CN204612930U

CN204612930U - 一种轴承静态性能试验装置

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Publication number: CN204612930U
Application number: CN201520346397.XU
Authority: CN
Inventors: 邱明; 郑昊天; 张占立; 陈龙; 李迎春
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2025-05-26

Abstract

本实用新型涉及轴承试验技术领域，特别是涉及到了一种轴承静态性能试验装置。该轴承静态性能试验装置包括底座，底座上设有试验头组件和试验加载机构，试验加载机构包括轴向力加载机构和倾覆力加载机构，倾覆力加载机构包括传力臂，传力臂具有力输入端和用于向被试轴承传递轴向力的力输出端，轴向力加载机构的力加载方向始终与被试轴承的轴线延伸方向相同。由于试验加载机构包括轴向力加载机构和倾覆力加载机构，并且轴向力加载机构的力加载方向始终与被试轴承的轴线延伸方向相同，这种加载方式更加符合轴承的实际工况，从而可准确模拟轴承受倾覆力状态的轴承静态性能试验装置，提高对轴承静态特性试验的结果的准确度。

Description

一种轴承静态性能试验装置

技术领域

本实用新型涉及轴承试验技术领域，特别是涉及到了一种轴承静态性能试验装置。

背景技术

随着科技的发展和人力成本的不断提高，制造业正朝着自动化、智能化的方向快速发展，作为先进制造业的重要体现，机器人技术及其相关产业也因此得到了迅速的发展。而机器人轴承是工业机器人的关键配套元件，对机器人的运转平稳性、重复定位精度、动作精确度以及工作可靠性等关键指标均有着十分重要的影响。

在中国，由于机器人应用工程起步较晚，其配套轴承一般随主机一起进口。工业机器人轴承是一个相对薄弱的环节，现有的轴承国家标准不能满足和指导工业机器人轴承的设计、生产，更不用说形成系统的机器人轴承试验技术。因此，目前国内工业机器人配套轴承中，大部分依靠进口，国内市场的销售额占总销售额的比例不到10％。如果能够设计出一套机器人轴承的试验装置并摸索出一套行之有效的试验方法，则势必会给机器人轴承的生产和研发带来有力的支撑。

而对轴承的静态刚度试验分析，以往的研究皆较少涉及，对机器人用薄壁轴承的研究就更少了。轴承静态参数主要是指轴承的静刚度。本质上，轴承静态特性是指载荷作用下滚动体与轴承内、外圈接触面的静态接触特性。应用试验方法研究不同的载荷条件对薄壁轴承静态刚度的影响具有重要的价值。

关于对轴承的静态特性的分析，《南京理工大学》2014年公开了一种轴承静态特性试验台，其中该试验台包括平台和设于平台上的被试轴承安装座，所述被试轴承安装座上设有轴向加载机构和径向加载机构，使用时可通过轴向加载机构对被试轴承施加载荷以研究被试轴承在轴向载荷下的静态特性，通过径向加载机构对被试轴承施加载荷以研究被试轴承在径向载荷下的静态特性。然而，轴承，特别是机器人用到的薄壁轴承在实际工作中除了会受到轴向载荷以外，其多数情况下还需要受到倾覆载荷的影响，上述试验台则无法满足对轴承受倾覆力矩状态的试验。

关于对轴承受倾覆力矩状态下的特性研究，公告号为CN203869867U、公告日为2014年10月8日的中国专利说明书公开了一种具有倾覆力矩功能的轴承试验加载装置，该轴承试验加载装置悬挂在驱动系统的输出主轴上，包括有试验轴承、加载臂、倾覆力矩加载油缸和轴向加载油缸；试验轴承的外圈通过试验轴与输出主轴连接；试验轴承的内圈与加载臂固联；与试验轴承偏心设置的两根加载杆的一端均与加载臂固联，另一端分别与所对应倾覆力矩加载油缸的活塞杆连接；轴向加载油缸位于两个倾覆力矩加载油缸之间并且与加载臂铰接，其中轴向加载油缸与加载臂的铰接位置处的铰接轴线与两倾覆力矩加载油缸的连线互相垂直，当倾覆力矩加载油缸驱使加载臂对试验轴承施加倾覆力矩时，轴向加载油缸相对于加载臂在铰接处相对转动。

通过以上介绍可知，在上述轴承试验加载装置中，轴向力加载油缸与加载臂之间是相互铰接的关系，因此在进行轴承同时受轴向加载力矩和倾覆力矩状态的试验时，与实际不符，因为轴承在实际使用过程中，其轴向加载力是不会因为倾覆力矩的存在而相对于轴承改变角度的。因此，上述轴承试验加载装置存在着试验结果不准确的问题，即使是用于轴承静态试验装置上，也无法获得准确的试验结果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可以准确模拟轴承受倾覆力状态的轴承静态性能试验装置，以提高对轴承静态特性试验的结果的准确度。

