CN112595513A - 一种一体式轴承测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体式轴承测试试验台，包括传感组件、加载系统、温度调节装置、加载装置、被试轴承组、陪试轴承组、底座、筒体、穿过筒体的可转动的中心旋转轴，中心旋转轴垂直于水平面，陪试轴承组、加载装置和被试轴承组位于筒体内且从下到上依次安装在中心旋转轴上，加载系统通过加载装置对被试轴承组施加压力，传感组件感应的信息包括被试轴承组的压力和被试轴承组所在的环境温度，温度调节装置调节被试轴承组所在的环境温度。本发明使高温测试与大推力加载相结合，试验温度和加载推力大小可调，且轴向推力不会加载在试验台架上，通过中心旋转轴进行了力的封闭，试验台整体结构紧凑，成本较低，稳定性好，工作可靠。

Description

一种一体式轴承测试试验台

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体为一种一体式轴承测试试验台。

背景技术

工程应用中，有些装备的轴承在正常工作时会承受超高温度的恶劣环境，同时也会承受较大推力的作用，如在地下两千米深进行原油勘探的深井泵设备，其推力滑动轴承在承受250℃的油温时，还会承受数十吨的大推力。在该类轴承的开发阶段，对轴承在相关恶劣环境下进行测试以检验其是否满足使用要求是必不可少的一个步骤。然而在目前加载试验台来看，很少有同时满足对轴承高温测试又能进行大推力加载的试验台。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种一体式轴承测试试验台，所述试验台使高温测试与大推力加载相结合，试验温度和加载推力大小可调，且轴向推力不会加载在试验台架上，能减轻试验台架的重量，试验台架的变形不会影响传动系统的精度，通过中心旋转轴进行了力的封闭，试验台整体结构紧凑，成本较低，稳定性好，工作可靠。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种一体式轴承测试试验台，包括传感组件、加载系统、温度调节装置、加载装置、被试轴承组、陪试轴承组、底座、筒体、穿过筒体的可转动的中心旋转轴，中心旋转轴垂直于水平面，陪试轴承组、加载装置和被试轴承组位于筒体内且从下到上依次安装在中心旋转轴上，加载系统通过加载装置对被试轴承组施加压力，传感组件感应的信息包括被试轴承组的压力和被试轴承组所在的环境温度，温度调节装置调节被试轴承组所在的环境温度。

作为上述技术方案的进一步改进：

筒体安装在底座上，筒体位于底座上方，中心旋转轴的上端通过滚动轴承安装在筒体上，中心旋转轴的下端通过滚动轴承安装在筒体或底座上，所述试验台还包括电机，电机位于底座内，电机可驱动地连接中心旋转轴的下端。

传感组件包括转矩转速传感器，转矩转速传感器位于底座内，转矩转速传感器位于中心旋转轴和电机之间。

中心旋转轴上设有通孔一，所述通孔一的一个出入口位于中心旋转轴的上端的端面上、另一个出入口位于中心旋转轴的中部的侧面上。

所述试验台还包括支撑装置，支撑装置包括浮动支撑板，浮动支撑板位于筒体内，浮动支撑板套接在中心旋转轴外，浮动支撑板位于加载装置和陪试轴承组之间，加载装置支撑在浮动支撑板上。

支撑装置还包括两组支撑架，两组支撑架分别位于中心旋转轴的两侧，支撑架下端固定安装在筒体底部，浮动支撑板的两端分别位置可调地安装在两组支撑架上。

加载装置包括加载油缸和可活动的活塞，活塞的上端衔接被试轴承组、下端位于加载油缸内，加载系统为液压加载系统，液压加载系统连通油缸内并通过往油缸内输入液体实现对活塞加压。

活塞包括一体连接的大头端和小头端，所述大头端的外径大于小头端的外径，所述大头端和加载油缸内腔间隙配合，所述小头端位于大头端的上方，所述大头端的底面、加载油缸内的底面和加载油缸的内侧面围成第一容腔，加载装置还包括压盖，压盖连接加载油缸并贴合所述小头端的外侧面，使所述小头端的外侧面、所述大头端的顶面、加载油缸的内侧面和压盖之间围成第二容腔，所述加载系统分别独立地连通第一容腔和第二容腔。

