞力过大，少量具备上述功能的轴承碰撞实验装置结构极其复杂，成本较高并且可靠性较低，难以满足实际使用的要求。

发明内容

为解决上述现有的轴承碰撞实验装置难以满足使用的问题，本发明提供了一种轴承碰撞实验装置。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种轴承碰撞实验装置，包括安装平台，安装平台上设有转轮机构、用于装夹待测轴承并带动待测轴承向转轮机构运动的碰撞机构、以及用于协调控制转轮机构的旋转和碰撞机构的运动的控制器；

所述的转轮机构包括一个转轮，转轮套装在主轴上，主轴通过一对轴承座架设在安装平台上，主轴的一端通过联轴器与变频电机连接；

所述的碰撞机构包括一段滑轨，滑轨设置在安装平台上，滑轨的长度方向与转轮的轴线平行，滑轨上设有第一滑台和第二滑台，第二滑台位于第一滑台沿滑轨的长度方向靠近转轮的一侧，第二滑台上安装有一个推杆，推杆从第二滑台的上方延伸至第二滑台靠近转轮的一侧，推杆靠近转轮的一端穿设有用于供待测轴承套设的转轴，转轴的轴线与滑轨的长度方向垂直；

滑轨上还安装有一根丝杠，丝杠的轴线与滑轨的长度方向平行，丝杠贯穿第一滑台并拧设在第一滑台的螺纹通孔内，丝杠的一端与步进电机连接，使丝杠能够带动第一滑台沿滑轨运动；

第一滑台和第二滑台之间设有压力传感器，通过压力传感器的两端分别顶设在第一滑台和第二滑台相对的侧壁上，使第一滑台能够推动第二滑台向靠近转轮方向运动，从而使待测轴承靠近转轮一侧的外圆周能够与转轮的侧壁碰撞贴合；

第一滑台上安装有一个压板，压板向第二滑台延伸且压板靠近第二滑台的一段上开设有通槽，通槽的长度方向与滑轨的长度方向平行，第二滑台上连接有一个拉回块，拉回块穿设在通槽内且拉回块能够沿通槽的长度方向运动，拉回块和通槽的配合尺寸满足当待测轴承与转轮碰撞时，拉回块能够向通槽靠近第一滑台的一端运动，使第一滑台能够继续向靠近转轮方向运动，以便于压力传感器受压变形从而测量碰撞力；拉回块和通槽的配合尺寸还满足当丝杠带动第一滑台向远离转轮方向运动时，拉回块能够向通槽靠近第二滑台的一端运动并卡设通槽靠近第二滑台一端的侧壁，使通槽能够带动拉回块向远离转轮方向运动，从而使第一滑台能够带动第二滑台远离转轮以便于待测轴承与转轮分离；

所述的控制器能够调节变频电机带动转轮旋转的转速，并能够控制步进电机带动丝杠旋转，当待测轴承与转轮碰撞使压力传感器开始受压时，控制器开始记录步进电机的转动圈数，并在步进电机的转动圈数达到预定值时控制步进电机带动丝杠反转使待测轴承与转轮分离。

优选的，所述安装平台的上表面水平设置，转轮的轴线以及滑轨的长度方向也为水平设置，转轮的轴线与待测轴承的轴线位于同一水平面。

优选的，所述安装平台中部开设有一段方形槽，转轮贯穿方形槽使转轮的底端延伸至安装平台下侧。

优选的，所述滑轨通过多个螺钉安装在安装平台的上表面，安装平台上沿着与滑轨长度垂直的方向开设有多组螺纹孔，通过滑轨上的螺钉分别拧设在不同的螺纹孔内，使滑轨沿着与其长度垂直方向的位置能够调节。

优选的，所述推杆通过多个螺钉安装在第二滑台的上表面，第二滑台的上表面沿着与滑轨长度垂直的方向开设有多个腰型槽，推杆的多个螺钉分别穿设在各自的腰型槽内，使推杆与第二滑台之间沿着与滑轨长度垂直方向的相对位置能够调节。

优选的，所述压板为一个矩形平板，压板同时贴设在第一滑台和第二滑台相同一侧的侧壁上，第一滑台的侧壁上拧设有用于固定压板的螺钉；所述拉回块为一个拧设在第二滑台侧壁上的螺钉，拉回块的轴线与滑轨长度方向垂直，通槽的宽度与拉回块的直径相匹配，拉回块与第一滑台侧壁上拧设的螺钉沿滑轨的长度方向对齐。

