CN111504832B - 轴承钢球试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴承钢球试验台，能够与轴承钢球配合来模拟轴承钢球在内、外圈之间运动，为技术人员研究轴承钢球性能提供运动模型。轴承钢球试验台包括机架；旋转驱动机构；摩擦副，包括：至少三个转动轮，各转动轮均包括轮轴及止转设置在对应轮轴上的摩擦轮，各转动轮的轮轴轴线平行；多个转动轮中有三个以各自转动中心对应于三角形的三个顶点的方式布置而构成试验轮组；构成试验轮组的三个转动轮中，至少有一个的摩擦轮轴向可调的安装在对应轮轴上，和/或至少一个的轮轴轴向可调的安装在机架上，而能使其上的摩擦轮相对其他转动轮上的摩擦轮在轴向偏移，以改变待试验轴承钢球与转动轮的接触位置。

Description

轴承钢球试验台

技术领域

本发明涉及一种轴承钢球试验台。

背景技术

滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件之间的滚动接触来支撑转动零件的。现有技术中的滚动轴承绝大多数已经标准化，主要包括内圈、外圈、滚动体以及保持架，滚动体与内圈、外圈对应形成了滚动轴承中的摩擦副。滚动体在工作时，会相对于内圈、外圈同时滑动及滚动，滚动体所受摩擦力的大小及方向复杂多变，为保证滚动体以及滚动轴承的使用寿命及可靠性，技术人员会在研发阶段对滚动体的性能进行试验评估。

现阶段技术人员使用的试验机，大多是对整个轴承在不同的转速、载荷、环境温度或润滑状态下进行试验研究，当出现轴承失效或磨损后，由于轴承内圈、外圈与滚动体在工作时受力的复杂性以及滚动体运动轨迹的不确定性，很难确定是何原因导致滚动体损伤的，因此也无法确定用于制作滚动体的轴承材料自身是否存在缺陷。

综上，技术人员现需要一种能够单独对滚动体进行测试的试验台，单独研究滚动体的疲劳寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承钢球试验台，能够与轴承钢球配合来模拟轴承钢球在内、外圈之间运动，为技术人员研究轴承钢球性能提供运动模型以对轴承钢球的性能进行试验。

为实现上述目的，本发明中的轴承钢球试验台采用如下技术方案：

轴承钢球试验台，包括：

机架；

旋转驱动机构；

摩擦副，包括：至少三个转动轮，各转动轮均包括轮轴及止转设置在对应轮轴上的摩擦轮，各转动轮的轮轴轴线平行；

多个转动轮中有三个以各自转动中心对应于三角形的三个顶点的方式布置而构成试验轮组；构成试验轮组的三个转动轮的摩擦轮轮面上均设置有与待试验轴承钢球匹配的滚道，且三个转动轮的摩擦轮之间围成用于放置待试验轴承钢球的放置空间；

构成试验轮组的三个转动轮中，至少有一个的摩擦轮轴向可调的安装在对应轮轴上，和/或至少一个的轮轴轴向可调的安装在机架上，而能使其上的摩擦轮相对其他转动轮上的摩擦轮在轴向偏移，以改变待试验轴承钢球与转动轮的接触位置；

试验轮组的三个转动轮中，有两个为被旋转驱动机构带动转动的主动轮，另一个为从动轮；两个主动轮转动时可带动处于放置空间中的待试验轴承钢球滚动进而带动从动轮转动。

其有益效果在于：以至少两个主动轮与一个从动轮组合围成与待试验轴承钢球摩擦配合的空间，待试验轴承钢球放置在主动轮及从动轮的滚道中，能模拟出轴承钢球在实际工况中于轴承内圈、轴承外圈之间的运动，操作人员通过改变两主动轮的转速，能够使轴承钢球与各轮之间滚动摩擦或滑动摩擦或滚动、滑动摩擦同时存在，为研究制成轴承钢球所用材料的摩擦磨损性能提供了一个运动模型以及数据支持；同时，试验轮组中的主动轮和/或从动轮能够改变轴向位置，从而轴承钢球与主动轮从动轮的接触位置改变，轴承钢球的运动更加随机且更接近于实际工况中的运动轨迹，利用本试验台进行试验能够提高样本数量及随机性，有利于保证试验数据的准确性。

