CN113532857A - 一种调心滚动轴承性能试验装置及刚度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承试验技术领域，具体为一种调心滚动轴承性能试验装置及刚度测试方法，其中：主轴系统包括阶梯主轴，驱动系统驱动阶梯主轴转动；被试轴承系统包括被试轴承、轴承座主体、以及轴承外圈端盖；轴承座主体底部铰接有竖向U件，竖向U件与径向加载机构连接，径向加载机构水平移动在调心角度调整机构上；轴承外圈端盖的右端铰接有水平U件，水平U件与轴向加载机构连接；轴向加载机构竖直移动在调心角度调整机构上，通过调心角度调整机构调节被试轴承的偏转角度。此外，所采用传感器布置与计算方法实现不同偏转角度的刚度测试。本发明可以实现在对被试轴承调节调心角度同时，复合加载，受载工况环境模拟相对真实，角度调节的范围相对较大。

Description

一种调心滚动轴承性能试验装置及刚度测试方法

技术领域

本发明属于轴承试验技术领域，具体为一种调心滚动轴承性能试验装置及刚度测试方法。

背景技术

调心滚动轴承(如：调心滚子轴承等)可以实现内圈与外圈一定角度的偏转，具有自动调心功能而被广泛应用在需要一定角度或者不对中状态，而调心滚动轴承在不同角度下的性能尤其是刚度特性也表现出不一样的特性，因此需要对调心滚动轴承的不同角度状态下的性能进行试验，对其刚度进行测试。

虽然目前存在一些针对通用滚动轴承刚度测试的轴承试验机，如专利：轴承动态特性参数测试装置(CN103105296A)、一种多功能轴承测试机径向加载装置(CN110031220A)等，这些专利均是针对常规轴承的性能进行测试，不能实现轴承内外圈给定角度偏转，以及偏转状态下的轴向、径向复合加载，因此不能模拟实际偏转状态调心滚动轴承的试验性能。且现有的试验机也是针对正常状态下轴承进行刚度测试，例如专利：一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置(CN108680357A)、滚动轴承径向刚度测量装置(CN110631830A)虽然能够实现径向或者轴向载荷下对刚度测试，但不能实现轴承调心状态加载、也无法实现特定角度偏转的调心滚动轴承刚度测量，缺少能够实现调心状态刚度实验装置与方法。

综上，现有调心轴承试验依然依靠传统的试验机，而且多数试验机采用单因子变量影响，尤其是不能实现调心状态的轴承试验以及刚度测试，因此不适用调心滚动轴承的调心状态下和复合加载的试验研究，因此有必要设计一种专用调心滚动轴承试验装置，并利用其开展刚度测试，以解决上述技术中的问题。

发明内容

为解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种调心滚动轴承性能试验装置及刚度测试方法，能够有效模拟被试轴承的调心状态，实现轴向和径向的复合加载；同时利用试验装置进行刚度测试，获得不同调心状态下被试轴承的刚度。

本发明的第一个目的是提供一种调心滚动轴承性能试验装置，包括驱动系统、主轴系统、被试轴承系统、调心角度调整机构，其中：

主轴系统包括阶梯主轴，驱动系统驱动阶梯主轴转动；

被试轴承系统包括套装在阶梯主轴上的被试轴承、与被试轴承外圈配合的轴承座主体、以及分别用于压紧被试轴承外圈左右两端的轴承轴套压盖和轴承外圈端盖；轴承座主体的底部铰接有竖向U件，竖向U件与径向加载机构连接，径向加载机构水平移动在调心角度调整机构上；轴承外圈端盖的右端铰接有水平U件，水平U件与轴向加载机构连接；轴向加载机构竖直移动在调心角度调整机构上；

调心角度调整机构包括轴向角度调整组件和径向角度调整组件，轴向角度调整组件包括竖直滑道、位于竖直滑道内的竖向调节丝杠、以及与竖向调节丝杠配合的竖向螺母，竖向螺母与轴向加载机构的尾端铰接，竖向调节丝杠的一端固定有竖向调整手轮；径向角度调整组件包括水平滑道、位于水平滑道内的水平调节丝杠、以及与水平调节丝杠配合的水平螺母，水平螺母与径向加载机构的尾端铰接连接，水平调节丝杠的一端固定有水平调整手轮。