优选的，所述变频电机安装在安装平台上表面，并位于转轮远离碰撞机构的一侧；所述步进电机与丝杠远离转轮的一端连接。

优选的，所述安装平台底部安装有多个用于配合支撑安装平台的地脚，所有地脚的高度均能够调节以便于安装平台找正。

工作原理：待测轴承装夹在推杆上，步进电机带动丝杠旋转，使第一滑台朝向转轮运动，压力传感器就会推着第二滑台同步运动，使待测轴承与转轮碰撞；在碰撞发生后，由于拉回块和通槽的配合关系，使第一滑台还能够继续向转轮运动，压力传感器就会受压变形，从而测得碰撞力的大小，并且通过对步进电机带动丝杠旋转的圈数和转速进行调节，能够改变待测轴承靠近转轮运动的距离和速度，就能控制碰撞力的大小。

碰撞过程中，转轮被变频电机带动旋转，因此待测轴承也会随之同步转动，待测轴承的直径是已知的，待测轴承与转轮碰撞的位置能够通过改变碰撞机构的相对位置进行调节，而转轮的旋转速度能够通过变频电机进行调节，因此待测轴承的旋转速度就是能够确定并且进行调节的，其计算方法为： R/r= s’/S，其中R为转轮上碰撞相对位置的半径，r为待测轴承半径，S为转轮转速，s’为待测轴承转速，就能控制待测轴承在碰撞过程中的转速。

碰撞开始后，即压力传感器开始受压后，控制器就开始记录步进电机的转动圈数，在步进电机的转动圈数达到预定值时，待测轴承向转轮运动的距离也就达到了预定的最大值，因此待测轴承受到的碰撞力大小也就达到了预定的最大值，此时控制步进电机带动丝杠反转，第一滑台就会向远离转轮方向运动，由于拉回块和通槽的配合关系，第二滑台就能随着第一滑台远离转轮使待测轴承与转轮分离，一次碰撞实验过程结束，并且能够保证该次碰撞实验中的碰撞力不超出预定的最大值，随后步进电机再次正转时就能进行下一次碰撞实验。

在第一滑台开始向远离转轮方向运动使压板和通槽随之运动时，通槽并不会立刻接触到拉回块，即拉回块和第二滑台并不会立刻开始运动，待测轴承也不会立刻与转轮分离，但在第一滑台开始远离转轮的瞬间，第一滑台通过压力传感器而作用于第二滑台的推力就会即刻消失，待测轴承所受的推力也就会在极短的时间内消失，因此可以认为碰撞力在第一滑台开始向远离转轮方向运动时就会消除，碰撞过程也就在同一瞬间结束，并且控制器也能够记录到碰撞力消失从而精确控制碰撞过程的旋转圈数。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中通过碰撞机构带动待测轴承向转轮运动碰撞，转轮的转速以及待测轴承与转轮接触碰撞的位置均能够控制，就能实现对待测轴承的转速进行控制，通过碰撞机构中的压力传感器在碰撞时受压，实现对碰撞力进行监控，并且通过控制器记录碰撞过程中步进电机的转动圈数，使碰撞过程在步进电机的转动圈数达到预定值后停止，就能保证碰撞力不超出预定的最大值。综上所述，本发明将待测轴承的转动巧妙转化成了转轮的旋转，克服了待测轴承难以同时进行旋转和移动的问题，通过步进电机控制丝杠旋转的圈数和速度，就能控制待测轴承向转轮运动的距离和速度，使碰撞力的大小也能够进行调节，通过压力传感器和控制器配合不仅能监测碰撞力，还能控制碰撞过程的停止时机，来保证碰撞力不超出预定的最大值，并且通过拉回块实现了待测轴承的往复运动方便连续进行碰撞实验，因此，本发明能够模拟出轴承碰撞的过程并对碰撞过程中的参数进行控制，结构简单成本低廉，可靠性较强，能够满足对各种轴承进行碰撞实验的实际要求。