为了解决上述问题，本实用新型的轴承静态性能试验装置采用以下技术方案：轴承静态性能试验装置，包括底座，底座上设有用于安装被试轴承的试验头组件和试验加载机构，试验加载机构包括轴向力加载机构，所述试验加载机构还包括倾覆力加载机构，所述倾覆力加载机构包括用于与被试轴承偏心设置的传力臂，所述传力臂具有力输入端和用于向被试轴承传递轴向力的力输出端，所述轴向力加载机构的力加载方向始终与被试轴承的轴线延伸方向相同。

所述传力臂成对设置，每一对的传力臂在被试轴承的径向上相对设置。

所述传力臂通过杠杆式力放大机构连接有倾覆力加载部件，所述杠杆式力放大机构包括末级杠杆，每一对的传力臂通过输入端连接于同一个末级杠杆，从而向末级杠杆加载即可使被试轴承受到倾覆力。

所述杠杆式力放大机构还包括初级杠杆，初级杠杆与末级杠杆之间通过连杆连接，所述倾覆力加载部件设于初级杠杆的输入端上。

所述倾覆力加载部件为倾覆力加载砝码。

所述倾覆力加载砝码沿初级杠杆的长度方向可移动的装配在初级杠杆上。

轴向力加载机构包括由所述传力臂支撑的轴向力加载部件。

所述试验头组件包括芯轴和用于下压轴承外圈的外圈压板，芯轴具有用于安装被试轴承内圈的内圈安装段，所述外圈压板通过被试轴承外套与芯轴配合，传力臂的力输出端与所述外圈压板或者芯轴连接。

所述内圈安装段的端部设有用于预压轴承内圈的内圈压板，内圈压板与芯轴通过分设于二者上的导向孔和导向柱导向定位配合。

所述内圈安装段上设有陪试轴承以及用于隔开陪试轴承与被试轴承的隔圈。

由于本实用新型的轴承静态性能试验装置的试验加载机构包括轴向力加载机构和倾覆力加载机构，并且轴向力加载机构的力加载方向始终与被试轴承的轴线延伸方向相同，即无论是在倾覆力加载机构工作的状态下，还是在倾覆力加载机构卸下的情况下，轴向力加载机构的加载方向始终不变，这种加载方式更加符合轴承的实际工况，从而可准确模拟轴承受倾覆力状态的轴承静态性能试验装置，提高对轴承静态特性试验的结果的准确度。

附图说明

图1是轴承静态性能试验装置的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中的试验头组件的结构示意图；

图3是图1中的倾覆力加载部件与初级杠杆的装配示意图；

图4是轴承套俯视图；

图5是试验加载机构的加载力示意图。

具体实施方式

轴承静态性能试验装置的实施例，如图1-4所示，该试验装置包括底座11、试验头组件、试验加载机构和试验值采集系统。

底座11是承载整个试验装置的基础，在本实施例中，底座11具体采用的是一个水平工作台。

在本实施例中，试验头组件是通过一个上小下大的阶梯轴式的支撑座12设于底座11上。其中支撑座12与底座11之间通过螺钉固定装配在一起，试验头组件包括芯轴13、外圈压板14和内圈压板15，芯轴13的为阶梯轴，包括上部的小径段和下部的大径段，其中小径段形成内圈安装段，内圈安装段用于安装被试轴承16的内圈。芯轴13通过螺栓可拆的固定装配在支撑座12上，通过拆卸芯轴13即可实现对试验头组件的整体更换，从而满足对不同型号轴承的试验。内圈压板15设于内圈安装段的上端，其用于为被试轴承16的内圈提供一个预压力，由于当被试轴承16为机器人薄壁轴承时，其空间结构有限，芯轴13的上端处设有导向柱17、内圈压板15上设有与导向柱17对应的导向孔，通过导向柱17与导向孔的互相配合，可以更好的固定被试轴承16，解决被试轴承16难以定位的问题、使试验装置更加稳定。外圈压板14的下侧固定连接有轴承套18并通过轴承套18与芯轴13的大径段配合，轴承套18的套壁上设有连接孔和测量孔19，在本实施例中，连接孔具体为螺纹孔，测量孔19有六个且绕轴承套18的中心线分布，每个测量孔19均为通孔，通过测量孔19可以测量被试轴承16的轴向变形量，通过测量轴承套18的下端面的位置变化即可得到被试轴承16的轴向变形量。轴承套18的内孔为台阶孔，由此而使得其内壁面上形成了可承托轴承外圈的台阶，在本实施例中，轴承套18内的台阶设为花瓣型，便于被试轴承的拆卸，其中所述台阶的花瓣形是通过沿轴向在台阶上开通透的弧形通槽501构成的。在本实施例中，除了上述的芯轴13、内圈压板15和外圈压板14以外，试验头组件还包括内垫片20、外垫片21、隔圈22和陪试轴承23。内垫片20用于垫在内圈压板15与被试轴承16的内圈之间，外垫片21用于垫在外圈压板14与被试轴承16的外圈之间，本实施例中，没有在内、外圈压板上直接设置一体的垫片，而是采用了于内圈压板分体的内垫片、与外圈压板对应的外垫片，这样做一方面是为了防止垫片应力集中而发生断裂，另一方面也是为了载荷能够均匀的施加在被试轴承16上，保证了装置整体的可靠性和准确度。陪试轴承23设于芯轴13的内圈安装段上，隔圈22用于隔在陪试轴承23的内圈与被试轴承16的内圈之间，使用时，内圈压板15向下压内垫片20，内垫片20进而压被试轴承16的内圈，被试轴承16的内圈压隔圈22，隔圈22压陪试轴承23的内圈，最终把陪试轴承23的内圈压紧在芯轴13的大、小径段间的台阶上，进而阻止被试轴承16的内圈转动，另外，陪试轴承23可防止试验头倾翻。在受到倾覆力矩的情况下，由于轴承变形较小，相当于试验轴承和陪试轴承一直都在被完全夹住。陪试轴承会抵消试验轴承一半的倾覆力矩，但不会影响试验轴承的轴向和径向位移。通过以上描述中陪试轴承23的作用可知，陪试轴承23实际上是可以省略的，因此在试验装置的其它实施例中，可以没有陪试轴承。

