CN111397899B - 一种轴承轴向加载装置和轴承轴向加载试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承的测试，具体涉及一种轴承轴向加载装置和轴承轴向加载试验系统。轴承轴向加载装置包括保护结构和直线驱动机构，直线驱动机构用于与试验轴承的内圈和外圈中的其中一个配合，以产生向试验轴承施加的轴向拉力；定义与直线驱动机构配合的为驱动机构配合圈；保护结构用于设置在直线驱动机构与驱动机构配合圈之间，且与直线驱动机构配合，以传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向拉力，并对驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩，保护结构可在滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，断开直线驱动机构与试验轴承之间轴向力的传递，以保护直线驱动机构，避免直线驱动机构损坏。

Description

一种轴承轴向加载装置和轴承轴向加载试验系统

技术领域

本发明涉及轴承的测试，具体涉及一种轴承轴向加载装置和轴承轴向加载试验系统。

背景技术

能够承受轴向力的轴承在试验过程中都需要施加一定量的轴向载荷以保证滚子和滚道的接触。目前常用承受轴向力的轴承为角接触球轴承，在角接触球轴承的轴向加载试验中，常用的轴向加载方式为弹簧加载、砝码加载或液压加载，使用上述轴向加载方式对角接触球轴承施加轴向推力，然后利用力传感器检测轴向推力的大小，以实现轴承轴向载荷的检测。

通过轴承轴向加载装置，利用上述轴向加载方式对角接触球轴承轴向加载性能检测的过程中，轴承轴向加载装置的输出端与轴承顶推接触，当轴承胶合失效时，轴承内外圈均转动，进而会对轴承轴向加载装置产生周向转矩，容易导致轴承轴向加载装置损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承轴向加载装置，以解决现有技术中轴承内外圈均转动容易导致轴承轴向加载装置损坏的技术问题；相应的本发明的目的还在于提供一种轴承轴向加载试验系统，以解决现有技术中轴承内外圈均转动容易导致轴承轴向加载装置损坏的技术问题。

本发明的轴承轴向加载装置采用如下技术方案：轴承轴向加载装置包括：机架；转动件，转动装配在机架上，用于支撑试验轴承；直线驱动机构，设置在所述机架上，用于产生向试验轴承施加的轴向拉力；直线驱动机构用于与试验轴承的内圈和外圈中的其中一个配合，转动件用于与另一个配合，定义与直线驱动机构配合的为驱动机构配合圈，与转动件配合的为转动件配合圈；保护结构，用于设置在直线驱动机构与驱动机构配合圈之间，且与直线驱动机构配合，以传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向拉力，并对驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩，保护结构在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时使驱动机构配合圈转动，进而断开直线驱动机构与试验轴承之间轴向力的传递。

本发明的有益效果是：本发明的轴承轴向加载装置中，采用直线驱动机构向试验轴承施加轴向拉力，并配置有保护结构以对驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩，与现有技术中采用顶推的方式向试验轴承施加轴向推力相比，利用本发明的轴承轴向加载装置对轴承施加轴向力的过程中，当轴承发生胶合时，试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩，轴承内外圈均转动，保护结构可切断轴向力在直线驱动机构与试验轴承之间的传递，进而保护直线驱动机构，避免直线驱动机构损坏。

进一步地，所述保护结构包括磁性体和设置在直线驱动机构上的电磁线圈，磁性体用于设置在驱动机构配合圈上，电磁线圈用于产生使电磁线圈与磁性体相互吸引的磁场。

其有益效果是：利用电磁线圈与磁性体相吸引以实现直线驱动机构与驱动机构配合圈之间轴向拉力的传递，而且还可在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，方便断开永磁体与磁性体之间的相互吸引，便于轴承轴向加载装置的多次使用。

进一步地，所述保护结构包括永磁体和与永磁体相吸的磁性体，永磁体和磁性体中的其中一个设置在直线驱动机构上，另一个用于设置在驱动机构配圈上；或者所述保护结构包括永磁体，且永磁体设置在直线驱动机构上；保护结构通过永磁体与磁性体之间的相互吸引传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向力，并通过永磁体与磁性体之间的摩擦力向驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩。

其有益效果是：利用永磁体与磁性体相吸以实现直驱动机构与驱动机构配合圈之间轴向拉力的传递的结构简单，便于设置，而且还可在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，方便断开永磁体与磁性体之间的相互吸引，便于轴承轴向加载装置的多次使用。