进一步的，轴承座主体的顶部对称于被试轴承两侧安装有两个径向位移传感器。

进一步的，主轴系统还包括间隔套装在阶梯主轴中间的第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承均通过轴承座与支撑系统连接，第一轴承外圈的左右两端和第二轴承外圈的左右两端均通过轴承端盖轴向固定；第一轴承为双列角接触球轴承，第二轴承为圆柱滚子轴承。

进一步的，阶梯主轴的端部设有轴肩，被试轴承内圈的左端与轴肩定位连接，被试轴承内圈的右端通过轴承内圈端盖定位连接，轴承内圈端盖与阶梯主轴末端固定连接。

进一步的，轴向加载机构包括与水平U件周向滑动连接的轴向加载杆、与轴向加载杆右端连接的轴向液压缸、以及用于固定轴向液压缸的轴向底座，轴向底座与竖向螺母铰接，轴向底座的上设有轴向液压缸偏转显示计；

径向加载机构包括与竖向U件周向滑动连接的径向加载杆、与径向加载杆下端连接的径向液压缸、以及用于固定径向液压缸的径向底座，径向底座与水平螺母铰接，径向底座上设有径向液压缸偏转显示计；

轴向加载杆的轴线上布置有轴向力测试传感器，径向加载杆的轴线上布置有径向力测试传感器。

进一步的，支撑系统设置在试验台底座上，支撑系统包括固定设置在试验台底座上的第一轴承座支撑板、第二轴承座支撑板、以及支撑拱座，第一轴承和第二轴承均通过轴承座固定在第一轴承座支撑板和第二轴承座支撑板上，轴向角度调整组件固定在支撑拱座上。

进一步的，驱动系统包括驱动电机、联轴器、和电机底座，驱动电机的输出主轴与联轴器连接，联轴器与阶梯主轴连接，驱动电机固定设置在电机底座上，电机底座固定设置在试验台底座上。

本发明的第二个目的是提供一种调心滚动轴承的刚度测试方法，

操作竖向调整手轮旋转，与竖向调整手轮固接的竖向调节丝杠同步旋转，带动竖向螺母上下移动，进而带动轴向加载机构发生偏转，轴向加载机构的轴线与阶梯主轴的轴线之间的夹角为α，α与被试轴承的偏转角与θ的关系为α≥θ；当径向液压缸跟随轴向液压缸同角度调节，且轴向液压缸收缩使被试轴承外圈中心轴线与轴向液压杆轴线重合时，α＝θ。

具体的，通过右侧径向位移传感器的测头沿被试轴承的右侧径向方向测量被试轴承内圈中心轴向线相对于右侧径向位移传感器的测头偏转后的动态径向位移变动幅值δ₂。

通过左侧径向位移传感器的测头沿被试轴承的左侧径向方向测量被试轴承内圈中心轴向线相对于左侧径向位移传感器的测头偏转后的动态径向位移变动幅值δ₁。

结合刚度公式，推导出被试轴承的刚度R关于调心角度θ的计算公式：

其中：R_r为被试轴承的径向刚度，当θ调心角度由θ₁变为θn时，R随着θ的变化由R_θ1逐渐变为R_θn；F、θ、γ、δ₂、δ₁均为实验过程中可获得的参量。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明的调心滚动轴承性能试验装置具有轴向加载机构和径向加载机构，且轴向加载机构竖直移动连接在调心角度调整机构上，径向加载机构水平移动连接在调心角度调整机构上，两者相互配合，实现调心滚动轴承的偏转角度调整，此外，在对被试轴承调节调心角度的同时，复合加载，受载工况环境模拟相对真实，角度调节的范围相对较大。

(2)本发明的调心滚动轴承性能试验装置以丝杠螺母的方式调节轴向液压缸和径向液压缸的底座的平动，导程小，且丝杠本身具有自锁性，使轴向底座和径向底座的位移可以实现随走随停。