进一步的，构成试验轮组的三个转动轮中，从动轮在轴向上可调。

其有益效果在于：选择从动轮作为可以移动的轮，从动轮的位置对整个传动链的影响小，位置调整起来比较方便，容易实现，减少了技术人员的装配难度。

进一步的，轴承钢球试验台还包括支撑从动轮的轮轴的轴承座，从动轮的轮轴可轴向移动的安装在轴承座内。

其有益效果在于：从动轮的轮轴可轴向移动的安装在轴承座内，操作人员在调整主动轮及从动轮中摩擦轮的位置时，可以直接调整从动轮的轮轴与轴承座的相对位置，依靠轮轴位置改变来改变摩擦轮位置。在此过程中无需调整轮轴与摩擦轮的装配结构，操作比较简单，且对装配空间的要求也比较小，便于调整从动轮位置。

进一步的，支撑从动轮轮轴的轴承座均固定安装于安装架上，安装架在从动轮的径向上可移动的安装在机架上，而在带动从动轮径向移开时，形成用于向放置空间中放入待试验轴承钢球的空间。

其有益效果在于：安装架能够带动从动轮及从动轴动作，既便于在移动后形成的空间中安装轴承钢球，又能够利用移动后形成的空间来调整轮轴与摩擦轮或是轮轴与轴承座的装配关系，装配比较方便。

进一步的，构成试验轮组的三个转动轮中，有至少一个在径向上可移动的安装在机架上，而在径向移开时，形成用于向放置空间中放入待试验轴承钢球的空间。

其有益效果在于：有至少一个的转动轮可以径向移开，能够在各转动轮之间形成一个操作空间来放置待试验轴承钢球，有利于实现快速拆装轴承钢球，提高试验的效率。

进一步的，从动轮传动连接有辅助启动驱动机构，为从动轮提供启动转矩。

其有益效果在于：辅助启动驱动机构能够为从动轮提供启动转矩，为从动轮提供助力，避免从动轮在待试验的轴承钢球带动其开始转动时打滑，提高了试验台的工作稳定性。

进一步的，从动轮与辅助启动驱动机构之间连接有挠性联轴器，以补偿从动轮的轮轴在轴向上的偏移。

其有益效果在于：在从动轴与辅助启动驱动机构之间连接挠性联轴器，挠性联轴器能够对从动轴与辅助启动驱动机构之间的位移进行补偿，无需使辅助启动驱动机构随从动轴移动，简化了结构，降低了成本。

进一步的，主动轮有三个，从动轮有一个，且三个主动轮中相邻的两个分别与从动轮构成两个试验轮组。

其有益效果在于：三个主动轮及从一个动轮组合形成两个试验轮组，从结构上来讲，减少了主动轮、从动轮的数量，简化了结构；从所能实现的功能上讲，通过调整一个主动轮的转速，能够使两个试验轮组模拟出对待试验轴承钢球的摩擦状态，在试验过程中，能够得到两种不同受力下磨损的轴承钢球样本，提高了试验的效率。

进一步的，主动轮和从动轮均有两个，且两个从动轮处于两个主动轮的转动中心连线的两侧，且两个主动轮分别与处于中心连线两侧的从动轮构成两个试验轮组。

其有益效果在于：两个主动轮与两个从动轮组合形成了两个试验轮组，从结构上来讲，减少了主动轮的数量，简化了结构；从所能实现的功能上讲，两个试验轮组共用了两个主动轮，能够为两个试验轮组中放置的待试验轴承钢球提供相同的摩擦状态，操作人员可以在两个试验轮组中放置材料不同的轴承钢球来对比不同材料的摩擦磨损性能，提高了摩擦副的适用性。

进一步的，所述旋转驱动机构与主动轮的数量相等，并带动对应的主动轮转动。

其有益效果在于：旋转驱动机构与主动轮的数量相同，每个主动轮均配置有独立的旋转驱动机构，能够实现各主动轮转速的个性化调整，从而在试验轮组中模拟出不同的摩擦状态，提高试验台的适用性。

附图说明

图1为本发明中轴承钢球试验台实施例1的主视图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为图2中摩擦副部分的放大视图；

图4为本发明中轴承钢球试验台实施例1的摩擦副布置结构示意图；

图5为本发明中轴承钢球试验台实施例1的主动轮与从动轮调整位置时从图4中B-B处所示的示意图；

图6为图3中安装架的主视图；

图7为图3中安装架的俯视图；

图8为图6中安装架的剖切视图；

图中：

10-轴承钢球试验台；11-试验仓；

12-机架；13-高速电机；14-变频电机；15-转矩传感器；

21-左侧主动轮；22-左侧主动轴；23-右侧主动轮；24-右侧主动轴；

25-从动轮；26-从动轴；27-轴承钢珠；

30-轴承座；301-轴承；31-连接板；32-伸缩杆连接孔位；33-导柱。

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中轴承钢球试验台及其摩擦副的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中轴承钢球试验台的实施例1：本发明中的轴承钢球试验台用于试验研究轴承中作为滚动体的轴承钢球的疲劳寿命，主要是将所要试验的材料制成轴承钢球，模拟轴承钢球在轴承内圈、轴承外圈之间的长时间运动，为轴承钢球的研究提供数据支持。

