CN113063592A - 一种轴承组系统可靠性试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承组系统可靠性试验台，该轴承组系统可靠性试验台，包括轴承组试验系统、预紧力调节系统、主轴驱动系统、载荷模拟加载系统、测试系统和冷却系统，所述轴承组试验系统包括地坪铁、轴系底座、转轴、前轴承端盖、前轴承座、后轴承压盖、后轴承座、后轴承端盖和被测轴承组；本发明通过轴向加载和径向加载，能够实现模拟轴承组在实际工作过程中所承受不同方向和大小的载荷，同时提供了在轴承组非均匀预紧力条件下，测试轴承组回转精度、刚度、温升等可靠性试验的基础；可以评估某一特定条件下轴承组的工作特性，为其设计改进及应用提供试验依据，机构设计合理，便于试验数据采集，节约试验测试成本。

Description

一种轴承组系统可靠性试验台

技术领域

本发明涉及机械试验设备领域，涉及一种应用于轴承组系统的性能评估及故障诊断的试验台装置，尤其是在轴承组非均匀预紧力条件下，测试轴承组的回转精度、刚度、温升等性能。

背景技术

轴承作为的核心支撑部件，其结构、布置形式、润滑方式和体积大小决定主轴的最高转速和承载能力的大小；角接触球轴承作为目前最为常用的主轴支撑部件，在实际应用中，可以根据轴承的实际应用环境来调整轴承的组配方式；预紧力过大会导致轴承发热量增大、温升高，严重影响轴承的使用寿命，而且由于轴承所受力是非均匀的，其产生的位移及热量也是非均匀的，因此轴承在检测时应该对其施加非均匀的预紧力。

轴承组系统可靠性试验是对轴承的性能进行检测，获得数据，从而对轴承的性能和可靠性进行分析，传统的可靠性试验台无法检测轴承在非均匀预紧力下的工作特性，导致实验结果存在误差，影响正常的轴承生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承组系统可靠性试验台，在轴承组非均匀预紧力条件下对轴承组进行回转精度、刚度、温升等性能测试试验。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种轴承组系统可靠性试验台，包括轴承组试验系统、预紧力调节系统、主轴驱动系统、载荷模拟加载系统、测试系统和冷却系统，所述预紧力调节系统安装在轴承组试验系统内部并能够对检测轴承施加非均匀预紧力，所述主轴驱动系统与轴承组试验系统相连接并能够对试验台运行提供动力，所述载荷模拟加载系统设置在轴承组试验系统外部并对轴承施加模拟载荷，所述测试系统安装在轴承组试验系统内部和外部并采集温升和位移数据，所述冷却系统能够实现对轴承组试验系统的冷却。

在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

在一种可选方案中：所述轴承组试验系统包括地坪铁、轴系底座、转轴、前轴承端盖、前轴承座、后轴承压盖、后轴承座、后轴承端盖和被测轴承组，所述轴系底座为凹形结构并通过T型螺母和螺栓固定安装在地坪铁上，所述前轴承座和后轴承座通过法兰盘与轴系底座端面进行锁紧，所述前轴承端盖和后轴承端盖通过螺栓分别与前轴承座和后轴承座相连接，所述后轴承压盖安装在轴系底座内侧端面，所述被测轴承组由轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ和轴承Ⅳ组成，所述被测轴承组安装在转轴上。

在一种可选方案中：所述预紧力调节系统包括前轴承预紧端盖、压电促动器、预紧力传感器、压电促动器支架和内六角平端紧定螺钉，所述压电促动器支架内部安装有四个压电促动器，所述压电促动器顶部与轴承Ⅱ外圈端面相接触，所述压电促动器尾部安装有预紧力传感器，所述压电促动器支架与前轴承座采用间隙配合并与前轴承预紧端盖通过螺栓固定连接，所述前轴承预紧端盖通过螺栓与轴系底座端面固定连接。