试验加载机构包括轴向力加载机构和倾覆力加载机构。

倾覆力加载机构包括传力臂24和倾覆力加载部件，在本实施例中，传力臂24有一对，其在装置工作时位于被试轴承16的径向两侧处，每个传力臂24均包括力输入端和用于向被试轴承16传递轴向力的力输出端，其中传力臂24的力输出端与轴承套18通过螺栓固定连接。倾覆力加载部件通过杠杆式力放大机构与传力臂24连接，在本实施例中，倾覆力加载部件具体采用的是倾覆力加载砝码25。杠杆式力放大机构包括两级杠杆，分别为初级杠杆26和末级杠杆27，末级杠杆27采用的是分体式结构，包括传力臂连接段271和力接入段272，其中传力臂连接段271与力接入段272之间可拆连接，传力臂连接段271采用方钢，传力臂通过其上端所设的滑套28与传力臂连接段271连接，当下压或者上推末级杠杆27的输入端(远离滑套的一端)时，载荷将会经由传力臂24传递至轴承套18、进而至被试轴承16的外圈而形成倾覆力载荷。初级杠杆26的一端通过一个铰座29铰接在底座11上，另一端形成悬臂结构，末级杠杆27的输入端通过一个连杆30与初级杠杆26的靠近铰座的一端连接在一起，其中连杆30包括上段301和下段302，上段301与下段302之间通过销轴31连接在一起，上、下段通过销轴连接，有点类似于人体关节。因为对被试轴承施加倾覆力矩时，装置会产生非常微小的偏斜，如果采用一体式的直杆就会导致直杆产生弯曲。但采用销轴连接的结构之后，再调节下方的螺栓，即可调整使301和302保持竖直状态。从而可实现力的平滑传递，此处需要指出的是，连杆30的上段301也是通过滑套与末级杠杆27连接，从而可调节末级杠杆27的力臂的长度，为了准确得到末级杠杆27的力臂的长度变化，末级杠杆27的与连杆30配合的部位还设有标尺贴32，连杆30的上段上的滑套上设有供读取标尺贴读数的读数孔33，连杆30的下端通过螺栓结构与初级杠杆26连接，可实现对初级杠杆26的微调，使之保持水平。倾覆力加载部件设于初级杠杆26上，在本实施例中，倾覆力加载部件是通过一个滑座设在初级杠杆26上的，滑座包括滑块34和设于滑块34上的限位柱35，初级杠杆26上设有与滑块34对应的燕尾槽式的滑槽，通过滑块34与滑槽的配合，便可调整倾覆力加载部件在初级杠杆26上的位置，在确定好位置的情况下，将限位柱35拧到滑块34上，使35的下端正好压紧初级杠杆26。自动保证限位柱、滑块在初级杠杆上的位置保持不变。进而调节初级杠杆26的力臂的长短，为了随时读取初级杠杆26的力臂的长度，初级杠杆上也设置有标尺贴。

轴向力加载机构包括轴向力加载部件，其支撑在传力臂24上，在本实施例中，轴向力加载部件具体采用的是轴向力加载砝码36，末级杠杆的传力臂连接段上侧设置限位杆37而形成倒T字形，轴向力加载砝码36便是设于限位杆37上。

