CN112903291A - 一种轴承摆动刚度检测装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轴承摆动刚度检测装置及测试方法，包括芯轴，其一端与被测轴承连接，另一端连接摆动驱动机构；被测轴承内圈和芯轴刚性连接，被测轴承外圈通过连接件与固定底座连接固定，摆动驱动机构包括与芯轴活动连接的关节轴承、与关节轴承连接且安装有载荷传感器的可双向加载的直线驱动装置；芯轴一侧通过可动式测量杆安装有位移传感器。本发明利用关节轴承和直线驱动装置活动连接，使得芯轴在摆动力矩作用下摆动，通过测量杆和位移传感器测得摆动刚度，结合CAE计算利用标定块排除系统误差，极大地提高了测量精度。本发明可测量深沟球轴承、四点球轴承、双列球轴承等各类轴承在摆动力矩作用下的刚度，操作方便结果准确。

Description

一种轴承摆动刚度检测装置及测试方法
技术领域
本发明涉及轴承装置测量技术领域，尤其是一种轴承摆动刚度检测装置及测试方法。
背景技术
在转向系统及其他涡轮蜗杆传动机构中，轴系固定轴承会承受一定的弯矩。如果在弯矩作用下轴承或轴承组件摆动角度过大，即刚度过小，将引起较大的摆动位移从而造成异响，因此亟需对轴系轴承的摆动刚度进行实际测量。
目前现有的轴承刚度检测设备仅能检测轴承的纯径向刚度或纯轴向刚度，对于摆动力矩作用下的摆动刚度没有有效的测量装置。
发明内容
本发明提供了一种轴承摆动刚度检测装置及测试方法，可对各类滚动轴承进行摆动刚度的测量，排除了系统误差，提高了测量精度。
本发明采用的技术方案如下：
一种轴承摆动刚度检测装置，包括芯轴，所述芯轴一端与被测轴承连接，另一端连接摆动驱动机构；所述被测轴承内圈和所述芯轴刚性连接，所述被测轴承外圈通过连接件与固定底座连接固定，所述摆动驱动机构的结构包括与所述芯轴活动连接的关节轴承、与所述关节轴承连接且安装有载荷传感器的可双向加载的直线驱动装置；所述芯轴一侧通过可动式测量杆安装有位移传感器。
所述直线驱动装置输出端的头部通过一连接座与所述关节轴承活动连接。
所述测量杆对应于所述芯轴的一侧面上设有与芯轴外圆面配合的半圆柱面，所述测量杆底部安装在滚珠导轨上，所述测量杆上连接有测试过程中使其保持与芯轴表面沿水平方向持续接触的弹性连接件。
固定底座上设有固定所述芯轴和被测轴承的安装孔；所述被测轴承的内圈通过轴承内圈端面夹紧块与芯轴刚性连接，保证加载在芯轴上的测量载荷能完整传递至被测轴承的内圈上；所述被测轴承的外圈被轴承座、轴承座锁紧块、轴承外圈端面夹紧块刚性固定于所述固定底座上，保证轴承在承受测量载荷时外圈不发生位移。
所述载荷传感器安装在所述直线驱动装置输出端，在测量过程中直线驱动装置通过控制软件对所述载荷传感器的载荷信号进行闭环反馈控制，能以设定的加载速度和目标值进行加载。
所述直线驱动装置采用电动缸或液压缸进行正反双向加载。
一种轴承摆动刚度测试方法，包括以下步骤：
步骤一：制作与被测轴承相同外形尺寸(内径、外径和宽度)的圆环状的标定块，使用CAE方法建模，对其全量程内的理论摆动刚度进行模拟计算，得到标定块在承受摆动力矩时的理论变形位移曲线。考虑到计算时间，可以计算部分数据点，其他曲线中的数据使用内插值的方法获取，CAE计算结果可以得到标定块在承受摆动力矩时的摆动位移。
步骤二：利用轴承摆动刚度检测装置测量标定块的实际变形位移曲线；所述实际变形位移曲线在全量程内减去步骤一中CAE计算得到的标定块的理论变形位移曲线，得到测量装置在弯矩作用下的位移，即系统误差；
步骤三：利用轴承摆动刚度检测装置测量被测轴承的摆动刚度，测量时采用与步骤二中测量标定块时相同的固定工装，工装预紧力与标定时保持一致；实测曲线在全量程内扣除步骤二中得出的系统误差即可得到被测轴承的刚度曲线。
本发明的轴承刚度检测装置可测量深沟球轴承、四点球轴承、双列球轴承等各类轴承在摆动力矩作用下的刚度。
本发明的有益效果如下：