附图说明

图1为本发明的俯视示意图；

图2为本发明的主视示意图；

图3为碰撞机构的俯视示意图；

图4为碰撞机构的主视示意图。

图中标记：1、安装平台，2、转轮，3、待测轴承，4、主轴，5、轴承座，6、联轴器，7、变频电机，8、滑轨，9、第一滑台，10、第二滑台，11、推杆，12、转轴，13、丝杠，14、步进电机，15、压力传感器，16、压板，17、通槽，18、拉回块，19、方形槽，20、腰型槽，21、地脚。

具体实施方式

参见附图，具体实施方式如下：

一种轴承碰撞实验方法，先将待测轴承装夹在碰撞机构上，保证待测轴承能够自由转动，然后使步进电机正转以驱动碰撞机构运动，从而带动待测轴承从转轮的一侧靠近转轮并与转轮的侧面碰撞；通过调节步进电机的转动圈数和转速，以控制碰撞机构朝向转轮运动的距离和速度，从而控制碰撞力的大小；碰撞过程中由变频电机带动转轮旋转使待测轴承同步转动，通过调节变频电机的转速以控制转轮的转速，从而控制碰撞过程中待测轴承的转速；碰撞机构上安装有能够监控碰撞力的压力传感器，当碰撞发生使压力传感器开始受压时，由控制器开始记录步进电机的转动圈数，当步进电机的转动圈数达到预定值时，通过控制器使步进电机反转以带动碰撞机构向远离转轮方向运动，使待测轴承与转轮分离，从而使碰撞实验结束并保证碰撞力不超出预定的最大值。

控制器采用PLC控制器，控制器通过串行通讯的方式与步进电机、变频电机和压力传感器分别连接，控制器上设有触摸屏，通过触摸屏能够对步进电机和变频电机的运转参数进行设置，控制器内能够同时存储多次碰撞过程中步进电机和变频电机的运转参数，使步进电机能够按照预设的参数连续进行正反转，从而使待测轴承能够按照预设的参数连续进行多次碰撞实验，并且能保证多次碰撞实验中可以分别模拟待测轴承在不同条件下的碰撞。

一种轴承碰撞实验装置，包括安装平台1，安装平台1上设有转轮机构、用于装夹待测轴承3并带动待测轴承3向转轮机构运动的碰撞机构、以及用于协调控制转轮机构的旋转和碰撞机构的运动的控制器；安装平台1的上表面水平设置，安装平台1底部安装有多个用于配合支撑安装平台1的地脚21，所有地脚21的高度均能够调节以便于安装平台1找正。

转轮机构包括一个转轮2，转轮2的轴线水平设置，转轮2套装在主轴4上，主轴4通过一对轴承座5架设在安装平台1上，主轴4的一端通过联轴器6与三相变频电机7连接，三相变频电机7安装在安装平台1上表面，并位于转轮2远离碰撞机构的一侧；安装平台1中部开设有一段方形槽19，转轮2贯穿方形槽19使转轮2的底端延伸至安装平台1下侧。

碰撞机构包括一段滑轨8，滑轨8设置在安装平台1上，转轮2的轴线以及滑轨8的长度方向也为水平设置，且滑轨8的长度方向与转轮2的轴线平行，滑轨8通过多个螺钉安装在安装平台1的上表面，安装平台1上沿着与滑轨8长度垂直的方向开设有多组螺纹孔，通过滑轨8上的螺钉分别拧设在不同的螺纹孔内，使滑轨8沿着与其长度垂直方向的位置能够调节。

滑轨8上设有第一滑台9和第二滑台10，第二滑台10位于第一滑台9沿滑轨8的长度方向靠近转轮2的一侧，第二滑台10上安装有一个推杆11，推杆11从第二滑台10的上方延伸至第二滑台10靠近转轮2的一侧，推杆11靠近转轮2的一端穿设有用于供待测轴承3套设的转轴12，转轴12的轴线与滑轨8的长度方向垂直，转轮2的轴线与待测轴承3的轴线位于同一水平面，推杆11通过多个螺钉安装在第二滑台10的上表面，第二滑台10的上表面沿着与滑轨8长度垂直的方向开设有多个腰型槽20，推杆11的多个螺钉分别穿设在各自的腰型槽20内，使推杆11与第二滑台10之间沿着与滑轨8长度垂直方向的相对位置能够调节。