(3)本发明的调心滚动轴承性能试验装置在轴向液压缸的底座和径向液压缸的底座上均安装有偏转显示计，可根据偏转指示数有效控制调心角度的范围，避免过调节而造成被试轴承的损坏。

(4)本发明的调心滚动轴承性能试验装置在被试轴承内圈的两侧对称布置有两个径向位移传感器，通过补偿更精确的被试轴承内圈的位移变形，调心状态的测试精度更高。

(5)本发明的调心滚动轴承的刚度测试方法结合既有理论和经验公式，并通过轴向加载机构、径向加载机构以及调心角度调整机构的复合调节作用有效的对定角度偏转的调心滚动轴承进行刚度试验，得出被试轴承的刚度值。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1(a)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的整体结构图：

图1(b)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的整体结构剖视图；

图2(a)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的驱动系统轴测图；

图2(b)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的驱动电机就结构图；

图3为本发明调心滚动轴承性能试验装置的主轴系统剖视图；

图4(a)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的被试轴承系统轴测图；

图4(b)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的被试轴承系统剖面图；

图5(a)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的支撑系统轴测图；

图5(b)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的支撑系统剖视图；

图6(a)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的加载系统结构图；

图6(b)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的加载系统加载原理图；

图7(a)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的调心角度调整机构结构图；

图7(b)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的调心角度调整机构调整原理图；

图7(c)为本发明调心滚动轴承性能试验装置的水平调整手轮、水平调节丝杠的局部放大图；

图8为本发明调心滚动轴承性能试验装置的加载系统的角度调节原理图；

图9为本发明调心滚动轴承性能试验装置的调心角度几何示意图；

其中：1-驱动系统，11-驱动电机，12-联轴器，13-电机底座，2-主轴系统，21-阶梯主轴，22-轴承座，23-轴承端盖，24-第一轴承，25-第二轴承，3-被试轴承系统，31-被试轴承，32-轴承座主体，33-轴承轴套压盖，34-轴承外圈端盖，35-轴承内圈端盖，36-右侧径向位移传感器，37-左侧径向位移传感器；4-支撑系统，41-第一轴承座支撑板，42-第二轴承座支撑爸妈，43-支撑拱座，5-加载系统，50-轴向液压缸，51-轴向加载杆，52-水平U件，53-轴向液压缸偏转显示计，54-轴向力测试传感器，55-径向液压缸，56-径向加载杆，57-竖向U件，58-竖向液压缸偏转显示计，59-径向力测试传感器，6-调心角度调整机构，61-水平滑道，62-水平调节丝杠，63-水平调整手轮，64-竖向滑道，65-竖向调节丝杠，66-竖向调整手轮，7-试验台底座。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通的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它实施例，都属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”“左”“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“设有”、“连通”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-9所示，本发明提供一种调心滚动轴承性能试验装置，包括驱动系统1、主轴系统2、被试轴承系统3、加载系统5、支撑系统4、调心角度调整机构6、以及试验台底座7，驱动系统1、主轴系统2、被试轴承系统3、加载系统5、支撑系统4、调心角度调整机构6均设置于试验台底座7上。

具体的，如图2所示，驱动系统1包括驱动电机11、联轴器12、和电机底座13，驱动电机11的输出主轴与联轴器12连接，联轴器12与主轴系统2连接，通过联轴器12将扭矩传递至主轴系统2，电机底座13的上表面和下表面分别通过紧固螺栓连接驱动电机11和试验台底座7，电机底座13上有定位销，便于驱动电机11的安装定位。通过控制驱动电机11的转速，可以控制主轴系统2的转速，进而实现被试轴承系统3的速度调节。