本发明通过芯轴上设置关节轴承利用关节轴承和直线驱动装置活动连接，使得芯轴在摆动力矩作用下摆动，通过测量杆和位移传感器测得摆动刚度，结合CAE计算利用标定块排除系统误差，极大地提高了测量精度。
本发明的轴承刚度检测装置可测量深沟球轴承、四点球轴承、双列球轴承等各类轴承在摆动力矩作用下的刚度，操作方便结果准确。
附图说明
图1为本发明轴承摆动刚度检测装置的结构示意图。
图2为本发明轴承摆动刚度检测装置轴承装夹部分剖面视图。
图3为本发明标定块的结构示意图。
图4为利用本发明测量方法得到的标定块实测摆动刚度位移曲线。
图5为利用本发明测量方法得到的被测轴承理论摆动刚度位移曲线及实测摆动刚度位移曲线对比图。
图中：1、固定底座2、芯轴；3、位移传感器；4、可动式测量杆；5、滚珠导轨；6、弹性连接件；7、关节轴承；8、载荷传感器；9、电动缸；10、被测轴承；11、轴承座；12、轴承座锁紧块；13、轴承外圈端面夹紧块；14、轴承内圈端面夹紧块；15、标定块。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的轴承摆动刚度检测装置，包括芯轴2，芯轴2一端与被测轴承10连接，另一端连接摆动驱动机构；被测轴承10内圈和芯轴2刚性连接，被测轴承10外圈通过连接件与固定底座1连接固定，摆动驱动机构的结构包括与芯轴2活动连接的关节轴承7、与关节轴承7连接且安装有载荷传感器8的可双向加载的直线驱动装置；芯轴2一侧通过可动式测量杆4安装有位移传感器3。
直线驱动装置输出端的头部通过一连接座与关节轴承7活动连接。
具体地，关节轴承7中的球座内的球阀通过销轴与球形连接座转动连接，直线驱动装置输出端正反向加载，通过球形连接座向芯轴2端部的关节轴承7传递反复推拉，从而使芯轴2在弯矩作用下发生摆动。
作为一种实施形式，测量杆4对应于芯轴2的一侧面上设有与芯轴2外圆面配合的半圆柱面，测量杆4底部安装在滚珠导轨5上，测量杆4上连接有测试过程中使其保持与芯轴1表面沿水平方向持续接触的弹性连接件6。
具体地，半圆柱面保证测量杆4和芯轴2间紧密贴合，通过半圆柱面的配合，避免芯轴2上下晃动对测量造成影响，测量杆4另一侧的平面与位移传感器3的测头相接触，在测量时可得到芯轴2在水平方向的摆动位移。
具体地，滚珠导轨5安装在固定底座1上。
具体地，弹性连接件6采用弹性绳或拉伸弹簧件等，采用弹簧件，将其一端连接在测量杆4上，另一端固定在固定底座1上。或者采用弹性绳，直接将测量杆4与芯轴2用较小的力缠绕在一起。
通过弹性连接件6的作用，芯轴2摆动过程中始终和测量杆4贴合，滚珠导轨5保证测量杆4在水平方向上的自由移动。
作为一种实施形式，固定底座1上设有固定芯轴2和被测轴承10的安装孔；
作为一种实施形式，如图2所示，被测轴承10的内圈通过轴承内圈端面夹紧块14与芯轴2刚性连接，保证加载在芯轴2上的测量载荷能完整传递至被测轴承10的内圈上；
被测轴承10的外圈被轴承座11、轴承座锁紧块12、轴承外圈端面夹紧块13刚性固定于固定底座1上。
具体地，轴承座锁紧块12和固定底座1锁紧。
作为一种实施形式，载荷传感器8安装在直线驱动装置输出端，在测量过程中直线驱动装置通过控制软件对载荷传感器8的载荷信号进行闭环反馈控制，能以设定的加载速度和目标值进行加载。
作为一种实施形式，直线驱动装置采用电动缸9或液压缸进行正反双向加载。
本实施例的轴承摆动刚度测试装置，适用于深沟球轴承、四点球轴承、双列球轴承等各类轴承在摆动力矩作用下的刚度测量，操作方便结果准确。
本实施例的轴承摆动刚度测试方法，基于上述轴承摆动刚度检测装置，包括以下步骤：
步骤一：在确定被测轴承10型号后，如图3所示，需要制作与被测轴承10相同外形尺寸(内径、外径和宽度)的圆环状的标定块15，使用CAE方法对其全量程内的理论摆动刚度进行预测(考虑到计算时间，可以计算部分数据点，其他曲线中的数据使用内插值的方法获取)，得到标定块15在承受摆动力矩时的理论变形位移曲线。
具体地，对与标准的6002深沟球轴承的外形尺寸一致的标定块进行CAE仿真，结果显示标定块在100N弯矩载荷下变形造成的位移仅为5.6μm，相对于如图4中所示的系统位移75.7μm已经足够小。
