CN111397900B - 一种轴承寿命加速试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轴承寿命加速试验装置，包括工装立板、电机、传感器转子、负载板；电机固定在工装立板上，传感器转子穿过电机并由电机带动旋转，在传感器转子上前后端固定有负载板，轴承安装在传感器转子上进行试验，轴承在传感器转子上的安装位置位于负载板和传感器转子之间和/或电机端部。本发明结合了电机的实际运行工况，包括转速、轴向负载、径向负载以及寿命加速因子，模拟电机的实际运行状态，可以加速完成轴承的寿命试验验证和可靠性验证；结构简单、设计新颖，可以大大缩短轴承的寿命试验时间。

Description

一种轴承寿命加速试验装置
技术领域
本发明涉及一种轴承寿命加速试验装置。
背景技术
旋转电机均需要用到轴承进行转动部件的支撑，轴承作为电机的核心部件，其运行寿命和可靠性决定了电机的寿命和可靠性，在轴承的寿命试验方法中，常采用实际产品进行1:1的寿命试验，该方法耗时较长，短期内无法获取寿命和可靠性数据。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种轴承寿命加速试验装置，该轴承寿命加速试验装置结合了电机的实际运行工况，包括转速、轴向负载、径向负载以及寿命加速因子，模拟电机的实际运行状态，可以加速完成轴承的寿命试验验证和可靠性验证。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种轴承寿命加速试验装置，包括工装立板、电机、传感器转子、负载板；电机固定在工装立板上，传感器转子穿过电机并由电机带动旋转，在传感器转子上前后端固定有负载板，轴承安装在传感器转子上进行试验，轴承在传感器转子上的安装位置位于负载板和传感器转子之间和/或电机端部。
所述电机由电机定子和电机转子组成，传感器转子上固定电机转子上，电机定子围绕电机转子固定于工装立板。
所述负载板为两块平板通过负载板安装孔相互固定呈一块板，两块板之间有内止口二和内止口一结构，用于限位。
所述电机的电机端盖内有端盖轴承室，轴承安装在端盖轴承室中，电机端盖上开有出线孔，电机端盖通过盖安装孔安装固定，端盖轴承室通过前罩盖装固定形成，前罩边沿有端盖内止口且前罩通过端盖螺纹孔固定电机端盖侧沿有端盖外止口用于限位。
所述轴承为四个，分别安装在传感器转子前端的负载板中、传感器转子后端的负载板中、电机前端的电机端盖内、电机后端的电机端盖内，四个轴承关于工装立板对称。
所述负载板中安装轴承的位置有负载板轴承座，负载板轴承座内有负载轴承室，负载板轴承座为阶梯型圆盘状，阶梯上级侧沿有负载内止口，阶梯下级侧沿有负载外止口，阶梯下级有负载外螺纹孔用于固定负载板轴承座，阶梯上级有负载内螺纹孔。
在电机端部和负载板之间，有霍尔固定支架安装在传感器转子上，霍尔固定支架内固定有印制板组件，印制板组件上有霍尔元件，印制板组件和霍尔固定支架通过螺钉五固定，螺钉五带有垫圈。
所述工装立板的侧面通过螺钉组件固定有工装侧板，在垂直投影上工装立板和工装侧板相互垂直呈十字架状，在工装立板和工装侧板的底部有工装底板，工装立板和工装侧板均通过螺钉组件固定于工装底板。
本发明的有益效果在于：结合了电机的实际运行工况，包括转速、轴向负载、径向负载以及寿命加速因子，模拟电机的实际运行状态，可以加速完成轴承的寿命试验验证和可靠性验证；结构简单、设计新颖，可以大大缩短轴承的寿命试验时间。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是图1中负载板的结构示意图；
图4是图3的正视图；
图5是图1中电机端盖的结构示意图；
图6是图5的正视图；
图7是图1中传感器转子的结构示意图；
图8是图7的正视图；
图9是图1中负载板轴承座的结构示意图；
图10是图1的工作原理尺寸示意图；
图11是图1的受力原理示意图。
图中：1-工装立板，2-工装侧板，3-螺钉组件，6-工装底板，7-负载板，71-内止口一，72-内止口二，73-负载板安装孔，8-电机端盖，81-端盖内止口，82-端盖螺纹孔，83-端盖外止口，84-端盖轴承室，85-出线孔，86-盖安装孔，9-螺钉二，10-垫圈二，11-传感器转子，111-传感器轴，112-传感器磁钢，113-传感器护套，114-键槽，12-键，13-电机后罩，14-轴承，141-第一轴承，142-第二轴承，143-第三轴承，144-第四轴承，15-挡圈，16-螺母，17-螺钉三，18-负载板轴承盖，19-负载板轴承座，191-负载轴承室，192-负载内螺纹孔，193-负载内止口，194-负载外螺纹孔，195-负载外止口，20-螺钉四，21-垫圈四，22-印制板组件，23-霍尔固定支架，24-螺钉五，26-调整垫圈，27-螺钉六，28-弹簧挡板，29-弹簧支架，30-弹簧，31-轴承盖，32-轴套，33-螺钉七，34-电机定子，35-电机转子。