滑轨8上还安装有一根丝杠13，丝杠13的轴线与滑轨8的长度方向平行，丝杠13贯穿第一滑台9并拧设在第一滑台9的螺纹通孔内，丝杠13远离转轮2的一端与步进电机14连接，使丝杠13能够带动第一滑台9沿滑轨8运动；第一滑台9和第二滑台10之间设有压力传感器15，通过压力传感器15的两端分别顶设在第一滑台9和第二滑台10相对的侧壁上，使第一滑台9能够推动第二滑台10向靠近转轮2方向运动，从而使待测轴承3靠近转轮2一侧的外圆周能够与转轮2的侧壁碰撞贴合。

第一滑台9上安装有一个压板16，压板16为一个矩形平板，压板16同时贴设在第一滑台9和第二滑台10相同一侧的侧壁上，第一滑台9的侧壁上拧设有用于固定压板16的螺钉，压板16向第二滑台10延伸且压板16靠近第二滑台10的一段上开设有通槽17，通槽17的长度方向与滑轨8的长度方向平行，第二滑台10上连接有一个拉回块18，拉回块18穿设在通槽17内且拉回块18能够沿通槽17的长度方向运动，拉回块18的轴线与滑轨8长度方向垂直，通槽17的宽度与拉回块18的直径相匹配，以便于拉回块18沿通槽17的长度方向运动，拉回块18为一个拧设在第二滑台10侧壁上的螺钉，拉回块18与第一滑台9侧壁上拧设的螺钉沿滑轨8的长度方向对齐。

拉回块18和通槽17的配合尺寸满足当待测轴承3与转轮2碰撞时，拉回块18能够向通槽17靠近第一滑台9的一端运动，使第一滑台9能够继续向靠近转轮2方向运动，以便于压力传感器15受压变形从而测量碰撞力；拉回块18和通槽17的配合尺寸还满足当丝杠13带动第一滑台9向远离转轮2方向运动时，拉回块18能够向通槽17靠近第二滑台10的一端运动并卡设通槽17靠近第二滑台10一端的侧壁，使通槽17能够带动拉回块18向远离转轮2方向运动，从而使第一滑台9能够带动第二滑台10远离转轮2以便于待测轴承3与转轮2分离。

控制器能够调节变频电机7带动转轮2旋转的转速，并能够控制步进电机14带动丝杠13旋转，当待测轴承3与转轮2碰撞使压力传感器15开始受压时，控制器开始记录步进电机14的转动圈数，并在步进电机14的转动圈数达到预定值时控制步进电机14带动丝杠13反转，从而使第一滑台9向远离转轮2方向运动，通槽17就能带动拉回块18运动，使待测轴承3与转轮2分离，即完成待测轴承3的一次碰撞试验过程，控制器控制步进电机14带动丝杠13重复进行正反转，就能够对待测轴承3重复进行多次碰撞实验。

Claims (8)

1.一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：包括安装平台（1），安装平台（1）上设有转轮机构、用于装夹待测轴承（3）并带动待测轴承（3）向转轮机构运动的碰撞机构、以及用于协调控制转轮机构的旋转和碰撞机构的运动的控制器；

所述的转轮机构包括一个转轮（2），转轮（2）套装在主轴（4）上，主轴（4）通过一对轴承座（5）架设在安装平台（1）上，主轴（4）的一端通过联轴器（6）与变频电机（7）连接；

所述的碰撞机构包括一段滑轨（8），滑轨（8）设置在安装平台（1）上，滑轨（8）的长度方向与转轮（2）的轴线平行，滑轨（8）上设有第一滑台（9）和第二滑台（10），第二滑台（10）位于第一滑台（9）沿滑轨（8）的长度方向靠近转轮（2）的一侧，第二滑台（10）上安装有一个推杆（11），推杆（11）从第二滑台（10）的上方延伸至第二滑台（10）靠近转轮（2）的一侧，推杆（11）靠近转轮（2）的一端穿设有用于供待测轴承（3）套设的转轴（12），转轴（12）的轴线与滑轨（8）的长度方向垂直；

滑轨（8）上还安装有一根丝杠（13），丝杠（13）的轴线与滑轨（8）的长度方向平行，丝杠（13）贯穿第一滑台（9）并拧设在第一滑台（9）的螺纹通孔内，丝杠（13）的一端与步进电机（14）连接，使丝杠（13）能够带动第一滑台（9）沿滑轨（8）运动；

