CN215985190U - 一种关节轴承摩擦磨损试验机 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种关节轴承摩擦磨损试验机，包括动力传动系统、支撑系统、摩擦磨损系统、弹性加载系统和数据采集与处理系统；所述弹性加载系统包括一号弹簧连杆、二号弹簧连杆、弹簧、固定杆、定滑轮、主轴支撑座、调节螺母、滚珠轴承、牵引绳和连接轴；牵引绳的一端与主轴支撑座的一侧连接，另一端与一号弹簧连杆连接，牵引绳套装在定滑轮上，定滑轮安装在支撑系统的左支撑架外侧的上部；一号弹簧连杆的两端分别设有弹簧，两个弹簧的下端均与二号弹簧连杆连接。该试验机采用弹簧加载方式对关节轴承施加径向载荷，整体占用空间较小，还可以通过通入高、低温油探究关节轴承在高低温度环境下的摩擦磨损状况。

Description

一种关节轴承摩擦磨损试验机

技术领域

本实用新型属于轴承性能测试设备技术领域，具体涉及一种关节轴承摩擦磨损试验机。

背景技术

关节轴承因其体积小、质量轻、耐腐蚀、免维护、可靠性高等优点受到了广泛关注，目前已经在航天器太阳能板展开机构、飞机起落架、直升机螺旋桨、大型水工设备中的铰链关节等装备上取代了传统的滚珠轴承。实际服役中，导致关节轴承失效的大部分原因都是磨损，因此研究关节轴承摩擦磨损性能是保证装备服役安全的重要措施，设计关节轴承摩擦磨损试验机也就具有重要的科学意义和工程价值。

目前，关节轴承摩擦磨损试验机都是采用卧式结构，普遍都是通过液压或砝码加载，因此试验机的体积大，不易精准控制关节轴承所受的载荷，因此本申请提出了一种关节轴承摩擦磨损试验机，占用空间更小，在更小的空间中还可以满足对关节轴承摩擦磨损过程中的摩擦系数、摩擦温度、振动三种信号的实时检测，同时还可以高低温环境下对关节轴承摩擦磨损的性能测试。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种关节轴承摩擦磨损试验机。

本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案为：

一种关节轴承摩擦磨损试验机，包括动力传动系统、支撑系统、摩擦磨损系统、弹性加载系统和数据采集与处理系统；其特征在于，所述弹性加载系统包括一号弹簧连杆、二号弹簧连杆、弹簧、固定杆、定滑轮、主轴支撑座、调节螺母、滚珠轴承、牵引绳和连接轴；

所述主轴支撑座滑动安装在支撑系统的右支撑架上，动力传动系统的试验主轴与主轴支撑座转动连接；两个滚珠轴分别通过各自的连接轴安装在主轴支撑座内，通过两个滚珠轴承对安装在试验主轴上的关节轴承施加径向载荷；牵引绳的一端与主轴支撑座的一侧连接，另一端与一号弹簧连杆连接，牵引绳套装在定滑轮上，定滑轮安装在支撑系统的左支撑架外侧的上部；一号弹簧连杆的两端分别设有弹簧，两个弹簧的下端均与二号弹簧连杆连接，在试验过程中弹簧一直处于被拉伸状态；固定杆竖直穿过二号弹簧连杆，与支撑系统的左支撑架的下部连接，调节螺母套装在固定杆上，与二号弹簧连杆接触。

所述摩擦磨损系统包括下轴套、关节轴承夹具、上轴套、预紧螺母和压力传感器；压力传感器的一端与支撑系统的左支撑板内侧的上部固连，关节轴承夹具的一端与压力传感器的另一端连接，关节轴承夹具的另一端安装关节轴承，关节轴承内圈的上、下端分别与上轴套和下轴套固连，上轴套和下轴套均套装在动力传动系统的试验主轴上；预紧螺母位于动力传动系统的试验主轴上，预紧螺母的下表面与上轴套的上端接触。

所述摩擦磨损系统还包括调心轴承和调心轴承座；调心轴承座的一端与支撑系统的左支撑架内侧的中部固连，调心轴承安装在调心轴承座内且位于动力传动系统的试验主轴上，调心轴承的内圈与动力传动系统的试验主轴固连。