进一步地，所述永磁体用于设置在驱动机构配合圈上，在所述永磁体的靠近试验轴承侧设置有阻磁体，该阻磁体与所述永磁体固定连接；或者所述磁性体用于设置在驱动机构配合圈上，所述永磁体设置在直线驱动机构上，在所述磁性体的靠近试验轴承侧设置有阻磁体，该阻磁体与所述磁性体固定连接。

其有益效果是：阻磁体的设置可避免永磁体直接与试验轴承的驱动机构配合圈接触而影响试验轴承的运动精度。

进一步地，所述永磁体或磁性体中的其中一个上设置有凹槽，另一个上设置有与凹槽插装配合的适配部，在直线驱动机构的作用下，所述凹槽与所述适配部配合以对驱动机构配合圈施加所述保持力矩，并在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于所述保持力矩时，所述适配部从所述凹槽中脱出，凹槽的槽壁面上设置有引导坡面，以便于所述适配部沿试验轴承的周向上从所述凹槽内脱出。

其有益效果是：永磁体和磁性体上凹槽与适配部的结构设置有助于直线驱动机构与试验轴承的定位装配，而且凹槽上引导坡面的设置可在试验轴承的滚子与驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，使适配部从凹槽内顺利脱出，避免适配部与凹槽的槽壁面在试验轴承的周向上相互挡止而损坏直线驱动机构。

进一步地，所述转动件配合圈为试验轴承的内圈，所述驱动机构配合圈为试验轴承的外圈，所述机架包括轴承座，所述转动件通过支撑轴承转动装配在所述轴承座上，以用于带动试验轴承的内圈转动，所述直线驱动机构设置在所述轴承座上，以用于向试验轴承的外圈施加轴向拉力。

其有益效果是：上述结构中转动件与直线驱动机构均设置在试验轴承的轴向同侧，可在试验轴承的轴向上减小轴承轴向加载装置的尺寸，有助于提高轴承轴向加载装置的结构紧凑性。

进一步地，所述直线驱动机构和所述保护结构成组设置，且对应所述驱动机构配合圈的周向上设置有至少两组。

其有益效果是：上述结构设置可通过轴承轴向加载装置对试验轴承施加交变载荷、冲击载荷或偏载，模拟轴承的不同使用环境，满足试验轴承轴向力的不同需求。

本发明的轴承轴向加载试验系统采用如下技术方案：轴承轴向加载试验系统，包括轴承轴向加载装置，轴承轴向加载装置包括：机架；转动件，转动装配在机架上，用于支撑试验轴承；直线驱动机构，设置在所述机架上，用于产生向试验轴承施加的轴向拉力；直线驱动机构用于与试验轴承的内圈和外圈中的其中一个配合，转动件用于与另一个配合，定义与直线驱动机构配合的为驱动机构配合圈，与转动件配合的为转动件配合圈；保护结构，用于设置在直线驱动机构与驱动机构配合圈之间，且与直线驱动机构配合，以传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向拉力，并对驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩，保护结构在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时使驱动机构配合圈转动，进而断开直线驱动机构与试验轴承之间轴向力的传递；轴承轴向加载试验系统还包括拉力感应装置和控制装置，拉力感应装置用于感应直线驱动机构上的应变大小，并将应变大小转换成电压信号传递给控制装置，以通过控制装置控制直线驱动机构对试验轴承施加的轴向拉力的大小。

本发明的有益效果是：本发明轴承轴向加载试验系统的轴承轴向加载装置中，采用直线驱动机构向试验轴承施加轴向拉力，并配置有保护结构以对驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩，与现有技术中采用顶推的方式向试验轴承施加轴向推力相比，利用本发明的轴承轴向加载装置对轴承施加轴向力的过程中，当轴承发生胶合时，试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩，轴承内外圈均转动，保护结构可切断轴向力在直线驱动机构与试验轴承之间的传递，进而保护直线驱动机构，避免直线驱动机构损坏。

进一步地，所述保护结构包括磁性体和设置在直线驱动机构上的电磁线圈，磁性体用于设置在驱动机构配合圈上，电磁线圈用于产生使电磁线圈与磁性体相互吸引的磁场。

其有益效果是：利用电磁线圈与磁性体相吸引以实现直线驱动机构与驱动机构配合圈之间轴向拉力的传递，而且还可在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，方便断开永磁体与磁性体之间的相互吸引，便于轴承轴向加载装置的多次使用。

