CN112557033B - 一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承性能试验技术领域，公开了一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，包括测量和采集模块、动力模块、加载模块，所述测量和采集模块包括试样腔体、兼容夹具机构、信号采集模块，所述兼容夹具机构、信号采集系统安装于所述试样腔体内，所述试样腔体的上端通过连接轴与所述动力模块连接，所述试样腔体的下端通过加载底座与所述加载模块连接。本发明设计了蜗轮蜗杆调节机构，在进行不同型号推力球轴承试验时，无需更换拆卸夹具装置，实现传感器自动精准定位；通过六轴传感器可实现待测推力球轴承所承受法向加载和摩擦转矩的同步高精度测量；实现多参数采集，改进了轴承实验装置可研究参数单一的不足。

Description

一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台

技术领域

本发明涉及轴承性能试验技术领域，尤其涉及一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台。

背景技术

现有的推力球轴承试验平台多为装夹与测量装置、动力装置、和加载装置三个部分组成，装夹装置来实现轴承试样的固定，动力装置和加载装置来提供实验所需要的转速和法向压力，以模拟工况。

常见的轴承实验平台对于不同型号的轴承试样需要安装相对应尺寸的轴承夹具，测量轴承试样的摩擦转矩时往往采用间接测量方式。另外，现有轴承试验台对于轴承试样性能参数的研究较为单一，不能同时采集轴承试样的多种性能参数。

在轴承润滑特性试验研究时，往往需要对不同尺寸的轴承进行实验，具体试验中在更换不同型号轴承时，需要更换相对应尺寸的夹具，同时需要调整测量传感器位置以保证测量精度，试验人员拆装试样和夹具费时较多，对于轴承批量较大时效率尤为不高。

常见推力球轴承润滑特性实验研究中对轴承试样摩擦力矩采用间接测量的方式，无法实现同步直接精确测得实验轴承的法向压力和摩擦力矩，这对推力球轴承实验装置结构设计提出挑战。

温度的变化情况决定着试验中试样的性能及整个试验的总体情况，是判断轴承工作状态重要指标，热传递是轴承设计工程师和学者在研究中的重要方向。振动和声发射信号检测作为无损检测手段在机械行业里广为使用，将振动加速度信号进行fft变换得到频谱图，分析其中的高频信号可以检测出机器的微小损伤。当轴承表面产生剥离、损伤以及疲劳磨损时会产生能量，利用声发射能采集到这些能量信号，进而能间接反映出轴承内部的磨损情况。热信号、振动信号和AE信号反映了推力轴承工作状态和性能，是推力轴承试验中需要研究测量的重要参数，因此对试验平台设计方案提出了多参数测量设计要求。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台。

本发明采用的技术方案是：

一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，包括测量和采集模块、动力模块、加载模块，所述测量和采集模块包括试样腔体、兼容夹具机构、信号采集模块，所述兼容夹具机构、信号采集系统安装于所述试样腔体内，所述试样腔体的上端通过连接轴与所述动力模块连接，所述试样腔体的下端通过加载底座与所述加载模块连接。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述兼容夹具机构包括蜗轮转盘、调节蜗杆、下挡板，所述蜗轮转盘的底部与所述调节蜗杆啮合，所述蜗轮转盘上均布有若干个定心支架，所述蜗轮转盘上均匀开设有若干个与定心支架对应的限位槽，所述试样腔体的内底壁上对应开设有若干个导向槽，每个所述定心支架的一端指向蜗轮转盘的圆心、另一端连接滑块且所述滑块贯穿对应限位槽后伸入所述导向槽中，所述试样腔体的侧壁上开设有两个供调节蜗杆的两端通过的通孔，所述下挡板安装于所述试样腔体的底部，所述蜗轮转盘的下端凸轴穿过所述下挡板。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述信号采集模块包括六轴传感器、热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器，所述六轴传感器安装于所述下挡板的底部并位于所述加载底座上，所述热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器安装于所述蜗轮转盘上，且所述热电偶传感器与试样相接触。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，其中三个所述定心支架较短，作为传感器支架，所述热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器分别通过弹簧连接于传感器支架上，所述热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器分别位于所述传感器支架与试件之间。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述六轴传感器与所述加载底座之间还依次连接有连接座、推力关节轴承，所述六轴传感器底端通过螺栓连接固定于连接座，连接座底端设有台阶，所述推力关节轴承安装于连接座底端台阶内，所述推力关节轴承外圈向上与连接座相连，推力关节轴承内圈向下与加载底座连接。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述动力模块包括主轴电机、电机架、带轮、轴承、主轴箱、旋转主轴，所述主轴电机安装于所述电机架上，所述主轴电机的输出轴通过传动带与所述带轮连接，所述带轮通过轴承与所述主轴箱连接，所述主轴箱与所述旋转主轴连接，所述旋转主轴的输出端与所述连接轴连接。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述试样腔体的上、下端均开设有贯通孔，所述试样腔体的上端连接有上挡盖，所述连接轴贯穿所述上挡盖插入所述试样腔体内与试样传动连接。