所述关节轴承夹具包括回字结构和卡箍，回字结构的一端与压力传感器的另一端连接，回字结构的另一端安装卡箍，卡箍包覆在关节轴承的外圈上。

当用于室温环境时，该摩擦磨损系统还包括温度传感器和振动传感器；温度传感器安装在回字结构上，温度传感器的测量端与关节轴承外圈的外表面接触；振动传感器安装在卡箍上；当用于高低温环境时，回字结构与卡箍连接的一端还设有贯通回字结构两侧的通油孔，通油孔外接油路。

所述动力传动系统包括传动轴、伺服电机、上联轴器、扭矩传感器、下联轴器和试验主轴；传动轴包括套筒和位于套筒内的传动轴本体，传动轴本体能在套筒内转动；套筒的上端与支撑系统的安装底板连接，伺服电机的机箱固定在套筒的下端，伺服电机的输出轴伸入套筒内，与传动轴本体的下端固连，传动轴本体的上端伸出套筒外并通过下联轴器与扭矩传感器的下端连接，扭矩传感器的上端通过上联轴器与试验主轴的下端连接。

所述动力传动系统还包括扭矩传感器固定架，扭矩传感器固定架的两端分别与支撑系统的左支撑架的腰部和右支撑架的腰部连接，扭矩传感器固定在扭矩传感器固定架。

所述支撑系统包括安装底板和安装在安装底板上的右支撑架和左支撑架；右支撑架上设有与主轴支撑座滑动连接的滑轨。

所述安装底板为圆形板，安装底板的两侧各安装有一个提手。

所述数据采集与处理系统包括顺次相连的信号调理电路、数据采集卡和主控计算机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.常见的砝码加载、液压加载等，要想实现加载几百牛的力，都需要占用空间很大的机构才可以实现，采用弹簧加载，占用空间较小，同时还配有压力传感器实时监测关节轴承受到的径向载荷，弹性加载系统另一优点就是可以根据压力传感器显示的数值，对关节轴承受到的径向载荷进行动态调节。

2.摩擦磨损系统采用立式结构，整体结构简单，占用空间小，方便拆卸，在有限的空间内，可以实现对关节轴承运行过程中的温度、振动、摩擦力三种参数的动态监控，同时还可以探究关节轴承在-50℃～200℃环境下的摩擦磨损过程。

3.室温使用的关节轴承夹具上集成了温度传感器和振动传感器两个传感器；扭矩传感器测得的扭矩作为计算摩擦系数的关键数据，因此扭矩传感器作为动力传动系统的一个重要结构件；高低温环境下使用的关节轴承夹具能够连接油路，通过通入高/低温油实现对关节轴承服役的高/低温度环境的模拟；这些设计都大大简化了结构和关节轴承运行参数测量的复杂性。

4.关节轴承外圈保持固定，关节轴承内圈可以随试验主轴进行左、右旋转摆动。关节轴承夹具与关节轴承的装配方式简单，只需将关节轴承座倒向扣在关节轴承外圈上并用螺钉进行紧固即可，更换关节轴承只需要卸下试验主轴上的预紧螺母和上轴套，便可取下关节轴承夹具，并对关节轴承进行更换，所以试验关节轴承更换便利，操作简单，不会因为频繁更换轴承对试验机其他部件造成过度磨损。

5.试验主轴的转动速度和旋转摆动角度由主控计算机直接控制伺服电机完成，各传感器测得的参数值直接输入到主控计算机中进行分析，所以本申请的关节轴承摩擦磨损试机具有较高的自动化程度。

6.试验机的整体结构简单紧凑，没有过于昂贵复杂的零件和机构，所以零部件更换方便，易于维修，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的关节轴承与调心轴承与试验主轴的连接示意图；