在一种可选方案中：所述主轴驱动系统包括电主轴、强力刀柄、V型抱夹机构上盖、V型抱夹机构底座和联轴器，所述V型抱夹机构底座通过T型螺母和螺栓固定在地坪铁上，所述电主轴安装在V型抱夹机构底座内部并通过V型抱夹机构上盖进行压紧，所述电主轴与强力刀柄相连接，所述电主轴能够通过联轴器将动力输出至轴承组试验系统。

在一种可选方案中：所述载荷模拟加载系统是由径向加载装置、轴向加载装置、升降台底座、升降台和加载单元组成，所述轴向加载装置包括轴向加载电动缸、轴向加载电动缸支架、轴向力传感器底座、轴向加载头和轴向力传感器，所述径向加载装置包括径向加载电动缸、径向加载电动缸支架、径向力传感器底座、径向力传感器和径向加载头，所述轴向加载电动缸安装在电动缸支架上，所述轴向加载电动缸前端通过螺栓连接安装有轴向力传感器底座，所述轴向加载头通过螺纹和端面接触安装在轴向力传感器上，所述径向加载装置安装形式同轴向加载装置。

在一种可选方案中：所述加载单元通过ER筒夹和强力刀柄锁紧螺帽与转轴相连，所述升降台设置于加载单元下端并为加载单元提供支撑，所述径向加载装置与轴向加载装置加载方向应保持垂直安装。

在一种可选方案中：所述测试系统包括温度传感器组件、电涡流位移传感器组件和电涡流位移传感器支架，所述四个温度传感器Ⅰ通过螺栓连接均匀安装在前轴承端盖上，所述温度传感器Ⅰ与轴承Ⅰ之间设置有弹簧，所述四个温度传感器Ⅱ均匀安装在后轴承端盖上，所述温度传感器Ⅱ与轴承Ⅳ之间设置有弹簧，所述电涡流位移传感器支架固定安装在前轴承端盖上，所述电涡流位移传感器Ⅰ和电涡流位移传感器Ⅱ通过两个六角螺母安装在电涡流位移传感器支架上。

在一种可选方案中：所述冷却系统包括水冷机、前轴承冷却液入口接头、后轴承冷却液入口接头、前轴承冷却液出口接头和后轴承冷却液出口接头，所述水冷机安装在地坪铁上，所述冷却液入口接头、后轴承冷却液入口接头、前轴承冷却液出口接头和后轴承冷却液出口接头均安装在轴系底座上。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

轴承组系统可靠性试验台适用于不同型号、不同配置的轴承组的可靠性试验，能够通过控制预紧力调节系统对轴承组施加非均匀预紧力，在非均匀预紧力条件下对轴承组进行回转精度、刚度、温升等性能测试；试验减少了安装过程中的调节步骤，解决了现有轴承试验台安装步骤复杂、精度低等问题。

