CN115420503A - 一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，包括机架、可变速转台系统、轴向力加载系统、压力加载头移动系统、信号采集处理系统；机架用于安装被测回转支承并安装其余部件，可变速转台系统用于连接被测回转支承的内圈且带动被测回转支承的内圈按照规定的转速转动；轴向力加载系统用于在被测回转支承上通过压力加载头施加轴向力和弯矩，并通过竖直方向的液压缸及一压力加载头移动系统进行加载；压力加载头移动系统用于横向方向移动压力加载头的位置，从而调节压力加载头所施加的弯矩；信号采集处理系统用于采集信号，并将信号发送至PLC及上位机。本发明实现回转支承疲劳试验机的轻量化和小型化，同时也提高了设备的可靠性。

Description

一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机

技术领域

本发明属于机械工程回转支承疲劳寿命检测技术领域，具体涉及一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机。

背景技术

回转支承是工业装备上常用到的一类特种专用轴承，其能够使被连接的两物体之间做相对回转运动，同时还能够承受较大的轴向力、径向力和倾覆力矩，因此被广泛地应用于工程机械、轻工机械、船舶机械装备中。常规回转支承疲劳试验机的加载装置仅能开展不同轴向力作用下的疲劳试验，而不能开展轴向力和弯矩复合工况下的轴承承载能力试验。

现有专利CN105865785B开发了一种可施加轴向力和弯矩的回转支承疲劳试验机，如图1所示。该试验机通过在一块与待测回转支承相连接的侧板两端施加不同大小的作用力，从而在待测回转支承处产生弯矩，通过调整施加的两个力的不同组合值来调节出所需要加载的弯矩值，这样就可以在实验回转支承处同时产生弯矩和轴向力。但是，该装置需要两个液压缸进行协同控制，才能完成轴向力及偏矩的加载，液压控制系统相对复杂，且该结构布局形式在某些工况下容易损坏液压缸。具体而言，液压控制系统需要两套液压回路才能使得两个液压杆能够产生不同大小的推力，二者的精确控制才能最终保证加载轴向力及弯矩的准确性。另一方面，当施加较大弯矩时，两液压缸推杆的输出压力差变大，由于缺乏导向机构，易发生因偏载引起的液压杆弯曲问题。此外，被测回转支承常常需要在测试过程中周期性的从疲劳试验机上取下并拆解开观察、测量轴承内外滚道的损伤情况。

上述的疲劳试验机在实际使用过程中十分不便，需要多个工人协同才能在竖直平面内完成被测回转支承的拆装，劳动强度大。左右布局的液压缸限制了工人和相关辅助工具的操作空间。且在拆卸或安装过程中需要额外克服被测回转支承及相连接法兰的自身重量，从而避免出现单个螺栓受到的剪切力过大而导致的螺栓变形和螺纹损伤现象。当被测回转支承的尺寸较大时，轴承和连接法兰的质量也更重，拆装困难的问题进一步突显。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，以解决现有回转支承疲劳试验机不易加载弯矩的问题。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，所述回转支承疲劳试验机用于测试回转支承，被测回转支承包括外圈、滚子、内圈；其特征在于，所述疲劳试验机包括机架、可变速转台系统、轴向力加载系统、压力加载头移动系统、信号采集处理系统；

所述机架用于安装被测回转支承并安装其余部件，所述机架包括底座框架、设置在底座框架上方的工作台面、设置在工作台面上方的多立柱及设置在立柱上方的上横板、在工作台面上方纵向移动的上活动横板及下活动横板；

所述可变速转台系统用于连接被测回转支承的内圈且带动被测回转支承的内圈按照规定的转速转动；

所述轴向力加载系统用于在被测回转支承上通过压力加载头施加轴向力和弯矩，并通过竖直方向的液压缸及一压力加载头移动系统进行加载；

所述压力加载头移动系统用于横向方向移动压力加载头的位置，从而调节压力加载头所施加的弯矩；

所述信号采集处理系统用于采集温度、加速度及压力信号，并将所采集到的信号发送至PLC，PLC与上位机交互。

进一步的，所述可变速转台系统包括变频电机、电机安装座、两级同步带系统、转台轴承、转动平台，所述可变速转台系统通过变频电机、两级同步带系统带动被测回转支承的内圈按规定的转速转动；所述变频电机通过电机安装座安装在工作台面的下端面并置于底座框架内；所述变频电机的输出轴连接两级同步带系统，所述两级同步带系统的输出转动轴为中心盘轴，所述中心盘轴连接转动平台，所述转动平台通过螺钉与被测回转支承的内圈固定连接；所述转动平台外部下方设置有一转台轴承，所述转台轴承的内圈与转动平台通过螺钉固定连接；所述转台轴承的外圈通过一法兰（转台轴承和工作台面连接法兰）固定在工作台面上。