图3为本实用新型常温环境下的关节轴承夹具的结构示意图；

图4为本实用新型高低温环境下的关节轴承夹具的结构示意图；

图5为本实用新型的主轴支撑座与滚珠轴承的连接示意图；

图6为本实用新型的弹簧与两个弹簧连杆的连接示意图；

图7为本实用新型的右支撑架的结构示意图；

图8为本实用新型的左支撑架的结构示意图；

其中，1-试验主轴；2-主轴支撑座；3-滚珠轴承；4-滑轨；5-振动传感器；6-调心轴承座；7-右支撑架；8-安装底板；9-扭矩传感器固定架；10-上联轴器；11-扭矩传感器；12-下联轴器；13-传动轴；14-伺服电机；15-预紧螺母；16-关节轴承夹具；17-温度传感器；18-压力传感器；19-定滑轮；20-一号弹簧连杆；21-弹簧；22-调节螺母；23-二号弹簧连杆；24-固定杆；25-左支撑架；26-调心轴承；27-下轴套；28-关节轴承；29-上轴套；30-牵引绳；31-连接轴；

16-1、回字结构；16-2、卡箍；16-3、通油孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型的技术方案进行详细说明，但并不以此限定本申请的保护范围。

本实用新型提供一种关节轴承摩擦磨损试验机(简称试验机，参见图1-8)，包括动力传动系统、支撑系统、摩擦磨损系统、弹性加载系统和数据采集与处理系统；

所述支撑系统包括右支撑架7、左支撑架25和安装底板8，左支撑架25和右支撑架7固定在安装底板8上；右支撑架7上设有滑轨4，与弹性加载系统的主轴支撑座2滑动连接；

所述动力传动系统包括传动轴13、伺服电机14、上联轴器10、扭矩传感器11、下联轴器12和试验主轴1；传动轴13包括套筒和位于套筒内的传动轴本体，传动轴本体能在套筒内转动；套筒的上端与安装底板8连接，伺服电机14的机箱通过法兰固定在套筒的下端，伺服电机14的输出轴伸入套筒内，与传动轴本体的下端固连，传动轴本体的上端伸出套筒外并通过下联轴器12与扭矩传感器11的下端连接，扭矩传感器11的上端通过上联轴器10与试验主轴1的下端连接，试验主轴1的上端与摩擦磨损系统的主轴支撑座2转动连接；伺服电机14转动带动传动轴13转动，动力通过扭矩传感器11和两个联轴器传递至试验主轴1，实现试验主轴1的旋转摆动；

所述摩擦磨损系统包括下轴套27、关节轴承夹具16、上轴套29、预紧螺母15、压力传感器18、调心轴承26和调心轴承座6；

所述调心轴承座6的一端与左支撑架25内侧的中部固连，调心轴承26安装在调心轴承座6内且位于试验主轴1上，调心轴承26的内圈与试验主轴1过盈配合，调心轴承座6位于上联轴器10的上方，试验主轴1的下端穿过调心轴承座6与上联轴器10连接；调心轴承座6为了保证试验主轴1受到径向载荷发生倾斜时，扭矩传感器11不发生倾斜；同时，调心轴承座6也是对试验主轴1的一个支撑，使试验主轴1成为简支梁结构，更加稳定可靠；压力传感器18的一端与左支撑板25内侧的上部固连，关节轴承夹具16的一端与压力传感器18的另一端连接，压力传感器18用于测量关节轴承28受到的径向载荷，关节轴承夹具16的另一端安装有关节轴承28，关节轴承28内圈的上、下端分别与上轴套29和下轴套27固连，上轴套29和下轴套27均与试验主轴1过盈配合，保证关节轴承28的内圈能随试验主轴1一起旋转摆动；预紧螺母15套装在试验主轴1上且位于关节轴承28的上方，预紧螺母15的下表面与上轴套29的上端接触，通过预紧螺母15对关节轴承28的外圈进行轴向限位；

所述关节轴承夹具16包括回字结构16-1和卡箍16-2，回字结构16-1的一端通过螺钉与压力传感器18的另一端连接，回字结构16-1的另一端安装卡箍16-2，卡箍16-2包覆在关节轴承28的外圈上，通过螺栓对卡箍16-2进行锁紧，进而对关节轴承28的外圈进行径向限位；当用于室温环境时，所述摩擦磨损系统还包括温度传感器17和振动传感器5；温度传感器17安装在回字结构16-1上，温度传感器17的测量端与关节轴承28外圈的外表面接触，用于测量关节轴承28的温度；振动传感器5安装在卡箍16-2上，用于测量关节轴承28受到的振动；当用于高低温环境时，回字结构16-1与卡箍16-2连接的一端设有贯通回字结构16-1两侧的通油孔16-3，通油孔16-3外接油路，通过循环通入高温(200摄氏度)或低温(-50摄氏度)油，实现对关节轴承28的温度控制；