加载装置还包括连接板，活塞的顶端与连接板的下端连接，连接板的上端连接被试轴承组。

被试轴承组包括从下到上依次布置的被试轴承底座、被试轴承和推力盘。

被试轴承组还包括上关节轴承，上关节轴承的下端连接加载装置、上端连接被试轴承底座。

推力盘和中心旋转轴共转动地设置，推力盘上设有通孔二，通孔二的一端连通所述通孔一、另一端的出入口位于推力盘的底端端面上。

被试轴承浸没在油里，温度调节装置连通筒体内部并通过抽出筒体内部的油和注入油实现被试轴承的环境温度的调节。

传感组件包括压力传感组件，压力传感组件包括压力传感器和与压力传感器连接的电线，压力传感器位于通孔二内靠近被试轴承的一端，所述电线通过所述通孔二和通孔一伸出中心旋转轴。

传感组件包括位移传感组件，位移传感组件包括下凸台、上凸台和电涡流位移传感器，下凸台和被试轴承底座相对固定，上凸台和推力盘相对固定，电涡流位移传感器安装在下凸台上。

传感组件还包括多个用于冷却电涡流位移传感器的冷却液循环管。

被试轴承组还包括防转板，防转板的一端固定连接被试轴承底座、另一端和筒体相对固定。

陪试轴承组包括从下到上依次布置的下推力盘、陪试轴承和陪试轴承底座。

陪试轴承组还包括下关节轴承，下关节轴承的上端连接浮动支撑板、下端连接陪试轴承底座。

本发明的有益效果是：所述试验台不仅具有实现轴承在高温环境下的工作功能，同时又具有重载、平稳、线性可调的轴向推力功能，即所述试验台使高温测试与大推力加载相结合，且轴向推力不会加载在试验台架上，能减轻试验台架的重量，试验台架的变形不会影响传动系统的精度，通过中心旋转轴进行了力的封闭，试验台整体结构紧凑，空间合理应用，成本较低，稳定性好，工作可靠，应用价值高，采用油温调节装置将油温始终控制在所需温度范围内，通过冷却系统使部分不能承受高温的传感器能在此环境下正常使用，并通过数据采集系统对试验台内环境进行实时监测，从而给轴承测试时提供高温的工况。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的去掉底座和底座内部结构的示意图；

图3为图2的A处放大示意图；

图4为图3的B处放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

一种一体式轴承测试试验台，如图1～4所示，包括传感组件、加载系统27、温度调节装置28、数据采集控制系统29、加载装置、支撑装置、电机18、被试轴承组、陪试轴承组、底座24、筒体25和中心旋转轴11。

筒体25和底座24均具有内部容腔，筒体25安装在底座24上，筒体25位于底座24的上方。中心旋转轴11穿过筒体25、可转动地安装在筒体25上。具体的，中心旋转轴11的上端通过滚动轴承安装在筒体25上，中心旋转轴11的下端通过滚动轴承安装在筒体25或底座24上，电机18位于底座24内，电机18可驱动地连接中心旋转轴11的下端。电机18为变频电机。

中心旋转轴11垂直于水平面。中心旋转轴11上设有通孔一，所述通孔一的一个出入口位于中心旋转轴11的上端的端面上、另一个出入口位于中心旋转轴11的中部的侧面上。具体的，通孔一呈L形，通孔一包括连通的竖孔和横孔，竖孔位于中心旋转轴11的中心线上，横孔垂直于所述竖孔。所述竖孔一端的出入口位于中心旋转轴11的上端的端面上、竖孔另一端和所述横孔的一端连通，所述横孔另一端的出入口位于中心旋转轴11的侧面上。