附图说明

图1为轴承组系统可靠性试验台的结构示意图。

图2为轴承组系统可靠性试验台中的轴承组试验系统轴测图。

图3为轴承组系统可靠性试验台中的轴承组试验系统右视图。

图4为轴承组系统可靠性试验台中的轴承组试验系统左视图。

图5为轴承组系统可靠性试验台中的轴承组试验系统A-A整体剖视图。

图6为轴承组系统可靠性试验台中的电涡流位移传感器与支架安装方式图。

图7为轴承组系统可靠性试验台中的前轴承座轴测图。

图8为轴承组系统可靠性试验台中的主轴驱动系统中电主轴、强力刀柄、抱夹机构和联轴器装配轴测图。

图9为轴承组系统可靠性试验台中的载荷模拟加载系统径向加载和轴向加载配置方式轴测图。

图10为轴承组系统可靠性试验台中的加载系统轴向加载电动缸、轴向加载电动缸支架、轴向力传感器底座、轴向力传感器和轴向加载头安装轴测图。

图11为轴承组系统可靠性试验台中的加载单元与升降台支撑安装示意图。

图12为轴承组系统可靠性试验台中的试验原理图。

附图标记注释：1-轴向加载电动缸、2-轴向加载电动缸支架、3-径向加载电动缸、4-径向加载电动缸支架、5-水冷机、6-轴系底座、7-联轴器、8-强力刀柄、9-电主轴、10-V型抱夹机构上盖、11-V型抱夹机构底座、12-控制柜、13-地坪铁、14-升降台底座、15-升降台、16-加载单元、17-磁力表座、18-千分表、19-ER筒夹、20-强力刀柄锁紧螺帽、21-转轴、22-电涡流位移传感器、23-电涡流位移传感器支架、24-温度传感器Ⅰ、25-前轴承端盖、26-前轴承座、27-前轴承冷却液入口接头、28-轴系起重吊环、29-前轴承冷却液出口接头、30-前轴承预紧端盖、31-后轴承压盖、32-后轴承冷却液入口接头、33-后轴承冷却液出口接头、34-后轴承座、35-后轴承端盖、36-温度传感器Ⅱ、37-径向锁紧螺母Ⅰ、38-前轴承锁紧衬套、39-轴承Ⅰ、40-O型密封圈、41-前轴承内衬套、42-前轴承外衬套、43-轴承Ⅱ、44-压电促动器、45-预紧力传感器、46-压电促动器支架、47-内六角平端紧定螺钉、48-轴承Ⅲ、49-后轴承内衬套、50-后轴承外衬套、51-轴承Ⅳ、52-后轴承锁紧衬套、53-径向锁紧螺母Ⅱ、54-电涡流位移传感器Ⅱ、55-抱夹机构起重吊环、56-轴向力传感器底座、57-轴向力传感器、58-轴向加载头、59-径向力传感器底座、60-径向力传感器、61-径向加载头。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种轴承组系统可靠性试验台，包括轴承组试验系统、预紧力调节系统、主轴驱动系统、载荷模拟加载系统、测试系统和冷却系统，所述预紧力调节系统安装在轴承组试验系统内部并能够对检测轴承施加非均匀预紧力，所述主轴驱动系统与轴承组试验系统相连接并能够对试验台运行提供动力，所述载荷模拟加载系统设置在轴承组试验系统外部并对轴承施加模拟载荷，所述测试系统安装在轴承组试验系统内部和外部并采集温升和位移数据，所述冷却系统能够实现对轴承组试验系统的冷却。

如图2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述轴承组试验系统包括地坪铁13、轴系底座6、转轴21、前轴承端盖25、前轴承座26、后轴承压盖31、后轴承座34、后轴承端盖35和被测轴承组；轴系底座6设计成凹形结构，截面做成“工”字结构，抗弯性能比较强，顶部铣出平面，便于冷却水道定位以及前轴承座26和后轴承座34的拆卸；前后两端轴承座孔采用一体式加工方式，保证其同轴度以及轴向间距；顶部装有两个轴系起重环28，便于安装移动；轴系底座6可通过底部的六个光孔与T型螺母和螺栓装配固定在地坪铁13上，所述前轴承座26和后轴承座34分别安装在轴系底座6前端和后端安装孔内，采用过盈配合，并通过法兰盘与轴系底座6端面进行锁紧，前轴承座26和后轴承座34要保证其轴心线重合，轴承孔加工时留有一定余量，将其安装在轴系底座6固定后，再同时进行精镗，可保证两轴承孔的同轴度；所述前轴承端盖25和后轴承端盖35通过螺栓分别与前轴承座26和后轴承座34相连接，所述后轴承压盖31安装在轴系底座6内侧端面。

如图5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述被测轴承组是由轴承Ⅰ39、轴承Ⅱ43、轴承Ⅲ48、轴承Ⅳ51采用串联背靠背的形式安装在转轴21上，并与轴承座采用过盈配合，安装过程中通过径向锁紧螺母Ⅰ37、径向锁紧螺母Ⅱ53、前轴承锁紧衬套38、后轴承锁紧衬套52施加压力来改变内外衬套的高度差，并以此来调节轴承组的初始安装预紧力，所述被测轴承组采用高级润滑脂进行润滑。

