CN212539622U - 一种滚动轴承试验台 - Google Patents

Abstract

本发明的一种滚动轴承试验台属于轴承测试装置，是在试验器壳体的两端安装有中间套，主轴穿轴向安装于壳体内，在壳体上设有径向和轴向轴承加载装置，主轴前后两端分别安装有前端和后端被试轴承套、中间安装有工艺轴承，在工艺轴承套的两端分别套有介质隔离环并；介质供应系统与其管路连接；传动系统与主轴传动。本发明的一种滚动轴承试验台，结构合理，试验器主轴上工艺轴承和被试轴承，受力和冷却介质工况一样，可一次试验两个轴承，不仅提高了效率，而且节约了试验成本；锁紧套可有效的防止轴承套与试验器壳体发生相对转动；在工艺轴承的处设置的介质隔离环，有效的防止两个轴承排出介质的对冲，降低了试验过程中轴承损坏率。

Description

一种滚动轴承试验台

技术领域

本实用新型属于轴承测试装置，特别是涉及到一种滚动轴承试验台。

背景技术

轴承是旋转机械所用的必须元件，轴承的性能优劣直接关系到整个旋转轴系的工作状态，当轴承出现故障时，会造成整个轴系的破坏，严重者会导致整个设备的报废和重大事故，尤其是在航空航天、发电机组、核电等关键行业领域，轴承不仅是核心关键元件，而且它的损坏会造成灾难性的事故。

轴承的质量指标包括转速、承受载荷等几个关键指标，在设计制造方面以确保这些指标的实现。轴承在生产完成后要进行一些的检测，它包含物理指标检测和运转试验检测。物理指标检测主要检测轴承各零件的材料、几何尺寸等参数指标；运转试验检测是指将轴承安装在试验台架上，模拟实际工况进行试验验证，验证方法是在一定条件的试验台架上，给被试轴承提供一定的转速、载荷、润滑条件，运转一定的时间，检测轴承在运转试验后轴承的真实状态，以获得轴承的性能、寿命等核心指标。所以轴承试验台是检测轴承性能的唯一手段，同时轴承试验检测系统的可靠性与可行性与否，直接判断轴承性能的优劣，它是轴承验证过程中重要的检测设备。

现在国内外轴承试验台系统存在如下几个主要问题：试验系统大都系统简单，通常采用常温下主轴运转的试验方式获得轴承参数，然后对高、低温状态参数进行模拟计算；轴承加载大都采用预紧固定值加载，轴承在运转过程中无法进行变载荷试验和增加强度试验，有的只能实现轴承轴向加载，不能实现径向加载；有的加载虽然连续，但加载力测量不准确；在试验轴承介质上大都是唯一介质，不能通用；再有动力及传动上大都使用电机传动，然而对液氢液氧介质的试验危险性极大。公开号为CN109975022A、名称为用于超低温高DN值轴承疲劳寿命的试验装置及试验方法，虽然在一定程度上解决了上述问题，但由于其结构设计不合理，存在以上问题：1、其“径载施加位置偏向被试轴承5一侧，即L1<L2，因此，支撑工艺轴承19所受径向力低于被试轴承5”，也就是三个工艺轴承陪试一个被试轴承，验效率低；2、工艺轴承与被试轴承处于一个相对开放的空间内，使得中间加径载工艺轴承和两端轴承冷却后的介质发生干扰，尤其是在低温介质下，通过轴承后的介质为气液两相状态，造成冷却后排出介质对流干扰，而导致轴承损坏；3、由于结构的缺陷，在试验过程中，由于支撑轴承与试验器壳体发生相对转动，从而使试验器损坏；4、由于加力套为圆柱形结构，其工作中结常发生轴向加力在传递过程中常被卡死的现象。

发明内容

本实用新型旨在于克服现有技术的不足，提供了一种滚动轴承试验台及试验方法。

本实用新型的一种滚动轴承试验台，包括试验器、径向轴承加载装置、轴向轴承加载装置、传动系统和介质供应系统；所述的试验器包括壳体，在壳体的两端分别安装有壳体前中间套和壳体后中间套，主轴穿过壳体后中间套轴向安装于壳体内，在壳体上设有径向轴承加载装置，在壳体前中间套安装有轴向轴承加载装置，在主轴前后两端分别安装有前端被试轴承套和后端被试轴承套、中间安装有工艺轴承，前压盖和后压盖分别压紧前被试轴承和后被试轴承与其对应的前端被试轴承套和后端被试轴承套螺纹紧固，在工艺轴承两端的轴套上分别套有介质隔离环并与加径载轴承套相固定，且介质隔离环的中心孔直径大于主轴套的直径；在轴向轴承加载装置的加载套、壳体及壳体后中间套上分别设有介质进口a、介质进口b和介质进口c，介质供应系统分别与其介质进口a、介质进口b和介质进口c管路连接；传动系统与主轴传动联接。