具体的，如图3所示，主轴系统2包括阶梯主轴21，阶梯主轴21的一端通过联轴器12与驱动电机11连接，阶梯主轴21的另一端与被试轴承系统3连接；主轴系统2还包括间隔套装在阶梯主轴21中部的第一轴承24和第二轴承25，第一轴承24和第二轴承25用于对阶梯主轴21进行定位支撑，防止其发生过大的挠度变形；第一轴承24和第二轴承25均通过轴承座22与支撑系统4固定连接；优选的，轴承座22与支撑系统4通过螺栓固定连接，支撑系统4和轴承座22对第一轴承24和第二轴承25起着固定支撑作用；第一轴承24外圈的左右两端和第二轴承25外圈的左右两端均通过轴承端盖23轴向固定，轴承端盖23压紧第一轴承24和第二轴承25的外圈防止发生脱落和窜动。优选的，第一轴承24为双列角接触球轴承，用于限制阶梯主轴21的轴向窜动，第二轴承25为圆柱滚子轴承，用于承受主轴系统1的主要载荷，且第一轴承24和第二轴承25与阶梯主轴21均为过盈配合，随着阶梯主轴21的旋转而转动。

具体的，如图4(a)和图4(b)所示，被试轴承系统3包括套装在阶梯主轴21末端的被试轴承31、与被试轴承31外圈过盈配合的轴承座主体32、以及分别用于压紧被试轴承31外圈左右两端的轴承轴套压盖33和轴承外圈端盖34；阶梯主轴21末端的端部设有轴肩，被试轴承31内圈的一端与轴肩定位连接，被试轴承31的另一端通过轴承内圈端盖35定位连接，且轴承内圈端盖35与阶梯主轴21末端固定连接，防止被试轴承31在运转过程中从阶梯主轴21上脱落；被试轴承31外圈与轴承座主体32采用基轴制过盈配合，被试轴承31内圈与阶梯主轴21采用基孔制过盈配合，以较高的预紧刚度避免被试轴承31测试过程中因瞬时过载而造成阶梯主轴-被试轴承内圈、轴承座主体-被试轴承外圈产生过大应力变形。

具体的，位于被试轴承31左侧的轴承轴套压盖33套装于阶梯主轴21上并通过螺栓紧固连接于轴承座主体32上，压紧被试轴承31的外圈左端，避免被试轴承31因轴向力的作用而产生轴向窜动；位于被试轴承31右侧的轴承外圈端盖34左侧通过螺栓紧固连接在轴承座主体32上，压紧被试轴承31外圈的右端，轴承外圈端盖34的右侧铰接于水平U件52上，水平U件52与轴向加载机构连接，通过水平U件52可以将轴向加载机构的偏转力加载于轴承座主体32上，进而使被试轴承31的外圈相对于内圈中心点产生角度偏移θ；轴承座主体32的下部铰接有竖向U件57，竖向U件57与径向加载机构连接，通过竖向U件57可以将径向加载机构的载荷作用于轴承座主体32上并传递给被试轴承的外圈，进而达到对被试轴承系统加载的目的。

具体的，轴承座主体32的顶部设有右侧径向位移传感器36和左侧径向位移传感器37，两传感器沿被试轴承31径向中心线对称排布在被试轴承31的两侧，优选的，右侧径向位移传感器36和左侧径向位移传感器37均为非接触式电涡流位移传感器；右侧径向位移传感器36的测头沿被试轴承31的右侧径向方向测量被试轴承31内圈中心轴向线相对于右侧径向位移传感器36测头偏转后的动态径向位移变动幅值δ₂；左侧径向位移传感器37的测头沿被试轴承31的左侧径向方向测量被试轴承31内圈中心轴向线相对于左侧径向位移传感器37测头偏转后的动态径向位移变动幅值δ₁。

本发明通过补偿更精确的被试轴承内圈的位移变形，调心状态的测试精度更高。

具体的，如图5(a)和图5(b)所示，支撑系统4设置在试验台底座7上，用于整体连接固定。支撑系统4包括第一轴承座支撑板41、第二轴承座支撑板42、以及支撑拱座43，第一轴承24和第二轴承25均通过轴承座22固定在第一轴承座支撑板41和第二轴承座支撑板42的上部，防止主轴系统2因工况不稳定而出现整体失稳现象，第一轴承座支撑板41和第二轴承座支撑板42的底部通过紧固螺栓和试验台底座7相连，支撑拱座43支撑调心角度调整机构6。