进一步地，所述保护结构包括永磁体和与永磁体相吸的磁性体，永磁体和磁性体中的其中一个设置在直线驱动机构上，另一个用于设置在驱动机构配圈上；或者所述保护结构包括永磁体，且永磁体设置在直线驱动机构上；保护结构通过永磁体与磁性体之间的相互吸引传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向力，并通过永磁体与磁性体之间的摩擦力向驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩。

其有益效果是：利用永磁体与磁性体相吸以实现直驱动机构与驱动机构配合圈之间轴向拉力的传递的结构简单，便于设置，而且还可在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，方便断开永磁体与磁性体之间的相互吸引，便于轴承轴向加载装置的多次使用。

进一步地，所述永磁体用于设置在驱动机构配合圈上，在所述永磁体的靠近试验轴承侧设置有阻磁体，该阻磁体与所述永磁体固定连接；或者所述磁性体用于设置在驱动机构配合圈上，所述永磁体设置在直线驱动机构上，在所述磁性体的靠近试验轴承侧设置有阻磁体，该阻磁体与所述磁性体固定连接。

其有益效果是：阻磁体的设置可避免永磁体直接与试验轴承的驱动机构配合圈接触而影响试验轴承的运动精度。

进一步地，所述永磁体或磁性体中的其中一个上设置有凹槽，另一个上设置有与凹槽插装配合的适配部，在直线驱动机构的作用下，所述凹槽与所述适配部配合以对驱动机构配合圈施加所述保持力矩，并在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于所述保持力矩时，所述适配部从所述凹槽中脱出，凹槽的槽壁面上设置有引导坡面，以便于所述适配部沿试验轴承的周向上从所述凹槽内脱出。

其有益效果是：永磁体和磁性体上凹槽与适配部的结构设置有助于直线驱动机构与试验轴承的定位装配，而且凹槽上引导坡面的设置可在试验轴承的滚子与驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时，使适配部从凹槽内顺利脱出，避免适配部与凹槽的槽壁面在试验轴承的周向上相互挡止而损坏直线驱动机构。

进一步地，所述转动件配合圈为试验轴承的内圈，所述驱动机构配合圈为试验轴承的外圈，所述机架包括轴承座，所述转动件通过支撑轴承转动装配在所述轴承座上，以用于带动试验轴承的内圈转动，所述直线驱动机构设置在所述轴承座上，以用于向试验轴承的外圈施加轴向拉力。

其有益效果是：上述结构中转动件与直线驱动机构均设置在试验轴承的轴向同侧，可在试验轴承的轴向上减小轴承轴向加载装置的尺寸，有助于提高轴承轴向加载装置的结构紧凑性。

进一步地，所述直线驱动机构和所述保护结构成组设置，且对应所述驱动机构配合圈的周向上设置有至少两组。

其有益效果是：上述结构设置可通过轴承轴向加载装置对试验轴承施加交变载荷、冲击载荷或偏载，模拟轴承的不同使用环境，满足试验轴承轴向力的不同需求。

进一步地，所述直线驱动机构包括线性致动器和拉杆，所述拉杆设置在线性致动器的输出端，所述拉力感应装置包括光纤光栅传感器、光开关、光环形器、光源和波长解调仪，光纤光栅传感器设置在所述拉杆上，光纤光栅传感器接收光源经过光环形器和光开关输出至光纤光栅传感器的测量光，光纤光栅传感器感应到拉杆上的应力变化后输出相应的波长变化，波长解调仪采集到波长变化后将其转换成电压信号输出给控制装置，以通过控制装置控制直线驱动机构施加给试验轴承的轴向拉力，实现试验轴承上轴向拉力的闭环控制。

其有益效果是：上述利用光纤光栅传感器感应拉杆上的应力变化，输出波长变化，并通过波长解调仪将波长变化转换成电压信号传递给控制装置，以通过控制装置计算具体拉力值并控制线性致动器对轴承施加的轴向力，可满足轴承轴向力的测量和控制，提高轴承轴向力的测量精度。

附图说明

图1是本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例1中轴承轴向加载装置与试验轴承的配合结构示意图；

图2是本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例1中拉杆、保护机构与试验轴承之间的位置关系结构示意图；

图3是本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例1中轴承轴向加载试验系统的控制原理图；

图中：1-机架，2-转轴，3-试验轴承，4-内圈，5-外圈，6-滚子，7-底座，8-轴承座，9-支撑轴承，10-线性致动器，11-拉杆，12-永磁体，13-凹槽，14-铜垫块，15-光纤光栅传感器，16-光开关，17-光环形器，18-宽谱光源，19-波长解调仪，20-PC机，21-螺母。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例1：