进一步的，所述轴向力加载系统包括液压缸；所述液压缸安装在上横板上，所述液压缸连接有液压缸推杆，所述液压缸推杆通过上活动横板与液压缸推杆连接法兰连接上活动横板，所述下活动横板的上方设置有一压力传感器，所述压力加载头通过压力加载头移动系统连接在下活动横板的下方；所述压力加载盘套在被测回转支承的外圈上。

优选的，所述压力加载头移动系统安装在下活动横板的下方，所述下活动横板横向平行设置有两直线导轨座；两所述直线导轨座安装在下活动横板上，两所述直线导轨座上分别设置有一直线导轨，所述直线导轨上设置有直线导轨滑块，所述直线导轨滑块上均固定连接压力加载头移动板；两所述直线导轨之间还设置有一丝杆，所述丝杆的两端分别通过丝杆座a 、丝杆座b 连接在下活动横板上，所述丝杆的一端通过梅花联轴器连接有一步进电机，所述步进电机通过一支架固定在下活动横板上；所述丝杆上啮合连接有一丝杆滑块，所述丝杆滑块固定在压力加载头移动板上；所述下活动横板上还设置有用于滑动连接压力加载头的燕尾槽结构，所述压力加载头穿过压力加载头移动板滑动连接在燕尾槽结构处。

上述的，其中一所述直线导轨座的两端分别设置有限位开关，所述压力加载头移动板的一侧设置有限位感应板。

进一步的，所述信号采集处理系统包括红外线温度传感器、加速度传感器、压力传感器、信号调理设备、PLC和上位机构成，所述压力传感器和加速度传感器及红外温度传感器通过信号调理设备连接在PLC的输入端，所述PLC的输出端通过控制回路电连接步进电机、液压缸及变频电机；所述PLC和上位机双向电连接进行信息交互。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明可以通过一个液压缸产生的推力，同时向测试轴承加载轴向力和弯矩，避免了原有方案需要多个液压缸组合加载的问题，简化了回转支承疲劳试验机的运行控制和结构布局难度，不需要同时控制多个液压缸的流量和压力，便于实现回转支承疲劳试验机的轻量化和小型化，降低成本，同时也提高了设备的可靠性。

2、本发明在轴向加载方向上采用可分离的结构设计方案，回转支承的内圈采用法兰盘通过螺栓与工作台面上的转台内圈刚性连接，回转支承的外圈在测试过程中始终处在受压状态，依靠外圈和加载盘间的摩擦力自锁保持相对静止状态。这种方案可以方便测试人员在回转支承的测试过程中，按需要及时方便地拆卸出被测回转支承来观察和精确检测回转支承内外滚道面的损伤和磨损状况。

3、本发明可以很好的避免原有方案中多个液压杆由于多液压杆移动速度同步误差、加载弯矩、缺少导向机构等导致液压杆受力方向偏移回转支承的轴向方向而引起的液压杆变形弯曲和磨损加剧问题。本发明增加了轴向的导向结构，四根立柱既发挥了支承作用，又起到了导向液压缸推杆的作用，在保证液压缸推杆做直线运动的同时，提高了回转支承疲劳试验机的结构刚性，在被测回转支承受到较大弯矩时，不易发生因偏载引起的液压杆弯曲问题。