进一步地，所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述加载模块包括驱动电机、大带轮、小带轮、蜗轮丝杆升降机、弹簧，所述驱动电机的输出轴与小带轮传动连接，所述小带轮通过传动带与所述大带轮传动连接，所述大带轮与所述蜗轮丝杆升降机传动连接，所述蜗轮丝杆升降机顶部设置有弹簧，所述弹簧位于所述加载底座的上下方。

本发明的优点是：

本发明设计了蜗轮蜗杆调节机构，在进行不同型号推力球轴承试验时，无需更换拆卸夹具装置，实现传感器自动精准定位；

本发明通过六轴传感器可实现待测推力球轴承所承受法向加载和摩擦转矩的同步高精度测量；

本发明可以实现包括热信号、振动信号以及声发射信号在内的多参数采集，改进了轴承实验装置可研究参数单一的不足。

附图说明

图1为本发明一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台的整体结构示意图。

图2为本发明的测量和采集模块的结构示意图。

图3为本发明的测量和采集模块的分解(爆炸)结构示意图。

图4为本发明的蜗轮转盘及定心支架的结构示意图。

图5为本发明的蜗轮转盘的结构示意图。

图6为本发明的试样腔体的结构示意图。

图7为本发明的动力模块的结构示意图。

图8为本发明的加载模块的结构示意图。

图中：动力模块1、加载模块2、测量和采集模块3、试样腔体4、连接轴5、加载底座6、蜗轮转盘7、调节蜗杆8、下挡板9、定心支架10、限位槽11、导向槽12、滑块13、通孔14、六轴传感器15、热电偶传感器16、声发射传感器17、加速度传感器18、试样19、传感器支架20、连接座21、推力关节轴承22、主轴电机23、电机架24、带轮25、轴承26、主轴箱27、旋转主轴28、上挡盖29、驱动电机30、大带轮31、小带轮32、蜗轮丝杆升降机33、弹簧34。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。

实施例1。

一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，包括测量和采集模块3、动力模块1、加载模块2，测量和采集模块3包括试样腔体4、兼容夹具机构、信号采集模块，兼容夹具机构、信号采集系统安装于试样腔体4内，试样腔体4的上端通过连接轴5与动力模块1连接，试样腔体4的下端通过加载底座6与加载模块2连接。

进一步地，兼容夹具机构包括蜗轮转盘7、调节蜗杆8、下挡板9，蜗轮转盘7的底部与调节蜗杆8啮合，蜗轮转盘7上均布有六个定心支架10，蜗轮转盘7上均匀开设有六个与定心支架10对应的限位槽11，试样腔体4的内底壁上对应开设有六个指向圆心的导向槽12，限位槽11中线和导向槽12中线呈135°角，每个定心支架10的一端指向蜗轮转盘7的圆心、另一端连接滑块13且滑块13贯穿对应限位槽11后伸入导向槽12中，试样腔体4的侧壁上开设有两个供调节蜗杆8的两端通过的通孔14，下挡板9安装于试样腔体4的底部，蜗轮转盘7的下端凸轴穿过下挡板9。

进一步地，信号采集模块包括六轴传感器15、热电偶传感器16、声发射传感器17、加速度传感器18，六轴传感器15安装于下挡板9的底部并位于加载底座6上，热电偶传感器16、声发射传感器17、加速度传感器18安装于蜗轮转盘7上内，且热电偶传感器16与试样19相接触。

进一步地，热电偶传感器16、声发射传感器17、加速度传感器18间隔安装于三个定心支架10内，安装有传感器的定心支架10内设置有传感器容纳腔20。

其中三个定心支架10较短，作为传感器支架20，热电偶传感器16、声发射传感器17、加速度传感器18分别通过弹簧连接于传感器支架20上，热电偶传感器16、声发射传感器17、加速度传感器18分别位于传感器支架20与试件19之间。