中心旋转轴11沿着其长度方向上各处的外径不完全一致，换句话说，中心旋转轴11上设有台阶，以对安装或套接在中心旋转轴11上的部件进行限位。

陪试轴承组、支撑装置、加载装置和被试轴承组位于筒体25内且从下到上依次安装在中心旋转轴11上。

支撑装置包括浮动支撑板12和两组支撑架。两组支撑架分别位于中心旋转轴11的两侧，支撑架下端固定安装在筒体25底部，浮动支撑板12的两端分别沿着支撑架的高度方向位置可调地安装在两组支撑架上，浮动支撑板12的中心套接在中心旋转轴11上，浮动支撑板12位于加载装置和陪试轴承组之间。

加载装置支撑在浮动支撑板12上。加载装置包括都套接在中心旋转轴11外的加载油缸1、活塞2、压盖3和连接板4。加载油缸1的底部支撑在浮动支撑板12上，具体的，加载油缸1与浮动支撑板12通过间隙配合的方式使加载油缸1固定在浮动支撑板12上。加载油缸1为环形的不具有封盖的、具有内部容腔的部件，加载油缸1的开口朝上。

活塞2可活动地位于加载油缸1内，具体的，活塞2的上端衔接被试轴承组、下端位于加载油缸1内。活塞2包括一体连接的均呈环形的大头端和小头端，所述大头端的外径大于小头端的外径，所述大头端和加载油缸1内腔间隙配合，所述小头端位于大头端的上方，所述大头端的底面、加载油缸1内的底面和加载油缸1的内侧面围成第一容腔。加载油缸1上设有连通所述第一容腔的孔。

压盖3为环形，压盖3连接加载油缸1并贴合所述小头端的外侧面。具体的，压盖3的外端通过螺钉和加载油缸1的顶面连接，压盖3的内侧面贴合所述小头端的外侧面。所述小头端的外侧面、所述大头端的顶面、加载油缸1的内侧面和压盖3之间围成第二容腔。加载油缸1上设有连通所述第二容腔的孔。

活塞2的顶端与连接板4的下端连接，连接板4的上端连接被试轴承组。连接板4为环形。

需要说明的是，加载油缸1、压盖3分别与活塞2通过间隙配合的方式连接，各连接处通过耐高温的O型圈进行密封，以实现油缸的功能。活塞2与连接板4通过止口连接并用螺钉连接紧固在一起。

被试轴承组包括防转板9以及从下到上依次布置或说套接在中心旋转轴11上的上关节轴承5、被试轴承底座6、被试轴承7和推力盘8。上关节轴承5的下端与连接板4的上端连接。推力盘8的上端设有套接在中心旋转轴11上的锁紧螺母10。

上关节轴承5的下端与连接板4通过过盈配合连接，上关节轴承5的上端与被试轴承底座6通过过盈配合连接。

推力盘8通过键和锁紧螺母装配在中心旋转轴11上，即推力盘8和中心旋转轴11共转动。推力盘8的下端面接触中心旋转轴11上的台阶，实现对推力盘8的限位。推力盘8上设有通孔二，通孔二的一端连通所述通孔一、另一端的出入口位于推力盘8的底端端面上。

防转板9的一端固定连接被试轴承底座6、另一端固定连接支撑架，防转板9防止被试轴承底座6自转。

陪试轴承组包括从下到上依次布置或说套接在中心旋转轴11上的下推力盘16、陪试轴承15、陪试轴承底座14和下关节轴承13。下关节轴承13的上端连接浮动支撑板12。陪试轴承15的推力瓦支撑在下推力盘16上。

上关节轴承5和下关节轴承13起到自动调心的作用，改善零件加工误差和装配误差对轴系精度的影响。

加载系统27为液压加载系统，所述加载系统27分别独立地连通第一容腔和第二容腔。加载系统27往第一容腔和/或第二容腔内输入或输出液体实现对活塞2的加压推动和复位。较佳的，所述液体为油，即通过加载系统27为加载装置的第一容腔和第二容腔供油。

筒体25内充有油，被试轴承7和陪试轴承15浸没在油里，被试轴承7和推力盘8之间会形成油膜。

温度调节装置28连通筒体25内部并通过抽出筒体25内部的油和注入油实现被试轴承7的环境温度的调节。具体的，温度调节装置28包括加热部、冷却部、泵送装置和控制器以及多条油管，加热部和冷却部均有穿过它们的油管，加热部和冷却部分别对穿过它们的油管内的油进行加热和冷却。泵送装置将筒体25内的油输出至加热部或冷却部，以及将加热部或冷却部的油泵送至筒体25内。