如图5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述预紧力调节系统包括前轴承预紧端盖30、压电促动器44、预紧力传感器45、压电促动器支架46和内六角平端紧定螺钉47，所述压电促动器支架46可均布安装四个压电促动器44，所述压电促动器44顶部与轴承Ⅱ43外圈端面相接触，所述压电促动器44尾部安装有预紧力传感器45，并通过后端的内六角平端紧定螺钉47限制其位移量同时提供初始的安装预紧力；所述压电促动器支架46与前轴承座26采用间隙配合并与前轴承预紧端盖30通过螺栓固定连接，所述前轴承预紧端盖30通过螺栓与轴系底座6端面固定连接。

如图5所示，作为本发明的一种优选实施例，所述轴承组试验系统和预紧力调节系统主要部件安装与拆卸步骤如下：

1）首先将前轴承座26和后轴承座34安装在轴系底座6上，并精镗两个轴承座孔，以此来保证同轴度；

2）将压电促动器44和预紧力传感器45放置在压电促动器支架46中，再与前轴承预紧端盖30进行连接，并通过内六角平端紧定螺钉47固定压电促动器44，然后安装在轴系底座6前端内测；后轴承压盖31安装在轴系底座后端内测；

3）依次将轴承Ⅲ48、后轴承内衬套49、后轴承外衬套50、轴承Ⅳ51、后轴承锁紧衬套52安装在转轴21上，并通过径向锁紧螺母锁紧Ⅱ53；

4）将转轴21从后轴承座34穿入，使轴承Ⅲ48外圈端面与后轴承压盖31端面接触，达到安装位置；

5）依次将轴承Ⅱ43、前轴承内衬套41、前轴承外衬套42、轴承Ⅰ39、前轴承锁紧衬套38安装在转轴21上，并通过径向锁紧螺母Ⅰ37锁紧；

6）最后将前轴承端盖25和后轴承端盖35分别安装在轴系底座6前端外侧和后端外侧；

7）拆卸顺序与安装顺序相反，依次进行拆卸，所述轴承组试验系统安装完成后，可通过千分表18来检测转轴21的跳动量，并进行校正。

如图8所示，作为本发明的一种优选实施例，所述主轴驱动系统包括电主轴9、强力刀柄8、V型抱夹机构上盖10、V型抱夹机构底座11和联轴器7，所述V型抱夹机构底座11通过T型螺母和螺栓固定在地坪铁13上，所述电主轴9安装在V型抱夹机构底座11内部并通过V型抱夹机构上盖10进行压紧；所述电主轴9与强力刀柄8相连接，并通过联轴器7将动力输出至轴承组试验系统；使用激光对中仪将电主轴9与转轴21的轴心线相重合，保证动力传输过程中的稳定性，减少对轴承试验系统的干扰因素。

如图9-11所示，作为本发明的一种优选实施例，所述载荷模拟加载系统是由径向加载装置、轴向加载装置、升降台底座14、升降台15和加载单元16组成，所述轴向加载装置包括轴向加载电动缸1、轴向加载电动缸支架2、轴向力传感器底座56、轴向加载头58和轴向力传感器57，所述径向加载装置包括径向加载电动缸3、径向加载电动缸支架4、径向力传感器底座59、径向力传感器60和径向加载头61，所述轴向加载电动缸1安装在轴向加载电动缸支架2上，所述轴向加载电动缸1前端通过螺栓连接安装有轴向力传感器底座56，所述轴向加载头58通过螺纹和端面接触安装在轴向力传感器57上，所述径向加载装置安装形式同轴向加载装置。