进一步地，六轴传感器15与加载底座6之间还依次连接有连接座21、推力关节轴承22。

进一步地，动力模块包括主轴电机23、电机架24、带轮25、轴承26、主轴箱27、旋转主轴28，主轴电机23安装于电机架24上，主轴电机23的输出轴通过传动带与带轮25连接，带轮25通过轴承26与主轴箱27连接，主轴箱27与旋转主轴28连接，旋转主轴28的输出端与连接轴5连接。

进一步地，试样腔体4的上、下端均开设有贯通孔，试样腔体4的上端连接有上挡盖29，连接轴5贯穿上挡盖29插入试样腔体4内与试样19传动连接。

进一步地，加载模块2包括驱动电机30、大带轮31、小带轮32、蜗轮丝杆升降机33、弹簧34，驱动电机30的输出轴与小带轮32传动连接，小带轮32通过传动带与大带轮31传动连接，大带轮31与蜗轮丝杆升降机33传动连接，蜗轮丝杆升降机33顶部设置有弹簧34，弹簧34位于加载底座6的上下方。

本发明的工作流程为：本发明中，连接轴5上端与旋转主轴28底端可通过销连接，与旋转主轴28一起旋转，下端与推力球轴承试样19上端过盈连接带动推力球轴承工作，通过改变旋转主轴28转速模拟不同工况下的摩擦磨损情况。推力球轴承试样19下端面置于蜗轮转盘7上。试样腔体4上部通过螺钉固定有上挡盖29，试样腔体4下端安装有下挡板9。下挡板9通过螺栓连接固定六轴传感器15连，同时采集推力轴承试样19法向加载与旋转力矩。六轴传感器15底端通过螺栓连接固定于连接座8，连接座底端设有台阶，推力关节轴承22安装于连接座8底端台阶内，推力关节轴承22外圈向上与连接座8相连，推力关节轴承22内圈向下与加载底座6连接。推力关节轴承22具有自定心功能，在出现安装误差时仍保持法向载荷垂直。

蜗轮转盘7位于下挡板9上，且蜗轮转盘7的下端凸轴穿过下挡板9，蜗轮转盘7与调节蜗杆8配合，调节蜗杆8安装于试样腔体4上，旋转调节蜗杆8可以使蜗轮转盘7旋转，蜗轮转盘7上设有六个限位槽11，可以同时调节三个定心支架10和三个传感器支架20的位置，六个支架沿着试样腔体4的导向槽12内运动，可以实现试样19的夹紧。三个传感器支架20上分别安装有热电偶传感器16、加速度传感器18和声发射传感器17，当轴承试样19被定心支架10夹紧时，传感器敏感元件与轴承试样下圈接触，实现传感器实时精确采集热信号、振动信号和声发射信号。传感器与传感器支架20间设有弹簧，具有防冲击保护作用。在试验中信号传输到采集卡，再传输到电脑。

本发明中，动力模块采用变频调速专用三相异步电机，通过带传动来提供主轴运动所需的转速和扭矩，由旋转主轴28带动连接轴5旋转，从而带动推力球轴承试样19上端面转动，通过改变试验时的转速模拟不同工况。

本发明中，由蜗轮丝杠升降机33加弹簧34来提供试验机进行试验所需的压力。蜗轮丝杆升降机33通过驱动电机30进行驱动，驱动电机30与轮丝杆升降机33间的传动方式为带传动，当给定试验压力时，测控系统通过压力传感器获取当前压力，并通过伺服驱动器驱动电机旋转，从而使升降机上升，压缩弹簧，提供试验压力。利用弹簧储能特性，在受到干扰的情况下保持加载力的稳定。

本发明的工作原理为：

1.法向加载和摩擦转矩测量；

摩擦力信号获取：本发明装置采用试样上端旋转、下端固定的相对运动方式，试样上端旋转会在试样下端上产生一个摩擦力矩，然后通过力传递机构，产生一个当量摩擦力作用于六轴传感器上，来获得摩擦力矩信号。

载荷信号获取：试验载荷由蜗轮丝杠升降机和弹簧压缩来提供，通过在试样腔体和连接座之间安装一个六轴传传感器，载荷信号便可直接传递到六轴传感器上，本发明减小了被测试样与力传感器的距离，提高了测力的准确性和稳定性。

2.温度信号，振动信号和声发射信号。其信号获取原理如下：

温度信号获取：温度的变化情况决定着试验中试样的性能及整个试验的总体情况。本发明采用接触式测量法，即将测温仪表的敏感元件与被测对象直接接触来完成温度测量。通过将测量温度的敏感元件与推力轴承试样接触来获取温度信号。