传感组件包括转矩转速传感器17、压力传感组件、位移传感组件和多个温度传感器。

转矩转速传感器17位于底座24内，转矩转速传感器17位于中心旋转轴11和电机18之间。转矩转速传感器17用于测试中心旋转轴11的转速和转矩。

压力传感组件包括压力传感器19和与压力传感器19连接的电线，压力传感器19位于通孔二内靠近被试轴承7的一端，所述电线通过所述通孔二和通孔一伸出中心旋转轴11。压力传感器19用于测试被试轴承7和推力盘8之间的油膜的比压，中心旋转轴11的上端设有电刷26，所述电线连接电刷26，电刷26连接数据采集控制系统29。压力传感器19周围可设置用于冷却压力传感器19的冷却循环液管。

位移传感组件包括下凸台20、上凸台23、电涡流位移传感器21和多个冷却液循环管22。下凸台20和被试轴承底座6相对固定，上凸台23和推力盘8相对固定，电涡流位移传感器21安装在下凸台20上。位移传感组件的设置使电涡流位移传感器21能测试出被试轴承7的瓦面与推力盘8端面之间的距离，以实现对油膜厚度的测试。

冷却液循环管22用于冷却电涡流位移传感器21，多个冷却液循环管22围设在电涡流位移传感器21的外部。较佳的，通过冷却液循环管22使电涡流位移传感器21的温度低于180℃。电涡流位移传感器21的数据线通过冷却液循环管22引出。冷却液循环管22与外部冷却系统30连接，通过冷却系统30的泵送系统调节冷却液的流量来调节冷却的温度。

被试轴承底座6和被试轴承7上安装有温度传感器，具体的，被试轴承底座6和被试轴承7上开有孔，温度传感器安装在被试轴承底座6和被试轴承7开设的孔中。陪试轴承15中设有用于测试陪试轴承15推力瓦温度的温度传感器。还有用于检测筒体25中油温的温度传感器。

数据采集控制系统29用于采集和收集各个信息，所述信息包括通过温度传感器采集的被试轴承7的推力瓦的温度、陪试轴承15的推力瓦的温度、筒体25中的油温，还包括压力传感器19检测的油膜压力，还包括通过电涡流位移传感器21采集的油膜的厚度，还包括通过转矩转速传感器17采集的中心旋转轴11的转速和扭矩，还包括通过加载油缸1的供油管路的压力传感器采集的加载的推力。数据采集控制系统29将采集到的各路信号，统一显示在数据采集控制系统29界面中。

本实施例中，所述试验台的密封装置都采用耐高温的氟橡胶密封圈，所述试验台可耐最高润滑油油温250℃，油膜比压最大32兆帕。

本发明的工作原理和过程为：加载系统27为加载装置的第一容腔和第二容腔供油，油的压力分别向上传递和向下传递，油的压力向上传递给活塞2，活塞2将压力依次通过连接板4、上关节轴承5和被试轴承底座6传递到被试轴承7上，被试轴承7承受大推力，被试轴承7通过油膜将力传递给推力盘8，推力盘8传递给锁紧螺母10，锁紧螺母10将力传递给中心旋转轴11上。油的压力向下传递给加载油缸1，加载油缸1将推力传递给浮动支撑板12，浮动支撑板12将力依次传递给下关节轴承13、陪试轴承底座14、陪试轴承15和下推力盘16，下推力盘16将力传给中心旋转轴11，从而实现了推力在中心旋转轴11上的封闭，使整个试验台稳定运行。

压力传感器19检测到被试轴承7和推力盘8之间的油膜压力，并将油膜压力信息通过通孔一和通孔二中的电线引入电刷26，再经过电刷26引出，接入数据采集控制系统29。由此，在加载油道设置压力传感器19以测试加载的压力从而计算出加载的推力。