如图9-11所示，作为本发明的一种优选实施例，所述加载单元16通过ER筒夹19和强力刀柄锁紧螺帽20与转轴21相连，所述升降台15设置于加载单元16下端并为加载单元16提供支撑，所述径向加载装置与轴向加载装置加载方向应保持垂直安装，可通过控制径向加载和轴向加载力的大小来实现合力大小和方向的改变，从而达到施加模拟载荷的效果。

如图7所示，作为本发明的一种优选实施例，所述测试系统包括温度传感器组件、电涡流位移传感器组件和电涡流位移传感器支架23，所述前轴承端盖25和后轴承端盖35分别通过螺纹连接均匀安装四个温度传感器Ⅰ24和四个温度传感器Ⅱ36，其中温度传感器尾部的弹簧将其前端与轴承Ⅰ39和轴承Ⅳ51外圈端面紧紧压在一起，时刻保持接触，能够准确测量轴承Ⅰ39和轴承Ⅳ51外圈的温度值。

如图4-6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述电涡流位移传感器支架23固定安装在前轴承端盖25上，所述电涡流位移传感器Ⅰ22和电涡流位移传感器Ⅱ54通过两个六角螺母安装在电涡流位移传感器支架23上，保持垂直安装，并与转轴21保持2-3mm的直线距离；通过两个电涡流位移传感器可测得转轴的回转轨迹，并以此来评估回转精度性能；同时也能够结合载荷数据计算轴承组系统的径向刚度。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述冷却系统包括水冷机5、前轴承冷却液入口接头27、后轴承冷却液入口接头32、前轴承冷却液出口接头29和后轴承冷却液出口接头33，前轴承座26和后轴承座34表面均设有循环冷却水槽，与轴系底座6冷却液的进出口对应安装，且两端设有O型密封槽并装有O型密封圈40，防止冷却液流出，实现密封效果，水冷机5提供冷却液，前后轴承组冷却采用并联的方式，冷却液通过前轴承冷却液入口接头27和后轴承冷却液入口接头32分别流入循环冷却水槽，最终通过前轴承冷却液出口接头29和后轴承冷却液出口接头33流回水冷机5，形成冷却循环，实现对轴承组系统进行冷却。

如图12所示，作为本发明的一种优选实施例，在计算机控制系统的控制下，主轴驱动系统提供动力，预紧力调节系统施加非均匀预紧力，载荷模拟加载系统施加模拟载荷，冷却系统进行冷却，测试系统采集温升和位移数据。最终通过采集的数据对轴承组进行可靠性评估。

本发明的效益

本发明提出将前后轴承座安装在轴系底座上再进行精镗的方案，能够保证同轴度，同时还能够减少安装过程中的调节步骤，解决了现有轴承试验台安装步骤复杂、精度低等问题。

本发明根据轴承组的实际工况和运转特点，研制一种轴承组系统可靠性试验台，载荷模拟加载采用径向力和轴向力加载协同控制方法，根据不同载荷试验得到的载荷谱进行力的施加控制，同时利用力传感器测得实际加载力的大小，实时反馈给控制系统，形成闭环控制实现加载力的精准控制，以实现模拟轴承组模拟加工时的径向载荷和轴向载荷，并在该试验台上进行轴承组的可靠性试验研究。

本发明可在循环水冷却的条件下，对比研究不同转速和载荷条件下轴承组性能，可以评估某一特定条件下轴承组的工作特性，并对试验轴承失效进行分析，为其设计改进及应用提供试验依据。

本发明采用高精度电主轴进行驱动，能够为轴承组系统提供高转速、震动小、回转精度高的动力源。

本发明能够通过控制预紧力调节系统对轴承组施加非均匀预紧力。

本发明的设计方案适用于不同型号、不同配置的轴承组的可靠性试验。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种轴承组系统可靠性试验台，包括轴承组试验系统、预紧力调节系统、主轴驱动系统、载荷模拟加载系统、测试系统和冷却系统，其特征在于，所述预紧力调节系统安装在轴承组试验系统内部并能够对检测轴承施加非均匀预紧力，所述主轴驱动系统与轴承组试验系统相连接并能够对试验台运行提供动力，所述载荷模拟加载系统设置在轴承组试验系统外部并对轴承施加模拟载荷，所述测试系统安装在轴承组试验系统内部和外部并采集温升和位移数据，所述冷却系统能够实现对轴承组试验系统的冷却。