步骤二：利用轴承摆动刚度检测装置测量标定块15的实际变形位移曲线。标定块15在进行标定时放置于被测轴承10的位置进行测量。实际变形位移曲线在全量程内减去步骤本实施例的CAE计算得到的标定块15的理论变形位移曲线，得到测量装置在弯矩作用下的位移，即系统误差，需要在被测轴承的数据中减除。
此处考虑到标定块15为规则的圆环形，其有限元计算误差较小可以认为与实际值基本一致。图4所示为标定块的刚度位移曲线，可见虽然标定块的变形非常小(小于1μm)，但测量系统总的变形位移仍然达到了70μm，如果不进行修正其误差将超过总位移的5％。
步骤三：利用轴承摆动刚度检测装置测量被测轴承的摆动刚度，测量时采用与步骤二中测量标定块15时相同的固定工装，工装预紧力与标定时保持一致；实测曲线在全量程内扣除步骤二中得出的系统误差即可得到被测轴承的刚度曲线。图5为经过修正的实际测量轴承刚度曲线与理论摆动刚度位移曲线对比图，可见在±100N范围内实测摆动刚度曲线与理论值非常吻合，仅在0位置附近因为芯轴的重力而产生少量误差。

Claims (7)

1.一种轴承摆动刚度检测装置，包括芯轴(2)，其特征在于，所述芯轴(2)一端与被测轴承(10)连接，另一端连接摆动驱动机构；所述被测轴承(10)内圈和所述芯轴(2)刚性连接，所述被测轴承(10)外圈通过连接件与固定底座(1)连接固定，所述摆动驱动机构的结构包括与所述芯轴(2)活动连接的关节轴承(7)、与所述关节轴承(7)连接且安装有载荷传感器(8)的可双向加载的直线驱动装置；所述芯轴(2)一侧通过可动式测量杆(4)安装有位移传感器(3)。
2.根据权利要求1所述的轴承摆动刚度检测装置，其特征在于，所述直线驱动装置输出端的头部通过一连接座与所述关节轴承(7)活动连接。
3.根据权利要求2所述的轴承摆动刚度检测装置，其特征在于，所述测量杆(4)对应于所述芯轴(2)的一侧面上设有与芯轴(2)外圆面配合的半圆柱面，所述测量杆(4)底部安装在滚珠导轨(5)上，所述测量杆(4)上连接有测试过程中使其保持与芯轴(1)表面沿水平方向持续接触的弹性连接件(6)。
4.根据权利要求1所述的轴承摆动刚度检测装置，其特征在于，所述固定底座(1)上设有固定所述芯轴(2)和被测轴承(10)的安装孔；所述被测轴承(10)的内圈通过轴承内圈端面夹紧块(14)与芯轴(2)刚性连接；所述被测轴承(10)的外圈被轴承座(11)、轴承座锁紧块(12)、轴承外圈端面夹紧块(13)刚性固定于所述固定底座(1)上。
5.根据权利要求1所述的轴承摆动刚度检测装置，其特征在于，所述载荷传感器(8)安装在所述直线驱动装置的输出端，在测量过程中直线驱动装置通过控制软件对所述载荷传感器(8)的载荷信号进行闭环反馈控制，能以设定的加载速度和目标值进行加载。
6.根据权利要求1所述的轴承摆动刚度检测装置，其特征在于，所述直线驱动装置采用电动缸(9)或液压缸进行正反双向加载。
7.一种轴承摆动刚度测试方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的轴承摆动刚度检测装置，包括以下步骤：
步骤一：制作与被测轴承相同外形尺寸的标定块(15)，使用CAE方法建模，对其全量程内的理论摆动刚度进行模拟计算，得到标定块(15)在承受摆动力矩时的理论变形位移曲线；
步骤二：利用轴承摆动刚度检测装置测量标定块(15)的实际变形位移曲线；所述实际变形位移曲线在全量程内减去步骤一中CAE计算得到的标定块(15)的理论变形位移曲线，得到测量装置在弯矩作用下的位移，即系统误差；
步骤三：利用轴承摆动刚度检测装置测量被测轴承的摆动刚度，测量时采用与步骤二中测量标定块(15)相同的固定工装，工装预紧力与标定时保持一致；实测曲线在全量程内扣除步骤二中得出的系统误差即可得到被测轴承的刚度曲线。
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