振动与声发射信号获取：将加速度传感器与声发射传感器与轴承试样外圈接触或接近，可精确获得推力轴承试样试验中的振动信号和声发射信号，实时监测轴承试样的工作状态。

采用本发明装置进行试验，其步骤为：

1.将试样19置于试样腔体4内的蜗轮转盘5上，将连接轴5一端与轴承试样19上端面过盈配合。

2.转动调节蜗杆8，使蜗轮转盘7顺时针转动带动定心支架10运动，夹紧轴承试样19下端面，同时使热电偶传感器16、加速度传感器18和声发射传感器17与试样19下端面接触。

3.通过驱动电机30驱动蜗轮丝杆升降机33上升，带动实验腔体向上运动，使连接轴5上端与旋转主轴28连接，得到实验所需法向压力时，六轴传感器15反馈信号，停止加载。

4.通过主轴电机23带动旋转主轴28旋转，为推力球轴承试样19提供实验所需转速进行试验。

5.热电偶传感器16、加速度传感器18、声发射传感器17对轴承试样19进行实时信号采集，并传输到电脑进行记录。

6.实验结束时，停止主轴电机23旋转，待旋转主轴28完全静止时，驱动蜗轮丝杆升降机33卸载并使试样腔体4下降，更换轴承试样19继续1-5步骤。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，包括测量和采集模块、动力模块、加载模块，所述测量和采集模块包括试样腔体、兼容夹具机构、信号采集模块，所述兼容夹具机构、信号采集模块 安装于所述试样腔体内，所述试样腔体的上端通过连接轴与所述动力模块连接，所述试样腔体的下端通过加载底座与所述加载模块连接；

所述兼容夹具机构包括蜗轮转盘、调节蜗杆、下挡板，所述蜗轮转盘的底部与所述调节蜗杆啮合，所述蜗轮转盘上均布有若干个定心支架，所述蜗轮转盘上均匀开设有若干个与定心支架对应的限位槽，所述试样腔体的内底壁上对应开设有若干个导向槽，每个所述定心支架的一端指向蜗轮转盘的圆心、另一端连接滑块且所述滑块贯穿对应限位槽后伸入所述导向槽中，所述试样腔体的侧壁上开设有两个供调节蜗杆的两端通过的通孔，所述下挡板安装于所述试样腔体的底部，所述蜗轮转盘的下端凸轴穿过所述下挡板 ；

所述信号采集模块包括六轴传感器、热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器，所述六轴传感器安装于所述下挡板的底部并位于所述加载底座上，所述热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器安装于所述蜗轮转盘上，且所述热电偶传感器与试样相接触；

其中三个所述定心支架较短，作为传感器支架，所述热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器分别通过弹簧连接于传感器支架上，所述热电偶传感器、声发射传感器、加速度传感器分别位于所述传感器支架与试样 之间；

所述六轴传感器与所述加载底座之间还依次连接有连接座、推力关节轴承，所述六轴传感器底端通过螺栓连接固定于连接座，连接座底端设有台阶，所述推力关节轴承安装于连接座底端台阶内，所述推力关节轴承外圈向上与连接座相连，推力关节轴承内圈向下与加载底座连接。

2.根据权利要求1所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述动力模块包括主轴电机、电机架、带轮、轴承、主轴箱、旋转主轴，所述主轴电机安装于所述电机架上，所述主轴电机的输出轴通过传动带与所述带轮连接，所述带轮通过轴承与所述主轴箱连接，所述主轴箱与所述旋转主轴连接，所述旋转主轴的输出端与所述连接轴连接。

3.根据权利要求2所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述试样腔体的上、下端均开设有贯通孔，所述试样腔体的上端连接有上挡盖，所述连接轴贯穿所述上挡盖插入所述试样腔体内与试样传动连接。

4.根据权利要求1所述的一种可便捷拆装试样的高精度推力球轴承多参数试验平台，其特征在于，所述加载模块包括驱动电机、大带轮、小带轮、蜗轮丝杆升降机、弹簧，所述驱动电机的输出轴与小带轮传动连接，所述小带轮通过传动带与所述大带轮传动连接，所述大带轮与所述蜗轮丝杆升降机传动连接，所述蜗轮丝杆升降机顶部设置有弹簧，所述弹簧位于所述加载底座的下方。

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