本实施例中将机床主轴用H7006C型角接触球轴承作为试验轴承3对轴承轴向加载试验系统进行描述，其他实施例中，可作为试验轴承还可以是推力轴承、深沟球轴承或圆锥滚子轴承等能够承受轴向力的轴承。

本实施例中，轴承轴向加载试验系统包括轴承轴向加载装置、拉力感应装置和控制装置，轴承轴向加载装置用于向试验轴承3施加轴向拉力，拉力感应装置用于感应试验轴承3上的轴向应变，并将该应变转换成电信号传递给控制装置，由控制装置输出轴承轴向加载装置对试验轴承3产生的轴向力的大小，同时反过来控制轴承轴向加载装置对试验轴承3施加的轴向力，实现试验轴承3上轴向力的闭环控制。

本实施例中，如图1所示，轴承轴向加载装置包括机架1、转动件和直线驱动机构，转动件转动装配在机架1上，用于驱动试验轴承3的内圈4转动，以使试验轴承3的内圈4形成转动件配合圈，直线驱动机构设置在机架1上，用于与试验轴承3的外圈5接触，用于产生向试验轴承3的外圈5施加的轴向拉力，并使该试验轴承3的外圈5形成驱动机构配合圈。

具体的，如图1所示，转动件包括转轴2，转轴2配置有驱动其转动的驱动电机(未示出)，机架1包括底座7和设置在底座7上的轴承座8，轴承座8内设置有支撑轴承9，转轴2通过该支撑轴承9转动装配在机架1上，转轴2包括大径轴段和小径轴段，小径轴段设置在转轴2的输出端，小径轴端的悬伸端设置有螺纹段，小径轴段用于与试验轴承3插装配合，螺纹段穿过试验轴承3，螺纹段与螺母21配合以将试验轴承3固定在转轴2上，实现试验轴承3的内圈4与转轴2的固定连接。试验轴承3的内圈4在试验过程中与转轴2同步转动，试验轴承3的外圈5通过滚子6支撑在内圈4上，在直线驱动机构对外圈5施加拉力前，外圈5处于自由状态，试验轴承3正常转动的过程中，在直线驱动机构对外圈5施加的拉力作用下，外圈5保持静止。

本实施例中，如图1所示，直线驱动机构包括线性致动器10和连接在线性致动器10输出端的拉杆11，轴承座8上对应试验轴承3的外圈5的位置处设置有穿孔，线性致动器10固定在轴承座8上，拉杆11穿过穿孔，并与试验轴承3的外圈5对应，以使直线驱动机构与转动件均设置在试验轴承3的同侧，可减小整个轴承轴向加载装置在试验轴承3轴向上的尺寸，提高轴承轴向加载装置的结构紧凑性。

本实施例中，如图1和图2所示，在拉杆11与试验轴承3的外圈5之间设置有保护结构，保护结构与拉杆11配合用于传递线性致动器10对试验轴承3的外圈5施加的轴向拉力，保护结构还可在试验轴承3发生胶合现象而导致试验轴承3内外圈5均转动时切断拉杆11对试验轴承3的外圈5施加的轴向拉力，并且使用拉杆11远离试验轴承3，避免损坏拉杆11以及整个直2线驱动机构。

保护结构包括相互吸引的永磁体12和磁性体，磁性体为永磁铁或者含有铁、镍或钴等物质且能够被磁化的物体，具体的，如图2所示，本实施例中，永磁体12为块状的钕铁硼磁钢，其他实施例中，永磁体还可以是块状的天然磁石。本实施例中，永磁体12用于设置在试验轴承3的外圈5上，且与拉杆11的位置对应布置，拉杆11整体由普通碳钢加工形成，拉杆11悬伸端形成与永磁体12相互吸引的磁性体，以通过拉杆11和保护结构中永磁体12与磁性体的相互吸引实现线性致动器10对试验轴承3的外圈5轴向拉力的传递。其他实施例中，拉杆由塑胶材料制成，在拉杆的悬伸端固定设置有铁块，该铁块形成用于与永磁体相互吸引的磁性体；或者其他实施例中，拉杆由塑胶材料制成，在拉杆的悬伸端固定设置有镍块，该镍块形成用于与永磁体相互吸引的磁性体。