温度调节装置28用于进行加热或冷却油。当筒体25内的油温高于要求的试验油温时，则将经过冷却部冷却的油循环进入筒体25内，当筒体25内的油温低于要求的试验油温时，则将经过加热部加热的油循环进入筒体25内，如此实现被试轴承7所在环境温度的调节。

数据采集控制系统29将收集到的被试轴承7的推力瓦的温度、陪试轴承15的推力瓦的温度、筒体25中的油温、油膜压力、油膜的厚度、中心旋转轴11的转速和扭矩、加载油缸1加载的推力统一显示在数据采集控制系统29界面中。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式轴承测试试验台，其特征在于：包括传感组件、加载系统(27)、温度调节装置(28)、加载装置、被试轴承组、陪试轴承组、底座(24)、筒体(25)、穿过筒体(25)的可转动的中心旋转轴(11)，中心旋转轴(11)垂直于水平面，陪试轴承组、加载装置和被试轴承组位于筒体(25)内且从下到上依次安装在中心旋转轴(11)上，加载系统(27)通过加载装置对被试轴承组施加压力，传感组件感应的信息包括被试轴承组的压力和被试轴承组所在的环境温度，温度调节装置(28)调节被试轴承组所在的环境温度。

2.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于：传感组件包括转矩转速传感器(17)，转矩转速传感器(17)位于底座(24)内，转矩转速传感器(17)位于中心旋转轴(11)和电机(18)之间。

3.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于：所述试验台还包括支撑装置，支撑装置包括浮动支撑板(12)，浮动支撑板(12)位于筒体(25)内，浮动支撑板(12)套接在中心旋转轴(11)外，浮动支撑板(12)位于加载装置和陪试轴承组之间，加载装置支撑在浮动支撑板(12)上。

4.根据权利要求5所述的试验台，其特征在于：支撑装置还包括两组支撑架，两组支撑架分别位于中心旋转轴(11)的两侧，支撑架下端固定安装在筒体(25)底部，浮动支撑板(12)的两端分别位置可调地安装在两组支撑架上。

5.根据权利要求4所述的试验台，其特征在于：加载装置包括加载油缸(1)和可活动的活塞(2)，活塞(2)的上端衔接被试轴承组、下端位于加载油缸(1)内，加载系统(27)为液压加载系统，液压加载系统连通加载油缸(1)内并通过往加载油缸(1)内输入液体实现对活塞(2)加压。

6.根据权利要求7所述的试验台，其特征在于：活塞(2)包括一体连接的大头端和小头端，所述大头端的外径大于小头端的外径，所述大头端和加载油缸(1)内腔间隙配合，所述小头端位于大头端的上方，所述大头端的底面、加载油缸(1)内的底面和加载油缸(1)的内侧面围成第一容腔，加载装置还包括压盖(3)，压盖(3)连接加载油缸(1)并贴合所述小头端的外侧面，使所述小头端的外侧面、所述大头端的顶面、加载油缸(1)的内侧面和压盖(3)之间围成第二容腔，所述加载系统(27)分别独立地连通第一容腔和第二容腔。

7.根据权利要求7所述的试验台，其特征在于：被试轴承组包括从下到上依次布置的被试轴承底座(6)、被试轴承(7)和推力盘(8)。

8.根据权利要求10～12任一所述的试验台，其特征在于：被试轴承(7)浸没在油里，温度调节装置(28)连通筒体(25)内部并通过抽出筒体(25)内部的油和注入油实现被试轴承(7)的环境温度的调节。

9.根据权利要求13所述的试验台，其特征在于：传感组件包括压力传感组件，压力传感组件包括压力传感器(19)和与压力传感器(19)连接的电线，压力传感器(19)位于通孔二内靠近被试轴承(7)的一端，所述电线通过所述通孔二和通孔一伸出中心旋转轴(11)。

10.根据权利要求10所述的试验台，其特征在于：传感组件包括位移传感组件，位移传感组件包括下凸台(20)、上凸台(23)和电涡流位移传感器(21)，下凸台(20)和被试轴承底座(6)相对固定，上凸台(23)和推力盘(8)相对固定，电涡流位移传感器(21)安装在下凸台(20)上。

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