作为本实用新型的进一步改进，在壳体内有环形锁紧套压紧后端被试轴承套并与壳体后中间套紧固。

作为本实用新型的进一步改进，所述的轴向轴承加载装置是由加载气缸、加载套和加力套构成，所述的加力套为间歇导向花键形状；加载套与壳体前中间套相固定，加力套置于加载套内的后端且一侧抵于前端被试轴承套上；加载气缸的输出依次与加载套内的力传感器和传力杆连接，在传力杆上靠近力传感器一端上安装有加热器，在传力杆与加力套之间用波纹管密封组件进行径向密封；在加载套上安装有吹风嘴。

作为本实用新型的进一步改进，所述的传动系统是由电机、增速箱、联轴器以及拖动电机的变频控制装置构成。

作为本实用新型的进一步改进，所述的传动系统气吹涡轮传动装置，是由涡轮壳和涡轮组成，涡轮与试验器主轴为同轴结构；涡轮与壳体后中间套间用动密封隔开。

作为本实用新型的进一步改进，所述的介质供应系统是由挤压配气单元、介质容器和介质输送调节单元组成，适合低温介质供应系统。

作为本实用新型的进一步改进，所述的介质供应系统是油箱依次连接了油泵和油供应调节单元构成。

本实用新型的一种滚动轴承试验台，结构设计合理，试验器主轴上工艺轴承两端是被试轴承，受力和冷却介质工况一样，一次可以试验两个轴承，比单次试验一个轴承，不仅提高了效率，而且节约了试验时间和经济成本；在试验器的靠尾端轴承座设有锁紧套，有效的防止轴承套与试验器壳体发生相对转动，保证了试验器的使用安全；在工艺轴承的处设置的介质隔离环，有效的防止两个轴承排出介质的对冲，降低了试验过程中轴承损坏率；其加力套由圆柱形改为间歇导向花键形状，与前中间套减少接触面，保证轴向加载力的有效传递。同时，本申请也解决了现有试验台的适用性不足的问题，体现在：在试验介质上，通过选择介质供应单元，一个试验器可以满足多种常温和高低温液体介质，无论是常温或高温油介质，还是液氮、液氧、液氢、液甲烷等低温介质，能够真实模拟轴承实际工况；试验器可实现轴向和径向无极加载，针对不同温度下的试验环境，改善加载力传感器的温度环境，使受温度影响小，测量准确度高；动力传动系统可选择，不仅可以用常规的电机拖动，对危险介质也可以使用气吹涡轮拖动，避免危险介质泄漏而造成的安全事故，实现试验过程的安全性。本实用新型具有滚动轴承试验通用性高，测量精确，安全性高的特点，同时，一套试验系统解决多种类轴承试验问题，比单一功能试验台，大幅降低了建设成本。

附图说明

图1是本实用新型的系统组成流程图；

图2是本实用新型的试验器结构示意图；

图3是本实用新型的试验器轴承套锁紧套结构示意图；

图4是本实用新型的试验器轴承套介质隔离环结构示意图；

图5-图6 本实用新型的试验器加力套结构示意图；

图7-8是本实用新型的涡轮传动同轴试验器结构示意图；

图9是本实用新型的滑油介质供应系统图。

具体实施方式

实施例1

本实用新型的一种滚动轴承试验台，是由试验器1、径向轴承加载装置2、轴向轴承加载装置3、传动系统4、动力动系统36、冷却润滑油系统37、介质供应系统5、测量控制系统38组成。试验器1是安装被试轴承的装置，其上安装有压力、温度、振动传感器，用于测量试验器内的压力与温度和试验器的振动情况，试验器中有试验器壳体6，壳体中安装有被试轴承、工艺轴承12和主轴9组成的一个旋转轴系，顶部设有介质排液管，如图1所示；径向轴承加载装置2和轴向轴承加载装置3给被试轴承提供径向载荷和轴向载荷，用以模拟轴承运转时的受力状态；传动系统4的输出轴与试验器的主轴用联轴器相连，也可采用同轴气吹涡轮，为被试轴承旋转提供动力和一定的转速，带动试验器主轴旋转；同时冷却润滑油系统37为传动系统4的机械旋转设备提供润滑条件；动力系统36为传动和整个系统提供电力；介质供应系统5为试验器被试轴承和工艺轴承提供一定量的冷却润滑介质，模拟轴承的实际工况；测量控制系统38是对各分系统的测量参数数据进行采集和控制。