如图1及图2所示，轴承钢球试验台10包括机架12，在机架12上布置有实现不同功能的部件。机架12的上半部布置有试验仓11，试验仓11中布置有用于与待测试轴承钢球摩擦配合的摩擦副，摩擦副包括三个转动轮，转动轮均包括轮轴及止转装配在对应轮轴上的摩擦轮，而根据传动关系的不同三个转动轮又分为主动轮与从动轮，在主动轮与从动轮之间预留有用于安装轴承钢球的空间。需要说明的是，主动轮与从动轮都属于转动轮的一种，但是两者的结构可以在轮轴和/或摩擦轮的结构上有所不同。

本发明中轴承钢球试验台10是利用至少两个主动轮与至少一个从动轮配合形成试验轮组，试验轮组中的各轮的摩擦轮围成一个同时与轴承钢球摩擦配合的放置空间，当主动轮、从动轮转动时能够与轴承钢球摩擦配合，摩擦配合的类型包括滑动摩擦和滚动摩擦。

试验台上设置有作为旋转驱动机构的变频电机14，以及作为辅助启动驱动机构的高速电机13。变频电机14布置有两个，两个主动轮中与摩擦轮传动连接的轮轴即主动轴分别与两个变频电机14之间通过传动带连接，各主动轴的转速可单独调整。从动轮中与作为轮轴的从动轴26通过挠性联轴器连接高速电机13，挠性联轴器能够对从动轴与高速电机13之间的位移进行补偿。

如图3、图4及图5所示，试验仓11中布置的摩擦副包括二个主动轮，还包括一个从动轮25。与两个主动轮对应的传动轴为左侧主动轴22和右侧主动轴24，左侧主动轴22以及右侧主动轴24与对应的摩擦轮止转装配。从动轮25中的轮轴为中间从动轴26，中间从动轴26位于两主动轴轴心连线中线的正上方。各轮轴的轴线均沿水平方向延伸，且相互平行。

试验轮组中的主动轮包括左侧主动轮21及右侧主动轮23，各主动轮的摩擦轮与对应主动轴止转装配。从动轮25位于左侧主动轮21及右侧主动轮23之间连线中点的正上方。

其中，左侧主动轮21、右侧主动轮23及从动轮25的轴心连线构成了一个三角形，左侧主动轮21、右侧主动轮23及从动轮25分别位于三角形的三个顶点上，在左侧主动轮21、右侧主动轮23及从动轮25围成的空间中，用于放置轴承钢球27，轴承钢球27能够同时与左侧主动轮21、右侧主动轮23及从动轮25接触。

在左侧主动轮21、右侧主动轮23以及从动轮25中摩擦轮的轮面上，设置有与轴承钢球27匹配的滚道，轴承钢球27安装在由滚道对合形成的空间中，轴承钢球27能够与滚道接触，模拟出轴承钢球27在内圈、外圈之间运动情况，并且滚道对合形成的空间也能够防止轴承钢球27在试验时意外飞出。

如图6、图7及图8所示，试验台中设置有安装架，安装架包括连接板31，连接板31布置在试验轮组的上方。在连接板31的上表面布置有导柱33，机架上对应设置有与导柱33导向配合的导套，安装架能够受到导柱33与导套的导向而上下移动。在连接板31的下表面吊装有两个轴承座30，在轴承座30中布置有用于支撑从动轴26的轴承301，轴承301分别支撑从动轴26的两端，从动轮25止转装配在从动轴26的中间位置处。

其中，从动轴26与轴承301配合的位置处设置有多个螺纹孔，而轴承301的内圈中设置有适配孔，轴承301的内圈通过螺纹紧固件穿设于两孔中来与从动轴26固定。因为从动轴26上有多个螺纹孔，因此内圈具有多个安装位置，当从动轴26与内圈的安装位置改变后，从动轮25在轴线方向上与原来位置错开一个大小为δ的轴向距离，也能够使轴承钢球27与主动轮及从动轮25的接触位置改变。

在连接板31的上表面还布置有伸缩杆连接孔位32，机架中对应布置有沿上下运动的伸缩杆，伸缩杆通过伸缩杆连接孔位32与连接板连接，从而能够带动安装架上升或下降，当伸缩杆收缩时能够带动从动轮25及从动轴26上升，使从动轮25与主动轮在径向上的相对位置发生改变，操作人员可以在从动轮移开后向试验轮组的放置空间中放入待试验轴承钢球。