本实施例中，如图1和图2所示，在轴承轴向加载试验过程中，永磁体12与拉杆11上的磁性体相互吸引且相互接触，可利用永磁体12与磁性体之间的摩擦力向试验轴承3的外圈5施加限制试验轴承3的外圈5转动的保持力矩。随着试验轴承3的内圈4转速的提高，试验轴承3的滚子6与内外滚道之间的温度上升，当温度上升至一定值时，滚子6与轴承内外滚道会产生高温胶合现象，滚子6会对试验轴承3的外圈5施加使试验轴承3的外圈5转动的摩擦力矩，当摩擦力矩大于保持力矩时，在线性致动器10对拉杆11的拉力作用下，拉杆11上的磁性体会朝向远离永磁体12的方向移动，切断永磁体12与磁性体之间的相互吸引，进而切断直线驱动机构传递给试验轴承3的轴向拉力，避免试验轴承3的外圈5带动拉杆11转动，从而可避免直线驱动机构损坏。

本实施例中，永磁体12与由普通碳钢形成的磁性体之间的无隙吸引力可通过下述公式得到：

其中，A_g为由普通碳钢形成的磁性体与永磁体12的接触面积，B_g为永磁体12的磁化强度，由永磁体12与磁性体之间的吸引力可得到两者之间的摩擦力。在选择永磁体12时，需要满足永磁体12与磁性体之间摩擦力大于试验轴承3正常运转时滚子6对外圈5施加的摩擦力，且小于试验轴承3胶合时滚子6对外圈5施加的摩擦力。

本实施例中，如图2所示，永磁体12的中心位置处设置有凹槽13，相应的磁性件上设置有与凹槽13插装配合的适配部，永磁体12上凹槽13的设置可使拉杆11准确抵接在永磁体12的中心位置处，便于试验轴承3与拉杆11的定位装配。

本实施例中，如图2所示，凹槽13的槽壁面上设有引导坡面，该引导坡面的设置便于在试验轴承3的滚子6对试验轴承3的外圈5施加的摩擦力矩大于保持力矩时，拉杆11上与凹槽13配合的适配部顺利从凹槽13内脱出，有助于保护拉杆11和整个直线驱动机构，避免凹槽13的槽侧壁与拉杆11的适配部在试验轴承3的周向上相互挡止而导致拉杆11折弯或损坏。

本实施例中，如图2所示，在永磁体12与试验轴承3的外圈5之间还设置有阻磁体，阻磁体为铜垫块14，铜垫块14通过胶粘与永磁体12固定连接，铜垫块14背向永磁体12的一面通过胶粘固定在试验轴承3的外圈5上，以阻隔试验轴承3的外圈5与永磁体12，避免试验轴承3的外圈5与永磁体12直接接触而使试验轴承3的外圈5被磁化进而影响试验轴承3的运动精度。

本实施例中，如图3所示，拉力感应装置包括光纤光栅传感器15、光开关16、光环形器17、宽谱光源18和波长解调仪19，光纤光栅传感器15贴在拉杆11上，以用于感应拉杆11上的应变。在轴承轴向加载试验过程中，宽谱光源18输出的测量光通过光环形器17、光开关16输出至光纤光栅传感器15，光纤光栅传感器15感受到拉杆11上的应力变化后将符合条件的波反射，反射波经过光环形器17并从端口输出给波长解调仪19，波长解调仪19采集到反射波后将其转换成携带相应光谱信息的电信号，并将该电信号传输给控制装置，本实施例中，控制装置为PC机20，由PC机20计算出相应拉杆11上的应力值，然后根据该应力值控制线性致动器10中输出的拉力值，实现轴承轴向加载试验系统中轴向拉力的闭环控制，提高试验过程中试验轴承3上轴向拉力测量的精确性。

本实施例中，直线驱动机构与保护结构成组设置，且在试验轴承3的周向上均匀间隔设置三个保护结构，相应的在轴承座8上对应设置三个直线驱动机构，以在试验轴承3上形成三个轴向载荷施加位置，在PC机20中对三个线性致动器10设定相同的轴向力大小，以使轴向载荷在试验轴承3的周向上分布均匀，相应的在三个拉杆11上均粘贴设置光纤光栅传感器15。

除此之外，为了避免环境温度变化给光纤光栅传感器15检测拉杆11上应力变化造成的误差，本实施例中的拉力感应装置还包括感应温度变化的光纤光栅传感器，即本实施例的轴承轴向加载试验系统中共设置有四个光纤光栅传感，四个光纤光栅传感器串联设置，其中感应温度变化的光纤光栅传感器处于自然状态下测量环境温度，以对拉力感应装置的拉应力计算进行补偿。