2.根据权利要求1所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述轴承组试验系统包括地坪铁、轴系底座、转轴、前轴承端盖、前轴承座、后轴承压盖、后轴承座、后轴承端盖和被测轴承组，所述轴系底座为凹形结构并通过T型螺母和螺栓固定安装在地坪铁上，所述前轴承座和后轴承座通过法兰盘与轴系底座端面进行锁紧，所述前轴承端盖和后轴承端盖通过螺栓分别与前轴承座和后轴承座相连接，所述后轴承压盖安装在轴系底座内侧端面，所述被测轴承组由轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、轴承Ⅲ和轴承Ⅳ组成，所述被测轴承组安装在转轴上。

3.根据权利要求2所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述预紧力调节系统包括前轴承预紧端盖、压电促动器、预紧力传感器、压电促动器支架和内六角平端紧定螺钉，所述压电促动器支架内部安装有四个压电促动器，所述压电促动器顶部与轴承Ⅱ外圈端面相接触，所述压电促动器尾部安装有预紧力传感器，所述压电促动器支架与前轴承座采用间隙配合并与前轴承预紧端盖通过螺栓固定连接，所述前轴承预紧端盖通过螺栓与轴系底座端面固定连接。

4.根据权利要求1所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述主轴驱动系统包括电主轴、强力刀柄、V型抱夹机构上盖、V型抱夹机构底座和联轴器，所述V型抱夹机构底座通过T型螺母和螺栓固定在地坪铁上，所述电主轴安装在V型抱夹机构底座内部并通过V型抱夹机构上盖进行压紧，所述电主轴与强力刀柄相连接，所述电主轴能够通过联轴器将动力输出至轴承组试验系统。

5.根据权利要求1所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述载荷模拟加载系统是由径向加载装置、轴向加载装置、升降台底座、升降台和加载单元组成，所述轴向加载装置包括轴向加载电动缸、轴向加载电动缸支架、轴向力传感器底座、轴向加载头和轴向力传感器，所述径向加载装置包括径向加载电动缸、径向加载电动缸支架、径向力传感器底座、径向力传感器和径向加载头，所述轴向加载电动缸安装在电动缸支架上，所述轴向加载电动缸前端通过螺栓连接安装有轴向力传感器底座，所述轴向加载头通过螺纹和端面接触安装在轴向力传感器上，所述径向加载装置安装形式同轴向加载装置。

6.根据权利要求5所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述加载单元通过ER筒夹和强力刀柄锁紧螺帽与转轴相连，所述升降台设置于加载单元下端并为加载单元提供支撑，所述径向加载装置与轴向加载装置加载方向应保持垂直安装。

7.根据权利要求2所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述测试系统包括温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、电涡流位移传感器Ⅰ、电涡流位移传感器Ⅱ和电涡流位移传感器支架，四个温度传感器Ⅰ通过螺栓连接均匀安装在前轴承端盖上，四个温度传感器Ⅱ均匀安装在后轴承端盖上，所述电涡流位移传感器支架固定安装在前轴承端盖上，所述电涡流位移传感器Ⅰ和电涡流位移传感器Ⅱ通过两个六角螺母安装在电涡流位移传感器支架上。

8.根据权利要求2所述的轴承组系统可靠性试验台，其特征在于，所述冷却系统包括所述冷却系统包括水冷机、前轴承冷却液入口接头、后轴承冷却液入口接头、前轴承冷却液出口接头和后轴承冷却液出口接头，所述水冷机安装在地坪铁上，所述前轴承冷却液入口接头、后轴承冷却液入口接头、前轴承冷却液出口接头和后轴承冷却液出口接头均安装在轴系底座上。

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