所述的试验器1是一个密闭无泄漏的壳体，如图2所示，试验器有加载装置接口和进出介质管路接口，其整体固定在一个固定基座上。具体说包括壳体6，在壳体6的两端分别安装有壳体前中间套7和壳体后中间套8，主轴9穿过壳体后中间套8轴向安装于壳体内；主轴9前后两端分别安装有前端被试轴承套10和后端被试轴承套11、中间安装有工艺轴承12，前压盖13和后压盖14分别压紧前被试轴承15和后被试轴承16与其对应的前端被试轴承套10和后端被试轴承套11螺纹紧固；将前端被试轴承套10和后端被试轴承套11对称的安装在工艺轴承12的两端，防止因不对称或者结构件尺寸变化大，使各个零件在高温或者低温下的变形量不一致，从而导致四个轴承的位置精度不够而做成损坏。试验器主轴上中间两个是加径载工艺轴承，两端是被试轴承，受力和冷却介质工况一样，一次可以试验两个轴承，比单次试验一个轴承，不仅提高了效率，而且节约了试验时间和经济成本。

在工艺轴承12两端的轴套上分别套有介质隔离环17并与加径载轴承套相固定，如图4所示，且介质隔离环17的中心孔直径大于主轴套的直径；介质隔离环17的设计可以有效的防止中间加径载工艺轴承和两端轴承冷却后的介质发生干扰，尤其是在低温介质下，通过轴承后的介质为气液两相状态，造成冷却后排出介质流道干扰，被干扰轴承快速损坏的现实问题，本实用新型在中间两个工艺轴承的处介质端设置了介质隔离环，防止两个轴承排出介质的对冲。这项改进在实际应用中起到了明显的改善效果，与现有技术相比，轴承在试验过程中非产品质量问题而产生的损坏率降低1/3。

在壳体6内有环形锁紧套26压紧后端被试轴承套11并与壳体后中间套8紧固，如图3所示。锁紧套的目的防止被试轴承套与试验器壳体发生相对转动，从而使试验器损坏。该项改进在时间使用中与现有技术相比，使轴承座的使用寿命提高三倍以上。

在壳体6上设有径向轴承加载装置2，在壳体前中间套7安装有轴向轴承加载装置3，分别给被试轴承加径向和轴向载荷，模拟轴承真实工作载荷条件。径向轴承加载装置2同轴向轴承加载装置2，二者结构原理相同，可同时加载，也可单独加载。

所述的轴向轴承加载装置3是由加载气缸19、加载套18和加力套20构成，所述的加力套20为间歇导向花键形状，如图5、如6所示；加载套18与壳体前中间套7相固定，加力套20置于加载套18内的后端且一侧抵于前端被试轴承套10上与其相连；加载气缸19的输出依次与加载套18内的力传感器21和传力杆22连接，在传力杆22与加力套20之间用波纹管密封组件24进行径向密封；通过调整加载气缸的气源压力来调整加载力的大小，加载装置的加力杆通过加力套将力传递给被试轴承，将载荷传递给轴承的外环，从而使轴承获得载荷。为了保证低温介质不进入加载装置，通过波纹管组合件将较难处理的轴向动密封优化为径向静密封，并保证加载力不受损失。同时，为了解决轴向加力在传递过程中常被卡死，加力套由圆柱形改为间歇导向花键形状，与前中间套减少接触面，保证轴向加载力的有效传递。

为了使力测量精度提高，采取加温或者降温的方式，使力传感器在许用工作温度下进行测量，避免力传感器在高温或者低温下，测量精度下降，在加载套18上设有吹风嘴25、在传力杆22上靠近力传感器21一端上安装有加热器23，保证了力传感器不受传力杆的热量传导发生测不准的问题。当用高温油作为试验介质时，试验器壳体内的高温通过传力杆传导给力传感器，此时通过从吹气嘴引入压缩空气的方法对力传感器进行气吹使传感器降温，当用液氮等超低温介质做试验时，通过加热块电加热的方法，阻止超低温对力传感器的温度影响，吹风嘴和加热器均为力传感器创造正常温度环境，提高测量精度。在轴向轴承加载装置2的加载套18、壳体6及壳体后中间套8上分别设有介质进口a、介质进口b和介质进口c，介质供应系统5分别与其介质进口a、介质进口b和介质进口c管路连接；传动系统4与主轴9传动联接。