本实施例中，拉力感应装置在采集到波长变化后，将携带有波长信息的电信号传输给PC机20，在PC机20中通过以下公式计算具体的拉力值：p＝β(Δλ_B-Δλ_T)，其中Δλ_B为测量拉力的光纤光栅中心波长偏移量，Δλ_T为测量温度的光纤光栅中心波长偏移量，β为应力灵敏度系数，以提高轴承轴向加载试验系统对试验轴承3轴向力的检测精度。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例2：

其与具体实施例1的区别在于：

试验轴承上三个轴向载荷施加位置的设置还模拟偏载工况，以满足试验轴承对各种载荷工况的精确模拟。具体的当模拟偏载工况时，可在控制装置中设定不同承载区的加载力，即分别设定三个线性致动器的输出力大小，对需要重载的承载区施加较大的轴向载荷，其余承载区施加正常大小的载荷，从而达到偏载要求。

其他实施例中，试验轴承上三个轴向载荷施加位置的设置还可以模拟交变载荷工况，根据实际工况，确定施加载荷的交变频率和幅值，交变载荷谱可根据公式F＝A*sin(2πf)计算，其中A为载荷幅值，f为载荷频率，在控制装置中对各线性致动器的工作时间和载荷谱进行设定，通过拉力感应装置测量试验过程中轴承的各个载荷施加位置处轴向载荷的变化传递给控制装置，并由控制装置反馈给线性致动器，从而使加载力按照所需周期及方向施加，达到交变载荷的要求。

其他实施例中，试验轴承上三个轴向载荷施加位置的设置还可以模拟冲击载荷工况，根据实际工况，在控制装置中设定载荷谱和工作时间，在固定时间点对其中一个或两个线性致动器施加突变力，利用阶跃信号或脉冲信号，通过线性致动器相应迅速的优势，使轴向加载力在短时间内发生变化，从而达到实施冲击载荷的目的。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例3：

其与具体实施例1的区别在于：成组设置的直线驱动机构与保护结构设置有四组，四个保护结构在试验轴承的周向上均匀间隔布置，四个直线驱动机构与对应保护结构位置对应，以在试验轴承上形成四个轴向载荷施加位置，均匀试验轴承周向上的载荷，对应的光纤光栅传感器设置有五个，其中四个粘贴在对应拉杆上以感应拉杆上应力变化，另一个设置在自然状态下用于感应温度变化。

其他实施例中，成组设置的直线驱动机构和保护结构还可以设置两组或者五组以上；或者还可以设置一组，以模拟轴承上固定位置处的载荷工况。对应的光纤光栅传感器的数量比直线驱动机构数量的多一个，多出来的一个用于设置在自然状态下以感应温度变化。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例4：

其与具体实施例1的区别在于：转动件和直线驱动机构分别设置在试验轴承的轴向两侧，转动件配置有驱动电机，转动件通过支撑轴承转动装配在机架上，且设置在试验轴承的轴向一侧，转动件的输出端呈环状结构固定在试验轴承的轴承外圈上，以支撑试验轴承，并带动试验轴承的外圈转动，使试验轴承的外圈形成转动件配合圈；直线驱动机构设置在试验轴承的轴向另一侧，与直线驱动机构配合使用的保护结构设置在试验轴承的轴承内圈上，且与直线驱动机构位于试验轴承的轴向同侧，直线驱动机构的线性致动器通过支撑件固定在底座上，与线性制动器连接的拉杆对应保护结构设置，以通过直线驱动机构向轴承的内圈施加轴向拉力，并使试验轴承的内圈形成驱动机构配合圈。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例5：

其与具体实施例1的区别在于：永磁体为圆柱形钕铁硼磁钢，固定在拉杆的输出端，且与拉杆同轴布置，磁性体和铜垫块固定在试验轴承的轴承外圈上，磁性体为普通碳素钢，铜垫块位于磁性体与试验轴承之间，以通过永磁体与磁性体之间的相互吸引实现线性致动器对试验轴承的轴向拉力的传递，在试验轴承的内圈旋转过程中，永磁体与磁性体相互接触，利用永磁体与磁性体之间的摩擦力向试验轴承的外圈施加限制试验轴承的外圈转动的保持力矩。磁铁块上设置有凹槽，永磁体的悬伸端形成与凹槽插装配合的适配部，凹槽的槽壁面为引导坡面，以便于在试验轴承的滚子对试验轴承的外圈施加的摩擦力矩大于保持力矩时，拉杆上与凹槽配合的适配部顺利从凹槽内脱出，并远离试验轴承，切断直线驱动机构传递给试验轴承施的轴向拉力，有助于保护拉杆和整个直线驱动机构。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例6：