具体的，如图6(a)和图6(b)所示，加载系统5为液压加载系统，包括轴向加载机构和径向加载机构；轴向加载机构的轴向加载杆51的左端通过水平U件52铰接于被试轴承21的轴承外圈端盖34上，轴向加载杆51连接轴线上布置有轴向力测试传感器54，轴向加载机构的右端竖直移动在调心角度调整机构6上；径向加载机构的径向加载杆56上端布置有径向力测试传感器59，径向加载杆56通过竖向U件铰接于被试轴承座主体32上，径向加载机构的下端水平移动在调心角度调整机构6上；轴向力测试传感器54和径向力测试传感器59用于检测轴向液压缸50和径向液压缸55所施加的载荷变化；本发明具有轴向加载机构和径向加载机构，且轴向加载机构竖直移动连接在调心角度调整机构上，径向加载机构水平移动连接在调心角度调整机构上，两者相互配合，实现调心滚动轴承的偏转角度调整，此外，在对被试轴承调节调心角度的同时，复合加载，受载工况环境模拟相对真实，角度调节的范围相对较大。

具体的，轴向加载机构包括与水平U件52周向滑动连接的轴向加载杆51、与轴向加载杆51右端连接的轴向液压缸50、以及用于固定轴向液压缸50的轴向底座，轴向底座的上设有轴向液压缸偏转显示计53；径向加载机构包括与竖向U件57周向滑动连接的径向加载杆56、与径向加载杆56下端连接的径向液压缸55、以及用于固定径向液压缸55的径向底座，径向底座上设有径向液压缸偏转显示计58；轴向加载杆51和径向加载杆56用于传递来自加载系统5的加载力；轴向液压缸偏转显示计53和径向液压缸偏转显示计58均依靠连接到液压缸底部转轴的指针将液压缸的偏转量复映到刻度盘上，可根据偏转指示数有效控制调心角度的范围，避免过调节而造成被试轴承的损坏。

具体的，如图7(a)、图7(b)、图7(c)所示，调心角度调整机构6包括设置于支撑拱座43上的轴向角度调整组件、和设置于试验台底座7上的径向角度调整组件；轴向角度调整组件包括竖直滑道64、位于竖直滑道64内的竖向调节丝杠65、以及与竖向调节丝杠65末端固定连接的竖向调整手轮66，轴向加载机构与竖向调节丝杠65通过竖向螺母连接，竖向螺母与轴向加载机构的尾端铰接；支撑拱座33的上端安装上述竖直滑道64，支撑拱座33用于对轴向角度调整组件起支撑定向作用，并通过竖向调节手轮66的转动实现竖向调节丝杠的旋转，进而实现轴向加载机构尾端的上下直线平动。径向角度调整组件包括水平滑道61、位于水平滑道61内的水平调节丝杠62、以及与水平调节丝杠62末端固定连接的水平调整手轮63，径向加载机构与水平调节丝杠62通过水平螺母连接，水平螺母与径向加载机构的尾端铰接连接，通过水平调节手轮63的转动实现水平调节丝杠62的旋转，进而实现径向加载机构尾端的水平移动。本发明以丝杠螺母的方式调节轴向液压缸和径向液压缸的底座的平动，导程小，且丝杠本身具有自锁性，使轴向底座和径向底座的位移可以实现随走随停。

本发明的第二个目的是提供一种调心滚动轴承的刚度测试方法，

结合图6(b)，操作竖向调整手轮66旋转，与之固接的竖向调节丝杠65同步旋转，与竖向调节丝杠65相配合的竖向螺母带动轴向加载机构尾部发生竖向平动，轴向液压缸50随之发生偏转，其缸体轴线与阶梯主轴21轴线之间的夹角为α，α与被试轴承调心角度θ的关系为α≥θ，当径向液压缸55跟随轴向液压缸50同角度调节，且轴向液压缸50收缩使被试轴承31外圈中心轴线与轴向液压缸50轴线重合时，α＝θ。此时，试轴承调心角度θ与图示调节参量有如下关系：