技术人员使用本发明中的轴承钢球试验台10时，先通过上升安装架来使从动轮25远离从动轮，然后再调整从动轴26与轴承301的安装位置，随后将轴承钢球对应放置在左侧试验轮组和右侧试验轮组中，下降安装架，直到被试验轴承钢球与三个摩擦轮的滚道均可靠接触。开始试验时，启动变频电机14来带动两主动轴转动，从而带动主动轮中的摩擦轮与轴承钢球27摩擦，为避免启动时轴承钢球27与从动轮25打滑，作为辅助启动驱动机构的高速电机13也会启动，依靠高速电机13提供给从动轴26一个启动转矩，当从动轮25与轴承钢球27之间的摩擦力足以带动从动轮25转动时，高速电机13不再提供给从动轴26转矩，在从动轴26上套设有用于获取中间从动轴26转矩信息的转矩传感器15。

主动轮及从动轮25与轴承钢球27进行长时间的摩擦来获得一组试验数据，然后停机并调整轴承301与从动轴26的安装位置，再进行下一组试验。通过这种方式得到多组试验数据，每次试验时轴承钢球与两主动轮及从动轮的接触位置不同，保证了在试验时轴承钢球能够随机滚滑。

除了上述实施例1中所提供的技术方案，本发明中轴承钢球试验台还可以采用以下实施例中提供的技术方案：

本发明中轴承钢球试验台的实施例2：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中的机架上设置有用于支撑主动轴的轴承座，主动轴通过螺钉与轴承座中轴承的内圈连接，且主动轴上具有多个螺孔可供操作人员来调整主动轴与轴承的安装位置。操作人员通过调整主动轴的安装位置可以实现使试论轮组中的主动轮沿轴向移动。在其他实施例中，一个试验轮组中的全部主动轮与从动轮均可以采用实施例1及实施例2中提供的调整轴向位置的方法；也可以是仅主动轮或其中一个主动轮与一个从动轮轴向位置可调。

本发明中轴承钢球试验台的实施例3：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中作为轮轴的从动轴轴向位置不可调，操作人员可以使用工具来直接对从动轮中的摩擦轮施加轴向作用力，使摩擦轮沿着轮轴的轴向移动一个微小的距离，从而实现摩擦轮轴向位置的调整，本方案也可以用于调整主动轮与主动轴的安装位置。

本发明中轴承钢球试验台的实施例4：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中从动轮的摩擦轮及轮轴不可以在轮轴的径向方向上移动，技术人员在放置轴承钢球时，先将轴承钢球直接放置在试验轮组的安装空间中，然后再将已经夹住轴承钢球的试验轮组统一安装到主动轴及从动轴上。

本发明中轴承钢球试验台的实施例5：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中同一个试验轮组中的主动轮，或不同试验轮组中的主动轮通过传动机构例如带传动共用一个旋转驱动机构，操作人员可以通过调整传动链的传动比实现不同主动轮具有不同转速的目的。

本发明中轴承钢球试验台的实施例6：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中主动轮中摩擦轮直接止转装配在旋转驱动机构例如电机的输出轴上，输出轴作为主动轮中摩擦轮的轮轴，此时两旋转驱动机构之间需要具有较大的间距来实现两旋转驱动机构的布置。

本发明中轴承钢球试验台的实施例7：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中，在对低转速运动条件下的轴承钢球进行试验时，旋转驱动机构及辅助启动驱动机构可以采用液压马达、气压马达等，不局限于采用电机的方案。在其他实施例中，从动轴还可以不连接辅助启动驱动机构，而是仅在轴承钢球的摩擦力作用下随轴承钢球转动，此时也无需布置挠性联轴器等结构。

本发明中轴承钢球试验台的实施例8：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中摩擦副包括三个主动轮及一个从动轮，三个主动轮以V形的方式布置，从动轮布置在三个主动轮之间。三个主动轮分为左侧主动轮、中间主动轮及右侧主动轮，从动轮与左侧主动轮及中间主动轮构成了一个左侧试验轮组，从动轮与右侧主动轮及中间主动轮构成了一个右侧试验轮组，每个试验轮组中均放置有一个轴承钢球。其中，每个主动轮均独立连接有驱动其转动的旋转驱动机构，从动轮连接有辅助启动驱动机构。