附图说明

图1为本发明的说明书中背景技术部分的结构示意图。

图2为本发明的实施例中被测试的回转支承示意图。

图3为本发明的实施例中疲劳试验机总体结构示意图。

图4为本发明的实施例中压力加载头移动系统结构示意图。

图5为图4中拆除压力加载头移动板后的结构示意图。

图6为本发明的实施例中可变速转台系统传动结构示意图。

图7为本发明的实施例中轴向力加载系统结构示意图。

图8为本发明的实施例中压力加载板及压力加载头移动方向示意图。

附图标记说明：

1、外圈；2、滚子；3、内圈；4、液压缸；5、上横板；6、上活动横板；7、滑动轴承；8、下活动横板；9、立柱；10、压力加载盘；11、工作台面；12、两级同步带系统；121、第一级同步带轮系统；122、第二级同步带轮系统；13、电机安装座；14、底座框架；15、变频电机；16、转台轴承；161、转台轴承内圈；162、转台轴承外圈；17、转动平台（被测回转支承内圈与转台轴承连接法兰）；18、被测回转支承；19、压力传感器；20、上活动横板与液压缸推杆连接法兰；21、液压缸推杆；22、直线导轨座；23、限位感应板；24、限位开关；251、丝杆座a；252、丝杆座b；26、步进电机；27、梅花联轴器；28、直线导轨；29、压力加载头移动板；30、压力加载头；31、丝杆滑块；32、丝杆；33、燕尾槽结构；34、直线导轨滑块；35、同步带轮支架；36、转台轴承和工作台面连接法兰；37、中心盘轴；38、压力传感器与上活动横板法兰；39、压力传感器与下活动横板法兰；71、滑动轴承；72、滑动轴承；73、滑动轴承；74、滑动轴承；75、滑动轴承；76、滑动轴承；77、滑动轴承；78、滑动轴承。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作为广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2-图7所示，一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机。

本发明的试验机用于测试如图2所示的回转支承，被测试的回转支承主要由外圈1，滚子2，内圈3组成。

本发明的疲劳试验机采用立式布局，在测试过程中回转支承的外圈在上方，内圈在下方，外圈加载轴向力和弯矩，内圈相对于机架做回转运动。

本发明的疲劳试验机主要由机架、可变速转台系统、轴向力加载系统、压力加载头移动系统、信号采集处理系统这几部分构成，其主要结构部件如图3-5所示。

其中，机架包括了上横板5、立柱9、工作台面11、底座框架14，用于支承和保持疲劳试验机的整个结构，需要具有足够的刚度和稳定性。所述底座框架14的上方设置有工作台面11，所述工作台面的上方各顶角位置分别设置有一立柱9，所述上横板5固定在各个所述立柱的上端位置。

可变速转台系统包括了变频电机15、电机安装座13、两级同步带系统12、转台轴承16、转动平台17，变频电机输出轴经过两级同步带减速增矩，最终带动转动平台按规定的转速转动。所述可变速转台系统通过变频电机、两级同步带系统带动被测回转支承18的内圈按规定的转速转动；所述变频电机18通过电机安装座安装在工作台面11的下端面并置于底座框架14内。所述变频电机的输出轴连接两级同步带系统，第一级同步带轮系统121将变频电机的输出转速降低；第一级同步带轮系统121的大带轮和第二级同步带轮系统122的小带轮共用同一个转轴。该转轴通过两个滚动轴承安装在同步带轮支架35上，同步带轮支架通过螺钉固定在工作台面11的反面。中心盘轴37与第二级同步带轮系统122的大带轮通过键配合，并接受来自第二级同步带轮系统的转矩。中心盘轴37和转动平台17通过螺钉固连，并跟随中心盘轴37一起转动。此外，转台轴承内圈161也与转动平台17通过螺钉固定连接，并随其转动。转台轴承外圈162通过转台轴承和工作台面连接法兰36固定在工作台面11上。转台轴承16可以承受轴向的作用力，且内外圈之间可以相对转动。

另一方面，所施加在被测回转支承18上的轴向力和弯矩，通过竖直方向的一个液压缸进行加载，即轴向力加载系统。

轴向力加载系统包括了液压缸4、液压缸推杆21、上活动横板6、上活动横板与液压缸推杆连接法兰20、压力传感器19、下活动横板8、压力加载头30、压力加载盘10、滑动轴承7。在外部液压系统的驱动下，液压缸推杆产生所需的轴向力。液压缸推杆的推力依次通过上活动横板、压力传感器、下活动横板、压力加载头，压机加载板作用在被测回转支承18的外圈1上。具体的，所述液压缸4安装在上横板5上，所述液压缸连接有液压缸推杆21，所述液压缸推杆21通过上活动横板与液压缸推杆连接法兰20连接上活动横板6，所述下活动横板8的上方设置有一压力传感器19，所述压力加载头30通过压力加载头移动系统连接在下活动横板8的下方。所述压力加载盘10套在被测回转支承18的外圈3上。液压缸推杆21、上活动横板6、压力传感器19、下活动横板8 分别通过上活动横板与液压缸推杆连接法兰20、压力传感器与上活动横板法兰38、压力传感器与下活动横板法兰39固定连接为一个整体结构，相对静止。滑动轴承71、72、73、74为一组通过螺钉固连上活动横板6；滑动轴承75、76、77、78为另一组通过螺钉固连下活动横板8。两组滑动轴承可以带动整体结构（液压缸推杆21、上活动横板6、压力传感器19、下活动横板8、上活动横板与液压缸推杆连接法兰20、压力传感器与上活动横板法兰38、压力传感器与下活动横板法兰39构成的）在四根立柱9上滑动。在液压缸推杆21伸长后，整体结构会向下移动。滑动轴承能够减小上活动横板6及下活动横板8上下移动过程中和立柱9间的摩擦，同时，也能利用立柱9对整体结构上下移动进行导向，防止在偏载作用下引起液压杆的弯曲。