其中，j是竖向调节丝杠65的动态竖向位移调节参量，d是被试轴承31中心点与轴向液压缸50尾座回转中心的水平距离，为固定值。

与此同时，径向加载机构径向加载，被试轴承的偏心复合加载被试环境形成。相同的，当水平调整手轮63旋转时，带动与之连接的水平调节丝杠62旋转，水平调节丝杠63旋转使与之相配合的径向加载机构底部水平螺母发生平动，径向液压缸随之发生偏转。

结合图8，被试轴承31的外圈相对于内圈的角度偏转和载荷的加载方式，可以通过图像直观的描述出来，当作用于被试轴承外圈的载荷作用线偏离内圈轴线一定角度时，外圈会因为倾覆力矩的作用发生偏转，内圈因过盈配合在阶梯主轴上，工作状态稳定，不会因为外圈的影响而偏转，被试轴承整体调心性能发挥，从而保证轴承的正常运转。

结合图9，右侧径向位移传感器36、左侧径向位移传感器37对称布置在被试轴承31的左右两侧；点A、B是左侧径向位移传感器37测头和右侧径向位移传感器36测头的初始位置，点A′、B′是调节角度θ后左侧径向位移传感器37和右侧径向位移传感器36的测头位置；OA是非加载条件下内圈几何中心点到左侧径向位移传感器37测头的回转半径，为初始设定的已知参量；γ是初始的左侧径向位移传感器37和和右侧径向位移传感器36测头与内圈几何中心径向线的角度值，为初始设定的已知参量；δ₁是左侧径向位移传感器37径向加载后在被试轴承31左侧测得的动态径向位移幅值；δ₂是右侧径向位移传感器36径向加载后在被试轴承31右侧测得的动态径向位移幅值；δ是被试轴承31的径向位移变动量。m是P点左侧未显示的三角形边长值，n、q分别表示OP、OT的长度。

参考经验公式，结合轴向力测试传感器54、径向力测试传感器59测得的力学性能参数可以获得被试轴承的有效刚度值。

式中：F-轴承所受负荷；

δ-轴承内外圈在相应的负荷方向上发生的弹性位移量。

结合图9，借助相似三角形几何原理，δ的计算公式如下：

将(3)式代入(2)式可得：

结合图9，关于n、q的计算公式如下：

将(5)式代入(4)式可得：

将(6)式代入(1)式可得刚度R为：

式中，F、θ、γ、δ₂、δ₁均为实验过程中可获得的参量。

综上所述，当θ调心角度由θ₁变为θn时，试轴承刚度R随着θ的变化由R_θ1逐渐变为R_θn，其具体表达为：

其中：F_r为被试轴承所受径向负荷；θ为调心轴承实时调心角度，其大小等于α；

本发明结合既有理论和经验公式，并通过轴向加载机构、纵向加载机构以及调节机构的复合调节作用有效的对定角度偏转的调心滚动轴承进行刚度试验，得出被试轴承的刚度值。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，包括驱动系统、主轴系统、被试轴承系统、调心角度调整机构，其中：

所述主轴系统包括阶梯主轴，所述驱动系统驱动所述阶梯主轴转动；

所述被试轴承系统包括套装在所述阶梯主轴上的被试轴承、与被试轴承外圈配合的轴承座主体、以及分别用于压紧所述被试轴承外圈左右两端的轴承轴套压盖和轴承外圈端盖；所述轴承座主体的底部铰接有竖向U件，所述竖向U件与径向加载机构连接，所述径向加载机构的尾部水平移动在所述调心角度调整机构上；所述轴承外圈端盖的右端铰接有水平U件，所述水平U件与轴向加载机构连接；所述轴向加载机构的尾部竖直移动在所述调心角度调整机构上；