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图11所示的一种轴承寿命加速试验装置，包括工装立板1、电机、传感器转子11、负载板7；电机固定在工装立板1上，传感器转子11穿过电机并由电机带动旋转，在传感器转子11上前后端固定有负载板7，轴承14安装在传感器转子11上进行试验，轴承14在传感器转子11上的安装位置位于负载板7和传感器转子11之间和/或电机端部。
电机由电机定子34和电机转子35组成，传感器转子11上固定电机转子35上，电机定子34围绕电机转子35固定于工装立板1。
负载板7为两块平板通过负载板安装孔73相互固定呈一块板，两块板之间有内止口二72和内止口一71结构，用于限位。
电机的电机端盖8内有端盖轴承室84，轴承14安装在端盖轴承室84中，电机端盖8上开有出线孔85，电机端盖8通过盖安装孔86安装固定，端盖轴承室84通过前罩盖装固定形成，前罩边沿有端盖内止口81且前罩通过端盖螺纹孔82固定电机端盖8侧沿有端盖外止口83用于限位。
轴承14为四个，分别安装在传感器转子11前端的负载板7中、传感器转子11后端的负载板7中、电机前端的电机端盖8内、电机后端的电机端盖8内，四个轴承14关于工装立板1对称。
负载板7中安装轴承14的位置有负载板轴承座19，负载板轴承座19内有负载轴承室191，负载板轴承座19为阶梯型圆盘状，阶梯上级侧沿有负载内止口193，阶梯下级侧沿有负载外止口195，阶梯下级有负载外螺纹孔194用于固定负载板轴承座19，阶梯上级有负载内螺纹孔192。
在电机端部和负载板7之间，有霍尔固定支架23安装在传感器转子11上，霍尔固定支架23内固定有印制板组件22，印制板组件22上有霍尔元件，印制板组件22和霍尔固定支架23通过螺钉五24固定，螺钉五24带有垫圈。
工装立板1的侧面通过螺钉组件3固定有工装侧板2，在垂直投影上工装立板1和工装侧板2相互垂直呈十字架状，在工装立板1和工装侧板2的底部有工装底板6，工装立板1和工装侧板2均通过螺钉组件3固定于工装底板6。
具体而言：
工装立板1、工装侧板2、工装底板6用于试验工装的整机安装，各零件单独加工，采用螺钉组件3组装紧固。
负载板7零件上加工内止口一71、内止口二72和负载板安装孔73，采用密度较大的材料进行加工，两件负载板分别安装在电机转子35的两端，负载板用于施加轴承14的径向负载，负载板的尺寸(宽B、高H、厚S)需按轴承的加速因子计算结果进行设计，使得负载板的重量(m)满足加速应力要求。
电机端盖8用于电机装配，端盖内止口81、端盖螺纹孔82用于固,电机后罩13；端盖外止口83、盖安装孔86用于电机端盖的安装；端盖轴承室84用于安装轴承14，端盖轴承室84尺寸需按试验电机的轴承室尺寸进行加工；出线孔85用于印制板组件22的线缆引出。
螺钉二9、垫圈二10用于安装固定电机端盖8。
传感器轴111采用导磁钢材加工，传感器轴的内径按轴承内径进行加工，传感器轴的外径按轴承14的轴肩尺寸进行设计；传感器轴加工凹槽用于安装传感器磁钢112，传感器磁钢外部安装传感器护套113，传感器轴上加工键槽114用于传感器转子的圆周固定。
键12用于传感器转子11的固定。
电机后罩13用于印制板组件22的安装。
轴承14为需要进行寿命试验的轴承。
挡圈15紧贴轴承14安装在电机转子35上，挡圈15设计较大外径减小与负载板轴承盖18的间隙，用于轴承防尘。
螺母16用于轴向固定挡圈15。
螺钉三17用于固定负载板轴承盖18。
负载板轴承盖18用于轴向固定轴承14。
负载轴承室191用于安装轴承14，轴承室尺寸需按试验电机的轴承室尺寸进行加工；负载内螺纹孔192用于固定负载板轴承盖18；负载内止口193、负载外螺纹孔194、负载外止口195用于负载板7的安装。
螺钉四20、垫圈四21用于安装电机后罩。
印制板组件22用于检测25在圆周上的位置，印制板组件需按电机类型(极对数)进行设计。
霍尔固定支架23用于防护印制板组件上的霍尔器件，防止霍尔器件被碰伤。
螺钉五24、25用于固定印制板组件22和霍尔固定支架23。
调整垫圈26采用铜材料进行加工，外径按轴承室尺寸、垫圈内径按轴承轴肩尺寸进行加工，当电机完成装配后，需用调整垫圈调整电机转子的轴向间隙，保证轴向间隙满足电机装配要求。
螺钉六27用于固定整个工装电机。