其中，压力加载头的加载位置可以通过如图4和图5所示的压力加载头移动系统进行水平方向上的位置调整。

压力加载头移动系统包括了直线导轨座22、限位感应板23、限位开关24、丝杆座a251、丝杆座b 252、步进电机26、梅花联轴器27、直线导轨28、压力加载头移动板29、丝杆滑块31、丝杆32、直线导轨滑块34。两所述直线导轨座22安装在下活动横板8上，两所述直线导轨座22上分别设置有一直线导轨28，所述直线导轨28上设置有直线导轨滑块34，所述直线导轨滑块上均固定连接压力加载头移动板29；两所述直线导轨28之间还设置有一丝杆32，所所述丝杆32的两端分别通过丝杆座a 251、丝杆座b 252连接在下活动横板8上，所述丝杆32的一端通过梅花联轴器27连接有一步进电机26，所述步进电机26通过一支架固定在下活动横板8上；所述丝杆上啮合连接有一丝杆滑块31，所述丝杆滑块31固定在压力加载头移动板29上；所述下活动横板8上还设置有用于滑动连接压力加载头30的燕尾槽结构33，所述压力加载头30穿过压力加载头移动板29滑动连接在燕尾槽结构处。其中一所述直线导轨座的两端分别设置有限位开关24，所述压力加载头移动板29的一侧设置有限位感应板23，通过限位感应板23与限位开关24配合实现对压力加载头移动板29运动距离的限制。压力加载头移动系统具体的功能原理实现如下：压力加载头29通过燕尾槽结构33实现压力加载头竖直方向上的限位，其重量被燕尾槽结构33的斜面支持力平衡。由于燕尾槽结构特点，压力加载头可以在水平开槽方向上自由移动。压力加载头与压力加载头移动板之间的配合为间隙配合，压力加载头受到的竖直方向的液压推力载荷不能传递给压力加载头移动板，这样可以避免轴向力通过丝杆滑块作用到丝杆上导致丝杆的变形。但当步进电机26转动时，丝杆滑块31会带动压力加载头移动板29水平移动。压力加载头移动板29与压力加载头30之间的轴孔配合，却可以带动压力加载头30位置的水平移动。

信号采集处理系统主要有红外线温度传感器、加速度传感器、压力传感器、信号调理设备、PLC和上位机构成，能够实时的对被测回转支承的特定位置进行温度信号和振动信号采集，并对液压缸推杆21产生的轴向力进行监控。所述压力传感器、加速度传感器及红外温度传感器通过信号调理设备连接在PLC的输入端，所述PLC的输出端通过控制回路电连接步进电机26、液压缸4、变频电机15等；所述PLC和上位机双向电连接进行信息交互。

本发明的疲劳试验机的使用过程如下：

首先，让疲劳试验机的液压缸推杆21处在收缩状态，将被测回转支承18的内圈3与转动平台17用螺栓连接固定，再将压力加载盘10套在被测回转支承18的外圈1上，确保嵌套配合充分且稳定，并使得压力加载盘10上的四个槽口在压力加载头30移动方向上对称（如图8所示），从而完成被测回转支承18在疲劳试验机上的安装。

接着，根据所需加载的轴向力和弯矩，计算压力加载头30需要偏移被测回转支承18中心轴线的距离，通过步进电机26带动压力加载头30偏移计算所得到的距离。然后，让液压缸推杆21伸长，使得压力加载头30下移，并与压力加载盘10接触。此时，调整与液压缸4油路的电磁溢流阀的开口压力，控制液压缸推杆21加载需要的轴向力和弯矩。压力加载头30偏离被测回转支承18中心轴线的距离越大，则在同等液压缸推力的前提下，加载的弯矩越大。在上位机中输入需要加载的轴向力M和弯矩F, 则PLC程序会自动计算出压力加载头30需要偏离被测回转支承18中心轴线的距离（M/F）。PLC的步进电机控制模块会根据压力加载头30需要偏离的距离，结合丝杆32的导程和步进电机驱动器的细分数，计算出PLC需要向步进电机驱动器发送脉冲数量，从而让步进电机驱动器驱动步进电机转过相应的角度，最终使得压力加载头30运动到指定位置。接着，可安装各类传感器，如采用磁力吸附的方式，在被测回转支承的外圈边缘上安装加速度传感器；通过外加固定支架，将红外线温度传感器的发射头正对压力加载盘的开槽处，用于监测被测回转支承18的滚子2附近的温度。