试验值采集系统包括径向变形检测传感器和轴向变形检测传感器，其中径向变形检测传感器与上述的轴承套上的测量孔一一对应，以用来检测被试轴承的径向变形量，轴向变形检测传感器设于轴承套的下端处，用于通过检测轴承套下端面的位置变化来得出被试轴承的轴向变形量。

使用该试验装置对轴承进行静态性能试验时，可首先将被试轴承装在试验头组件上，然后将试验头组件整体装上支撑座，将传力臂分别与末级杠杆和轴承套连接。当需要对轴承在轴向力矩作用下的静态特性进行研究时，可将末级杠杆的传力臂连接段与力接入段断开，仅通过设置轴向力加载部件即可，可通过轴向变形检测传感器来检测被试轴承在轴向力矩作用下的变形，实验过程中，可通过改变轴向力加载砝码的数量来调整轴向力的大小。当需要对被试轴承进行同时承受轴向力矩和倾覆力矩状态下的静态特性研究时，将末级杠杆的两部分连接即可，在试验过程中，如果要调节倾覆力的大小，则通过增减倾覆力加载砝码的数量、调节连杆与末级杠杆的相对位置关系或者调整倾覆力加载砝码在初级杠杆上的位置的方式或者以上三种方式并用均可。

图4显示了试验加载机构的加载力示意图，图中为倾覆力加载砝码的重量，为试验头组件、被试轴承以及试验加载机构的总重量，为轴向力加载砝码的重量，为连杆对末级杠杆的作用力，为连杆与初级杠杆的连接位置到初级杠杆与铰座的铰接位置之间的水平距离，为倾覆力加载部件到初级杠杆与铰座的铰接位置之间的水平距离，为连杆与末级杠杆的连接位置到支撑座轴心线的水平距离，为试验头组件、被试轴承以及试验加载机构的质心到支撑座轴心线的水平距离。则根据下面的计算公式可以计算出试验轴承上加载的倾覆力矩和轴向力，具体的试验公式如下：

\{\begin{matrix} G_{2} = \frac{F_{1} \times b}{a} \\ F_{a} = G + G_{1} + G_{2} \\ M = \frac{G_{2} \times c + G \times L}{2} \end{matrix}

其中，为作用在试验轴承上的总的倾覆力矩，为作用在试验轴承上总的轴向力。

在轴承静态性能试验装置的其它实施例中，试验加载机构还可以与轴承内圈压板连接，从而通过被试轴承内圈对轴承加载以进行试验；传力臂的数量为一个以上皆可，最好能够成对设置，每一对的传力臂均在被试轴承的径向上相对于被试轴承的中心线对称设置；轴向力加载机构及倾覆力加载机构还可以采用气缸、油缸、丝杠螺母机构等。

Claims

1.轴承静态性能试验装置，包括底座，底座上设有用于安装被试轴承的试验头组件和试验加载机构，试验加载机构包括轴向力加载机构，其特征在于，所述试验加载机构还包括倾覆力加载机构，所述倾覆力加载机构包括用于与被试轴承偏心设置的传力臂，所述传力臂具有力输入端和用于向被试轴承传递轴向力的力输出端，所述轴向力加载机构的力加载方向始终与被试轴承的轴线延伸方向相同。

2.根据权利要求1所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述传力臂成对设置，每一对的传力臂在被试轴承的径向上相对设置。

3.根据权利要求2所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述传力臂通过杠杆式力放大机构连接有倾覆力加载部件，所述杠杆式力放大机构包括末级杠杆，每一对的传力臂通过输入端连接于同一个末级杠杆，从而向末级杠杆加载即可使被试轴承受到倾覆力。

4.根据权利要求3所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述杠杆式力放大机构还包括初级杠杆，初级杠杆与末级杠杆之间通过连杆连接，所述倾覆力加载部件设于初级杠杆的输入端上。

5.根据权利要求3所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述倾覆力加载部件为倾覆力加载砝码。

6.根据权利要求5所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述倾覆力加载砝码沿初级杠杆的长度方向可移动的装配在初级杠杆上。

7.根据权利要求1所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，轴向力加载机构包括由所述传力臂支撑的轴向力加载部件。

8.根据权利要求1所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述试验头组件包括芯轴和用于下压轴承外圈的外圈压板，芯轴具有用于安装被试轴承内圈的内圈安装段，所述外圈压板通过被试轴承外套与芯轴配合，传力臂的力输出端与所述外圈压板或者芯轴连接。

9.根据权利要求8所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述内圈安装段的端部设有用于预压轴承内圈的内圈压板，内圈压板与芯轴通过分设于二者上的导向孔和导向柱导向定位配合。

10.根据权利要求8所述的轴承静态性能试验装置，其特征在于，所述内圈安装段上设有陪试轴承以及用于隔开陪试轴承与被试轴承的隔圈。