弹簧挡板28、弹簧支架29、弹簧30组合使用，用于施加轴承14的轴向负载。弹簧挡板28、弹簧支架29的外径按轴承14的外径进行设计加工，轴肩尺寸按轴承14推荐安装尺寸进行设计加工，挡板内孔按大于电机转子轴外径进行设计加工；弹簧孔按略大于弹簧外径进行设计，用于固定弹簧。弹簧30采用圆柱弹簧，弹簧弹簧30两端进行立定处理，弹簧压缩量及弹力按试验轴承的实际负载进行设计。
轴承盖31用于轴向固定电机轴承14，轴承盖紧压弹簧和弹簧支架。
轴套32用于分离两件轴承14，轴套内径与电机转子轴外径小间隙配合，轴套外径按轴承推荐安装尺寸进行设计加工。
螺钉七33用于将负载板固定在负载板轴承座19上。
电机定子34用于驱动电机转子旋转，为无刷直流电机定子。
电机转子35用于安装试验轴承14，转子采用永磁体式无刷直流电机转子结构。
本发明主要工作原理在于：
轴承寿命加速试验工装设计时，以转子磁钢为中心，需保证两端轴承的安装尺寸对称。
忽略工装中螺钉、螺母以及辅助结构的重量，负载板的重量为m，第一轴承141、第四轴承144直接承受负载板的重量m，第一轴承141、第四轴承144的径向负载为mg(g为重力加速度；第二轴承142、第三轴承143间接承受负载板的重量m，第二轴承142、第三轴承143的径向负载为mg，轴向负载为弹簧施加的轴向力F。
采用滚动轴承疲劳寿命的L-P经验计算公式进行寿命计算，滚动轴承寿命与外加负载成幂指数关系，球轴承寿命为外加负载的负3次幂，采用相同的运行转速，假定轴承实际使用时的额定负载为P1、额定运行寿命为Lh1，加速试验时轴承施加负载为P2(P2＝mg)，则加速寿命试验时间Lh2可以按如下公式进行计算：
Figure BDA0002478971170000081

Claims (7)

1.一种轴承寿命加速试验装置，包括工装立板(1)、电机、传感器转子(11)、负载板(7)，其特征在于：电机固定在工装立板(1)上，传感器转子(11)穿过电机并由电机带动旋转，在传感器转子(11)上前后端固定有负载板(7)，轴承(14)安装在传感器转子(11)上进行试验，轴承(14)在传感器转子(11)上的安装位置位于负载板(7)和传感器转子(11)之间和/或电机端部；
所述电机的电机端盖(8)内有端盖轴承室(84)，轴承(14)安装在端盖轴承室(84)中，电机端盖(8)上开有出线孔(85)，电机端盖(8)通过盖安装孔(86)安装固定，端盖轴承室(84)通过前罩盖装固定形成，前罩边沿有端盖内止口(81)且前罩通过端盖螺纹孔(82)固定电机端盖(8)侧沿有端盖外止口(83)用于限位；
所述负载板(7)中安装轴承(14)的位置有负载板轴承座(19)，负载板轴承座(19)内有负载轴承室(191)，负载板轴承座(19)为阶梯型圆盘状，阶梯上级侧沿有负载内止口(193)，阶梯下级侧沿有负载外止口(195)，阶梯下级有负载外螺纹孔(194)用于固定负载板轴承座(19)，阶梯上级有负载内螺纹孔(192)。
2.如权利要求1所述的轴承寿命加速试验装置，其特征在于：所述电机由电机定子(34)和电机转子(35)组成，传感器转子(11)上固定电机转子(35)上，电机定子(34)围绕电机转子(35)固定于工装立板(1)。
3.如权利要求1所述的轴承寿命加速试验装置，其特征在于：所述负载板(7)为两块平板通过负载板安装孔(73)相互固定呈一块板，两块板之间有内止口二(72)和内止口一(71)结构，用于限位。
4.如权利要求1所述的轴承寿命加速试验装置，其特征在于：所述轴承(14)为四个，分别安装在传感器转子(11)前端的负载板(7)中、传感器转子(11)后端的负载板(7)中、电机前端的电机端盖(8)内、电机后端的电机端盖(8)内，四个轴承(14)关于工装立板(1)对称。
5.如权利要求1所述的轴承寿命加速试验装置，其特征在于：在电机端部和负载板(7)之间，有霍尔固定支架(23)安装在传感器转子(11)上，霍尔固定支架(23)内固定有印制板组件(22)，印制板组件(22)上有霍尔元件，印制板组件(22)和霍尔固定支架(23)通过螺钉五(24)固定，螺钉五(24)带有垫圈。
6.如权利要求1所述的轴承寿命加速试验装置，其特征在于：所述工装立板(1)的侧面通过螺钉组件(3)固定有工装侧板(2)，在垂直投影上工装立板(1)和工装侧板(2)相互垂直呈十字架状，在工装立板(1)和工装侧板(2)的底部有工装底板(6)，工装立板(1)和工装侧板(2)均通过螺钉组件(3)固定于工装底板(6)。
7.如权利要求1所述的轴承寿命加速试验装置，其特征在于：工装立板(1)、工装侧板(2)、工装底板(6)用于试验工装的整机安装，各零件单独加工，采用螺钉组件(3)组装紧固。
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