介质供应系统是为试验器轴承提供冷却介质，模拟轴承在正式工况下的温度和润滑条件。它包括常温油、高温油介质供应系统，和液氮、液氧、液氢、液甲烷等液态低温介质供应系统。两套介质供应系统独立：

一种是用于低温介质供应系统，如图1所示，它是由介质容器31、挤压配气单元30、介质输送调节单元32组成。介质容器31储存液氮、液氢等工作介质，其上安装有排气阀门和安全阀；挤压配气单元30其进气端与高压气源相连，高压气经过减压调节进入介质容器挤压排出介质，包括增压气体的阀门、减压器、安全阀、管路、压力传感器等组成；介质供应调节单元9用于向试验器1供应一定压力和流量的介质，它由流量调节阀门、流量计、过滤器、压力与温度传感器和介质管道组成。通过挤压配气单元31向容器中充填气体将介质挤压出去，试验介质通过介质供应调节单元10输送到试验器接口与其介质进口a、介质进口b和介质进口c连接；介质供应调节单元10，按照试验器1内的轴承数量，分单路或多路连接到试验器上，分别给每个轴承供介质，试验介质通过排液管从试验器顶部接管排出；

另一种用于润滑油试验的介质供应系统，如图9所示，它包括带加热器的油箱33、油加热器、油泵34和油供应调节单元35组成，油供应调节单元包括介质管路、阀门、流量计、压力与温度传感器等构成，和第一种介质供应调节系统构成一样，是单独一套设备，两者不共用，防止介质对污染和安全事故。试验器经过油介质试验后，所有零件均做除油处理后，方可进行其他介质的试验。

所述的传动系统为试验器主轴提供转速，使试验器主轴旋转。传动系统分两种实现方式：

一是采用高速电机，或者电机、增速箱、联轴器以及拖动电机的变频控制装置，以实现试验转速要求，如图1所示；

二是采用气吹涡轮拖动的方式，防止动力电接触试验系统，适用于液氧、液氢等易燃易爆危险介质的轴承试验，从而提高了试验的安全性。如图7、图8所示，气吹涡轮的组成有涡轮28、涡壳27、介质隔离动密封29、进出涡壳气体口等组成，吹动涡轮的气源根据轴承试验介质特性选用压缩空气、氮气、氢气等，气源供应路由气动（或电动）调节阀39和气动（或电动）开关阀40，以及相应的压力温度测点组成；做功气体从涡壳径向进气，从轴向排气，涡壳排气有管路引出室外。

所述的用于测量各试验系统的压力、流量、温度、转速等试验参数，它包括传感器和数据采集器，以及相适应的采集软件构成，控制系统是由PLC可编程控制器组成。

所述的冷却润滑油系统37，是为传动系统的高速电机或增速箱的轴承与齿轮提供冷却润滑的设备，润滑系统通过油泵和进回油管路将润滑油输送到被润滑装置上，润滑油循环使用。

所述的动力系统36是由电源、变频控制柜、电控柜等组成，通过变频器实现对转速的控制。动力控制与润滑系统和供介质系统连锁，当润滑系统和供介质系统任何一个出现断供时，动力系统启动不了，或者自动停车。

实施例2

本实用新型的一种滚动轴承试验台，其低温介质试验步骤如下：

a、试验前准备：将被试轴承与工艺轴承安装在试验器的主轴上，并调整主轴与传动系统的输出轴的同轴度，两轴用联轴器连接；将试验器壳体密闭，连接进出介质管路；将润滑系统的管路连接到传动系统的电机或增速箱用油点；

b、系统吹除阶段：将介质供应系统中的容器、管路系统、阀门系统用干燥压缩空气或者氮气吹除干净；

c、加注阶段：给容器加注满介质；

d、试验器预冷阶段：启动挤压配气单元对介质加压，通过介质供应管路上的阀门调节进介质的流量，对试验器进行预冷；用低温介质对试验器预冷，达到试验介质的温度，并用供介质管路上的调节阀调节流量，达到试验所需的流量；

e、运转阶段：先启动传动系统的润滑系统，再启动传动系统电机，达到试验所要求的转速，测量控制系统采集试验参数；运转过程中通过调整加载装置的气源压力，实现对被试轴承的载荷大小调整；