其与具体实施例1的区别在于：保护机构仅包括永磁体，永磁体为圆柱形钕铁硼磁钢，圆柱形钕铁硼磁钢固定在拉杆的输出端，并与拉杆同轴布置，这种结构设置的轴承轴向加载试验系统适用于轴承外圈由磁性材料加工的轴承结构，在试验过程中，永磁体与磁性体相互接触，可利用永磁体对轴承外圈的吸力，实现线性致动器与试验轴承之间轴向力的传递，还可利用永磁体与轴承外圈之间的摩擦力向试验轴承的外圈施加限制试验轴承的外圈转动的保持力矩。随着试验轴承的高速旋转，当试验轴承的滚子对试验轴承的外圈施加的摩擦力矩大于保持力矩时，拉杆在线性致动器的作用下远离轴承外圈，切断直线驱动机构传递给试验轴承施的轴向拉力，有助于保护拉杆和整个直线驱动机构。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例7：

其与具体实施例1的区别在于：在永磁体与试验轴承之间不设置阻磁体，永磁体直接通过胶粘固定在试验轴承的轴承外圈上。

其他实施例中，试验轴承上设置螺纹孔，永磁体通过沉头螺钉固定在试验轴承上。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例8：

其与具体实施例1的区别在于：永磁体上不设置凹槽，永磁体上朝向拉杆的外表面积大于磁性体上朝向永磁体的外表面积，在试验的过程中，可增加永磁体上能够与磁性体接触的外表面积，便于试验轴承与周向加载试验系统的装配。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例9：

其与具体实施例1的区别在于：保护结构包括剪钉，剪钉的其中一端固定在试验轴承的外圈上，另一端固定在拉杆上，利用剪钉实现直线驱动机构与试验轴承之间轴向拉力的传递，并且通过剪钉使拉杆对试验轴承的外圈施加限制试验轴承的外圈转动的保持力矩，随着试验轴承高速旋转，滚子对试验轴承的外圈施加沿试验轴承周向上的摩擦力矩，当摩擦力矩大于剪钉剪断时的剪切力时，剪钉被剪断，从而切断直线驱动机构传递给试验轴承的轴向拉力，避免试验轴承的外圈带动拉杆转动，从而可避免直线驱动机构损坏。在选择剪钉时，需要满足剪钉被剪断时的剪切力大于试验轴承正常转动时滚子对试验轴承的外圈施加的摩擦力，小于试验轴承发生胶合时滚子对试验轴承的外圈施加的摩擦力。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例10：

其与具体实施例1的区别在于：保护结构包括两个相互吸引的永磁体，两个永磁体均为钕铁硼磁钢，两个永磁体的其中一个设置在直线驱动机构的拉杆上，另一个设置在试验轴承的外圈上，设置在外圈上的永磁体上设置有凹槽，设置在拉杆上的永磁体上设置有与凹槽插装配合的适配部；或者其他实施例中，设置在拉杆上的永磁体上设置有凹槽，设置在外圈上的永磁体上设置有与凹槽插装配合的适配部。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例11：

其与具体实施例1的区别在于：保护结构包括磁性体和设置在直线驱动机构上的电磁线圈，直线驱动机构包括线性致动器和设置在线性致动器输出端的拉杆，电磁线圈缠绕在拉杆上，以通过电磁线圈产生的磁场使拉杆磁化，磁性体设置在试验轴承外圈上，使磁化后的拉杆与磁性体相互吸引，进而实现线性致动器与试验轴承外圈之间轴向拉力的传递。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例12：

其与具体实施例1的区别在于：控制装置中不设置用于感应环境温度变化的光纤光8栅传感器，即光纤光栅传感器的数量与直线驱动机构的数量相等，在控制装置中计算轴向拉力的公式为p＝βΔλ_B，其中Δλ_B为测量拉力的光纤光栅中心波长偏移量，β为应力灵敏度系数。

本发明的轴承轴向加载试验系统的具体实施例13：

其与具体实施例1的区别在于：拉力感应装置采用微型拉力传感器，微型拉力传感器一端安装在试验轴承外圈，另一端安装在拉杆上，以在线性驱动装置对试验轴承施加轴向拉力时，感应线性致动器对试验轴承施加的轴向拉力，并将检测结果反馈给控制装置。