第一滑台（9）和第二滑台（10）之间设有压力传感器（15），通过压力传感器（15）的两端分别顶设在第一滑台（9）和第二滑台（10）相对的侧壁上，使第一滑台（9）能够推动第二滑台（10）向靠近转轮（2）方向运动，从而使待测轴承（3）靠近转轮（2）一侧的外圆周能够与转轮（2）的侧壁碰撞贴合；

第一滑台（9）上安装有一个压板（16），压板（16）向第二滑台（10）延伸且压板（16）靠近第二滑台（10）的一段上开设有通槽（17），通槽（17）的长度方向与滑轨（8）的长度方向平行，第二滑台（10）上连接有一个拉回块（18），拉回块（18）穿设在通槽（17）内且拉回块（18）能够沿通槽（17）的长度方向运动，拉回块（18）和通槽（17）的配合尺寸满足当待测轴承（3）与转轮（2）碰撞时，拉回块（18）能够向通槽（17）靠近第一滑台（9）的一端运动，使第一滑台（9）能够继续向靠近转轮（2）方向运动，以便于压力传感器（15）受压变形从而测量碰撞力；拉回块（18）和通槽（17）的配合尺寸还满足当丝杠（13）带动第一滑台（9）向远离转轮（2）方向运动时，拉回块（18）能够向通槽（17）靠近第二滑台（10）的一端运动并卡设通槽（17）靠近第二滑台（10）一端的侧壁，使通槽（17）能够带动拉回块（18）向远离转轮（2）方向运动，从而使第一滑台（9）能够带动第二滑台（10）远离转轮（2）以便于待测轴承（3）与转轮（2）分离；

所述的控制器能够调节变频电机（7）带动转轮（2）旋转的转速，并能够控制步进电机（14）带动丝杠（13）旋转，当待测轴承（3）与转轮（2）碰撞使压力传感器（15）开始受压时，控制器开始记录步进电机（14）的转动圈数，并在步进电机（14）的转动圈数达到预定值时控制步进电机（14）带动丝杠（13）反转使待测轴承（3）与转轮（2）分离。

2.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述安装平台（1）的上表面水平设置，转轮（2）的轴线以及滑轨（8）的长度方向也为水平设置，转轮（2）的轴线与待测轴承（3）的轴线位于同一水平面。

3.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述安装平台（1）中部开设有一段方形槽（19），转轮（2）贯穿方形槽（19）使转轮（2）的底端延伸至安装平台（1）下侧。

4.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述滑轨（8）通过多个螺钉安装在安装平台（1）的上表面，安装平台（1）上沿着与滑轨（8）长度垂直的方向开设有多组螺纹孔，通过滑轨（8）上的螺钉分别拧设在不同的螺纹孔内，使滑轨（8）沿着与其长度垂直方向的位置能够调节。

5.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述推杆（11）通过多个螺钉安装在第二滑台（10）的上表面，第二滑台（10）的上表面沿着与滑轨（8）长度垂直的方向开设有多个腰型槽（20），推杆（11）的多个螺钉分别穿设在各自的腰型槽（20）内，使推杆（11）与第二滑台（10）之间沿着与滑轨（8）长度垂直方向的相对位置能够调节。

6.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述压板（16）为一个矩形平板，压板（16）同时贴设在第一滑台（9）和第二滑台（10）相同一侧的侧壁上，第一滑台（9）的侧壁上拧设有用于固定压板（16）的螺钉；所述拉回块（18）为一个拧设在第二滑台（10）侧壁上的螺钉，拉回块（18）的轴线与滑轨（8）长度方向垂直，通槽（17）的宽度与拉回块（18）的直径相匹配，拉回块（18）与第一滑台（9）侧壁上拧设的螺钉沿滑轨（8）的长度方向对齐。

7.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述变频电机（7）安装在安装平台（1）上表面，并位于转轮（2）远离碰撞机构的一侧；所述步进电机（14）与丝杠（13）远离转轮（2）的一端连接。

8.根据权利要求1所述的一种轴承碰撞实验装置，其特征在于：所述安装平台（1）底部安装有多个用于配合支撑安装平台（1）的地脚（21），所有地脚（21）的高度均能够调节以便于安装平台（1）找正。

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