f、若采用气吹涡轮动力试验模式，则靠调节做功气体的流量和压力来调节涡轮转速；

g、试验结束阶段：停止电机（或切断做功气体阀门），使试验器停转；再停止润滑系统和供介质系统；待试验器恢复常温后，分解试验器和被试轴承，检测轴承运转后的状态。

实施例3

本实用新型的一种滚动轴承试验台，其常温或高温油介质试验步骤如下：

a、试验前准备：将被试轴承与工艺轴承安装在试验器的主轴上，并调整主轴与传动系统的输出轴的同轴度，两轴用联轴器连接；将试验器壳体密闭，连接进出介质管路；将润滑系统的管路连接到传动系统的电机或增速箱用油点；

b、向试验器供油阶段：启动润滑油泵，通过油介质供应调节装置向试验器各轴承供油，并调节流量和压力，试验器的回油通过回油管返回储油箱；若需要高温油试验，则预先把储油箱内的油加热到所需温度；

c、运转阶段：先启动传动系统的润滑系统，再启动传动系统电机，达到试验所要求的转速，测量控制系统采集试验参数，运转过程中通过调整加载装置的气源压力，实现对被试轴承的载荷大小调整；

d、试验结束阶段：停止电机，使试验器停转；再停止润滑系统和介质供应系统，待试验器恢复常温后，分解试验器和被试轴承，检测轴承运转后的状态。

Claims (7)

1.一种滚动轴承试验台，包括试验器（1）、径向轴承加载装置（2）、轴向轴承加载装置（3）、传动系统（4）和介质供应系统（5）；所述的试验器（1）包括壳体（6），在壳体（6）的两端分别安装有壳体前中间套（7）和壳体后中间套（8），主轴（9）穿过壳体后中间套（8）轴向安装于壳体内，在壳体（6）上设有径向轴承加载装置（2），在壳体前中间套（7）安装有轴向轴承加载装置（3），其特征在于主轴（9）前后两端分别安装有前端被试轴承套（10）和后端被试轴承套（11）、中间安装有工艺轴承（12），前压盖（13）和后压盖（14）分别压紧前被试轴承（15）和后被试轴承（16）与其对应的前端被试轴承套（10）和后端被试轴承套（11）螺纹紧固，在工艺轴承（12）两端的轴套上分别套有介质隔离环（17）并与工艺轴承套相固定，且介质隔离环（17）的中心孔直径大于主轴套的直径；在轴向轴承加载装置（3）的加载套（18）、壳体（6）及壳体后中间套（8）上分别设有介质进口a、介质进口b和介质进口c，介质供应系统（5）分别与其介质进口a、介质进口b和介质进口c管路连接；传动系统（4）与主轴（9）传动联接。

2.如权利要求1所述的一种滚动轴承试验台，其特征是在壳体（6）内有环形锁紧套（26）压紧后端被试轴承套（11）并与壳体后中间套（8）紧固。

3.如权利要求1所述的一种滚动轴承试验台，其特征在于轴向轴承加载装置（3）是由加载气缸（19）、加载套（18）和加力套（20）构成，所述的加力套（20）为间歇导向花键形状；加载套（18）与壳体前中间套（7）相固定，加力套（20）置于加载套（18）内的后端且一侧抵于前端被试轴承套（10）上；加载气缸（19）的输出依次与加载套（18）内的力传感器（21）和传力杆（22）连接，在传力杆（22）上靠近力传感器（21）一端上安装有加热器（23），在传力杆（22）与加力套（20）之间用波纹管密封组件（24）进行径向密封；在加载套（18）上安装有吹风嘴（25）。

4.如权利要求1所述的一种滚动轴承试验台，其特征在于传动系统（4）是由电机、增速箱、联轴器以及拖动电机的变频控制装置构成。

5.如权利要求1所述的一种滚动轴承试验台，其特征在于传动系统（4）是气吹涡轮传动装置，是由涡轮壳（27）和涡轮（28）组成，涡轮（28）与试验器主轴（9）为同轴结构；涡轮（28）与壳体后中间套（8）间用动密封（29）隔开。

6.如权利要求1所述的一种滚动轴承试验台，其特征在于介质供应系统（5）是由挤压配气单元（30）、介质容器（31）和介质输送调节单元（32）组成。

7.如权利要求1所述的一种滚动轴承试验台，其特征在于介质供应系统（5）是由油箱（33）依次连接了油泵（34）和油供应调节单元（35）构成。

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