本发明中轴承钢球试验台的实施例9：与上述实施例的不同之处在于，本实施例中摩擦副包括两个主动轮和两个从动轮，两个主动轮分别为左右方向布置的左侧主动轮和右侧主动轮，两个从动轮分别为沿着上下方向布置的前侧从动轮和后侧从动轮，两主动轮轴心连线与两从动轮轴心连线垂直。前侧从动轮位于两主动轮的上方，后侧从动轮位于两主动轮的下方。其中，左侧主动轮，右侧主动轮以及前侧从动轮的轴心连线构成一个上侧三角形，左侧主动轮，右侧主动轮以及后侧从动轮的轴心连线构成一个下侧三角形。两个三角形空间内分别安装有轴承钢球。其中，每个主动轮均独立连接有驱动其转动的旋转驱动机构，从动轮连接有辅助启动驱动机构。

本发明中轴承钢球试验台的实施例10：与上述实施例的不同之处在于，用于支撑从动轮中轮轴两端的两个轴承座，能够沿着从动轮中摩擦轮的径向方向上可调地安装在机架上。机架上设置有沿径向方向延伸的立柱，轴承座吊装在立柱上，且在轴承座与立柱之间还设置有锁定结构来保证轴承座在调整到位后与立柱处于相对确定的位置，操作人员想要调整从动轴的径向位置时可以直接调整轴承座，使轴承座移动时带着从动轴及其上的摩擦轮移动。

本发明中轴承钢球试验台的实施例11：与上述实施例的不同之处在于，在辅助启动驱动机构的输出轴上安装有止转套，而从动轮的轮轴从另一端插入到止转套内，止转套能够同时与辅助启动驱动机构的输出轴及轮轴止转配合，从而将转矩传递给轮轴，同时轮轴与止转套止转配合，但是在轴向方向上是相对自由的，能够沿着止转套的轴线方向移动，在调整从动轮时，转动套不会在轴向上干涉从动轮轮轴的移动。

以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.轴承钢球试验台，其特征在于，包括：

机架；

旋转驱动机构；

摩擦副，包括：至少三个转动轮，各转动轮均包括轮轴及止转设置在对应轮轴上的摩擦轮，各转动轮的轮轴轴线平行；

多个转动轮中有三个以各自转动中心对应于三角形的三个顶点的方式布置而构成试验轮组；构成试验轮组的三个转动轮的摩擦轮轮面上均设置有与待试验轴承钢球匹配的滚道，且三个转动轮的摩擦轮之间围成用于放置待试验轴承钢球的放置空间；

构成试验轮组的三个转动轮中，至少有一个的摩擦轮轴向可调的安装在对应轮轴上，和/或至少一个的轮轴轴向可调的安装在机架上，而能使其上的摩擦轮相对其他转动轮上的摩擦轮在轴向偏移，以改变待试验轴承钢球与转动轮的接触位置；

试验轮组的三个转动轮中，有两个为被旋转驱动机构带动转动的主动轮，另一个为从动轮；两个主动轮转动时可带动处于放置空间中的待试验轴承钢球滚动进而带动从动轮转动。

2.根据权利要求1所述的轴承钢球试验台，其特征在于，构成试验轮组的三个转动轮中，从动轮在轴向上可调。

3.根据权利要求2所述的轴承钢球试验台，其特征在于，轴承钢球试验台还包括支撑从动轮的轮轴的轴承座，从动轮的轮轴可轴向移动的安装在轴承座内。

4.根据权利要求3所述的轴承钢球试验台，其特征在于，支撑从动轮轮轴的轴承座均固定安装于安装架上，安装架在从动轮的径向上可移动的安装在机架上，而在带动从动轮径向移开时，形成用于向放置空间中放入待试验轴承钢球的空间。

5.根据权利要求1或2所述的轴承钢球试验台，其特征在于，构成试验轮组的三个转动轮中，有至少一个在径向上可移动的安装在机架上，而在径向移开时，形成用于向放置空间中放入待试验轴承钢球的空间。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的轴承钢球试验台，其特征在于，从动轮传动连接有辅助启动驱动机构，为从动轮提供启动转矩。

7.根据权利要求6所述的轴承钢球试验台，其特征在于，从动轮与辅助启动驱动机构之间连接有挠性联轴器，以补偿从动轮的轮轴在轴向上的偏移。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的轴承钢球试验台，其特征在于，主动轮有三个，从动轮有一个，且三个主动轮中相邻的两个分别与从动轮构成两个试验轮组。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的轴承钢球试验台，其特征在于，主动轮和从动轮均有两个，且两个从动轮处于两个主动轮的转动中心连线的两侧，且两个主动轮分别与处于中心连线两侧的从动轮构成两个试验轮组。

10.根据权利要求1-3任意一项所述的轴承钢球试验台，其特征在于，所述旋转驱动机构与主动轮的数量相等，并带动对应的主动轮转动。

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