最后，变频电机15开始转动，通过同步带传动系统12带动被测回转支承18的内圈3转动。此时，测试正式开始，PLC和上位机开始采集、记录压力、温度和振动数据，监测评估被测回转支承的疲劳状态。

当测试完成或者需要停机检测被测回转支承时，疲劳试验机的动作依次为传感器停止信号采集、变频电机停转、液压杆推杆缩回，加载头回到中间原点位置（完成测试任务时执行）。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，所述回转支承疲劳试验机用于测试回转支承，被测回转支承包括外圈、滚子、内圈；其特征在于，所述疲劳试验机包括机架、可变速转台系统、轴向力加载系统、压力加载头移动系统、信号采集处理系统；

所述机架用于安装被测回转支承并安装其余部件，所述机架包括底座框架、设置在底座框架上方的工作台面、设置在工作台面上方的多立柱及设置在立柱上方的上横板、在工作台面上方纵向移动的上活动横板及下活动横板；

所述可变速转台系统用于连接被测回转支承的内圈且带动被测回转支承的内圈按照规定的转速转动；

所述轴向力加载系统用于在被测回转支承上通过压力加载头施加轴向力和弯矩，并通过竖直方向的液压缸及一压力加载头移动系统进行加载；

所述压力加载头移动系统用于横向方向移动压力加载头的位置，从而调节压力加载头所施加的弯矩；

所述信号采集处理系统用于采集温度、加速度及压力信号，并将所采集到的信号发送至PLC，PLC与上位机交互。

2.根据权利要求1所述的一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，其特征在于，所述可变速转台系统包括变频电机、电机安装座、两级同步带系统、转台轴承、转动平台，所述可变速转台系统通过变频电机、两级同步带系统带动被测回转支承的内圈按规定的转速转动；所述变频电机通过电机安装座安装在工作台面的下端面并置于底座框架内；所述变频电机的输出轴连接两级同步带系统，所述两级同步带系统的输出转动轴为中心盘轴，所述中心盘轴接转动平台，所述转动平台通过螺钉与被测回转支承的内圈固定连接；所述转动平台外部下方设置有一转台轴承，所述转台轴承的内圈与转动平台通过螺钉固定连接；所述转台轴承的外圈通过一法兰（转台轴承和工作台面连接法兰）固定在工作台面上。

3.根据权利要求1所述的一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，其特征在于，所述轴向力加载系统包括液压缸；所述液压缸安装在上横板上，所述液压缸连接有液压缸推杆，所述液压缸推杆通过上活动横板与液压缸推杆连接法兰连接上活动横板，所述下活动横板的上方设置有一压力传感器，所述压力加载头通过压力加载头移动系统连接在下活动横板的下方；所述压力加载盘套在被测回转支承的外圈上。

4.根据权利要求3所述的一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，其特征在于，所述压力加载头移动系统安装在下活动横板的下方，所述下活动横板横向平行设置有两直线导轨座；两所述直线导轨座安装在下活动横板上，两所述直线导轨座上分别设置有一直线导轨，所述直线导轨上设置有直线导轨滑块，所述直线导轨滑块上均固定连接压力加载头移动板；两所述直线导轨之间还设置有一丝杆，所述丝杆的两端分别通过丝杆座a、丝杆座b 连接在下活动横板上，所述丝杆的一端通过梅花联轴器连接有一步进电机，所述步进电机通过一支架固定在下活动横板上；所述丝杆上啮合连接有一丝杆滑块，所述丝杆滑块固定在压力加载头移动板上；所述下活动横板上还设置有用于滑动连接压力加载头的燕尾槽结构，所述压力加载头穿过压力加载头移动板滑动连接在燕尾槽结构处。

5.根据权利要求4所述的一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，其特征在于，其中一所述直线导轨座的两端分别设置有限位开关，所述压力加载头移动板的一侧设置有限位感应板。

6.根据权利要求1所述的一种可调整轴向力加载位置的回转支承疲劳试验机，其特征在于，所述信号采集处理系统包括红外线温度传感器、加速度传感器、压力传感器、信号调理设备、PLC和上位机构成，所述压力传感器和加速度传感器及红外温度传感器通过信号调理设备连接在PLC的输入端，所述PLC的输出端通过控制回路电连接步进电机、液压缸及变频电机；所述PLC和上位机双向电连接进行信息交互。

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