所述调心角度调整机构包括轴向角度调整组件和径向角度调整组件，所述轴向角度调整组件包括竖直滑道、位于所述竖直滑道内的竖向调节丝杠、以及与所述竖向调节丝杠配合的竖向螺母，所述竖向螺母与所述轴向加载机构的尾端铰接，所述竖向调节丝杠的一端固定有竖向调整手轮；所述径向角度调整组件包括水平滑道、位于所述水平滑道内的水平调节丝杠、以及与所述水平调节丝杠配合的水平螺母，所述水平螺母与所述径向加载机构的尾端铰接连接，所述水平调节丝杠的一端固定有水平调整手轮。

2.根据权利要求1所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述轴承座主体的顶部对称安装有两个径向位移传感器。

3.根据权利要求2所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述主轴系统还包括间隔套装在所述阶梯主轴中间的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承均通过轴承座与支撑系统连接，所述第一轴承外圈的左右两端和第二轴承外圈的左右两端均通过轴承端盖轴向固定。

4.根据权利要求3所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述第一轴承为双列角接触球轴承，所述第二轴承为圆柱滚子轴承。

5.根据权利要求1所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述阶梯主轴的端部设有轴肩，所述被试轴承内圈的左端与所述轴肩定位连接，所述被试轴承内圈的右端通过轴承内圈端盖定位连接，所述轴承内圈端盖与所述阶梯主轴末端固定连接。

6.根据权利要求1所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述轴向加载机构包括与所述水平U件周向滑动连接的轴向加载杆、与所述轴向加载杆右端连接的轴向液压缸、以及用于固定所述轴向液压缸的轴向底座，所述轴向底座与所述竖向螺母铰接，所述轴向底座的上设有轴向液压缸偏转显示计；

所述径向加载机构包括与所述竖向U件周向滑动连接的径向加载杆、与所述径向加载杆下端连接的径向液压缸、以及用于固定所述径向液压缸的径向底座，所述径向底座与所述水平螺母铰接，所述径向底座上设有径向液压缸偏转显示计；

所述轴向加载杆的轴线上布置有轴向力测试传感器，所述径向加载杆的轴线上布置有径向力测试传感器。

7.根据权利要求3所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述支撑系统设置在试验台底座上，所述支撑系统包括第一轴承座支撑板、第二轴承座支撑板、以及支撑拱座，所述第一轴承和第二轴承均通过所述轴承座固定在所述第一轴承座支撑板和第二轴承座支撑板上，所述轴向角度调整组件固定于所述支撑拱座上。

8.根据权利要求7所述的调心滚动轴承性能试验装置，其特征在于，所述驱动系统包括驱动电机、联轴器、和电机底座，所述驱动电机的输出主轴与所述联轴器连接，所述联轴器与所述阶梯主轴连接，所述驱动电机固定设置在所述电机底座上，所述电机底座固定设置在所述试验台底座上。

9.应用权利要求2-8中任意一项所述的调心滚动轴承性能试验装置进行刚度测试方法，其特征在于，

操作竖向调整手轮旋转，与竖向调整手轮固接的竖向调节丝杠同步旋转，带动竖向螺母上下移动，进而带动轴向加载机构发生偏转，轴向加载机构的轴线与阶梯主轴的轴线之间的夹角为α，α与被试轴承的偏转角与θ的关系为α≥θ；当径向液压缸跟随轴向液压缸同角度调节，且轴向液压缸收缩使被试轴承外圈中心轴线与轴向液压缸轴线重合时，α＝θ。

10.根据权利要求9所述的刚度测试方法，其特征在于，

通过右侧径向位移传感器的测头沿被试轴承的右侧径向方向测量被试轴承内圈中心轴向线相对于右侧径向位移传感器测头偏转后的动态径向位移变动幅值δ₂；通过左侧径向位移传感器的测头沿被试轴承的左侧径向方向测量被试轴承内圈中心轴向线相对于左侧径向位移传感器测头偏转后的动态径向位移变动幅值δ₁。

提出被试轴承的刚度R关于调心角度θ的计算公式：

其中：R_r为被试轴承的径向刚度，当θ调心角度由θ₁变为θn时，R随着θ的变化由R_θ1逐渐变为R_θn，F、θ、γ、δ₂、δ₁均为实验过程中可获得的参量。

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