本发明的轴承轴向加载装置的具体实施方式：

轴承轴向加载装置的具体结构与上述轴承轴向加载试验系统的具体实施例1至具体实施例13中轴承轴向加载装置的结构相同，此处不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种轴承轴向加载装置，其特征在于，包括：

机架；

转动件，转动装配在机架上，用于支撑试验轴承；

直线驱动机构，设置在所述机架上，用于产生向试验轴承施加的轴向拉力；

直线驱动机构用于与试验轴承的内圈和外圈中的其中一个配合，转动件用于与另一个配合，定义与直线驱动机构配合的为驱动机构配合圈，与转动件配合的为转动件配合圈；

保护结构，用于设置在直线驱动机构与驱动机构配合圈之间，且与直线驱动机构配合，以传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向拉力，并对驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩；保护结构在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于保持力矩时使驱动机构配合圈转动，进而断开直线驱动机构与试验轴承之间轴向力的传递；所述转动件配合圈为试验轴承的内圈，所述驱动机构配合圈为试验轴承的外圈，所述机架包括轴承座，所述转动件通过支撑轴承转动装配在所述轴承座上，以用于带动试验轴承的内圈转动，所述直线驱动机构设置在所述轴承座上，以用于向试验轴承的外圈施加轴向拉力；

所述保护结构包括磁性体和设置在直线驱动机构上的电磁线圈，磁性体用于设置在驱动机构配合圈上，电磁线圈用于产生使电磁线圈与磁性体相互吸引的磁场；

或者，所述保护结构包括永磁体和与永磁体相吸的磁性体，永磁体和磁性体中的其中一个设置在直线驱动机构上，另一个用于设置在驱动机构配圈上；或者所述保护结构包括永磁体，且永磁体设置在直线驱动机构上，这种结构设置的轴承轴向加载装置适用于轴承外圈由磁性材料加工的轴承结构；保护结构通过永磁体与磁性体之间的相互吸引传递直线驱动机构对试验轴承施加的轴向力，并通过永磁体与磁性体之间的摩擦力向驱动机构配合圈施加限制驱动机构配合圈转动的保持力矩。

2.根据权利要求1所述的轴承轴向加载装置，其特征在于，所述永磁体用于设置在驱动机构配合圈上，在所述永磁体的靠近试验轴承侧设置有阻磁体，该阻磁体与所述永磁体固定连接；

或者所述磁性体用于设置在驱动机构配合圈上，所述永磁体设置在直线驱动机构上，在所述磁性体的靠近试验轴承侧设置有阻磁体，该阻磁体与所述磁性体固定连接。

3.根据权利要求1或2中所述的轴承轴向加载装置，其特征在于，所述永磁体或磁性体中的其中一个上设置有凹槽，另一个上设置有与凹槽插装配合的适配部，在直线驱动机构的作用下，所述凹槽与所述适配部配合以对驱动机构配合圈施加所述保持力矩，并在试验轴承的滚子对驱动机构配合圈的摩擦力矩大于所述保持力矩时，所述适配部从所述凹槽中脱出，凹槽的槽壁面上设置有引导坡面，以便于所述适配部沿试验轴承的周向上从所述凹槽内脱出。

4.根据权利要求1或2所述的轴承轴向加载装置，其特征在于，所述直线驱动机构和所述保护结构成组设置，且对应所述驱动机构配合圈的周向上设置有至少两组。

5.一种轴承轴向加载试验系统，包括轴承轴向加载装置，其特征在于，所述轴承轴向加载装置为权利要求1至4中任一项所述的轴承轴向加载装置，轴承轴向加载试验系统还包括拉力感应装置和控制装置，拉力感应装置用于感应直线驱动机构上的应变大小，并将应变大小转换成电压信号传递给控制装置，以通过控制装置控制直线驱动机构对试验轴承施加的轴向拉力的大小。

6.根据权利要求5所述的轴承轴向加载试验系统，其特征在于，所述直线驱动机构包括线性致动器和拉杆，所述拉杆设置在线性致动器的输出端，所述拉力感应装置包括光纤光栅传感器、光开关、光环形器、光源和波长解调仪，光纤光栅传感器设置在所述拉杆上，光纤光栅传感器接收光源经过光环形器和光开关输出至光纤光栅传感器的测量光，光纤光栅传感器感应到拉杆上的应力变化后输出相应的波长变化，波长解调仪采集到波长变化后将其转换成电压信号输出给控制装置，以通过控制装置控制直线驱动机构施加给试验轴承的轴向拉力，实现试验轴承上轴向拉力的闭环控制。

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