所述弹性加载系统包括一号弹簧连杆20、二号弹簧连杆23、弹簧21、固定杆24、定滑轮19、主轴支撑座2、调节螺母22、滚珠轴承3、牵引绳30和连接轴31；主轴支撑座2滑动安装在滑轨4上，试验主轴1的上端与主轴支撑座2转动连接，主轴支撑座2不干涉试验主轴1的转动；两个滚珠轴3分别通过各自的连接轴31安装在主轴支撑座2内，当主轴支撑座2向左滑动后，两个滚珠轴承3均与试验主轴1接触，对试验主轴1施加径向载荷，进而对关节轴承28施加径向载荷；牵引绳30的一端与主轴支撑座2的一侧连接，另一端与一号弹簧连杆20连接，牵引绳30套装在定滑轮19上，定滑轮19安装在左支撑架15外侧的上部；一号弹簧连杆20的两端分别设有弹簧21，两个弹簧21的下端均与二号弹簧连杆23连接，在试验过程中弹簧21一直处于被拉伸状态；固定杆24竖直穿过二号弹簧连杆23，与左支撑架25的下部连接，调节螺母22套装在固定杆24上且对二号弹簧连杆23进行限位，通过调节螺母22调整二号弹簧连杆23在固定杆24上的位置，进而调节弹簧21的弹力，以调节关节轴承28受到的径向载荷。

所述数据采集与处理系统包括顺次相连的信号调理电路、数据采集卡和主控计算机；压力传感器18、温度传感器17、振动传感器5和扭矩传感器11均与信号调理电路相连，信号调理电路将各个传感器测得的数据转化为数字信号，然后通过数据采集卡将各个数据传输至主控计算机。

所述动力传动系统还包括扭矩传感器固定架9，扭矩传感器固定架9的两端分别与左支撑架25的腰部和右支撑架7的腰部连接，扭矩传感器11固定在扭矩传感器固定架9上，不仅起到固定扭矩传感器11的作用，还起到连接左支撑架25和右支撑架7的作用，增加整体的结构强度。

所述安装底板8为一块圆形板，安装底板8的两侧各安装有一个提手，方便取放。

如图7所示，右支撑架7呈倒T型，扭矩传感器固定架9安装在右支撑架7的两侧；如图8所示，左支撑架25呈L型。

在摩擦磨损试验过程中，关节轴承28的最大旋转半径为12.5mm，最大载荷为200N，摆动频率为5Hz，摆动角度为±15°；本试验机选用高性能的伺服电机14作为动力部件，伺服电机14的额定功率为400w，额定转速为3000r/min，并配有运动控制器实现高频旋转摆动试验。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

本实用新型的加载方式为弹簧加载，通过牵引绳30将弹簧21产生的弹力转变为对关节轴承28施加的径向载荷；在试验过程中弹簧21始终被拉伸，主轴支撑座2在弹簧21的弹力作用下产生向左的位移，使得主轴支撑座2上的两个滚珠轴承3与试验主轴1接触，对试验主轴1产生径向压力，进而使关节轴承28受到径向载荷；弹簧21产生的弹力大小通过拧动调节螺母22来调整，再结合压力传感器18显示的实时压力值，得到试验所需的关节轴承28所受径向载荷的大小；

试验主轴1受到两个滚珠轴承3的压力后，导致关节轴承28的内、外圈接触，并且关节轴承28内圈随试验主轴1作旋转摆动运动，因此关节轴承28的内、外圈会发生摩擦，通过扭矩传感器11检测内、外圈的摩擦扭矩，通过计算得到关节轴承28的摩擦力和摩擦系数，通过压力传感器18实时检测关节轴承28所受的径向载荷。

本试验主要考察关节轴承28的摩擦磨损性能，因此摩擦力、摩擦系数、摩擦温升以及磨损过程中的振动都是非常重要的试验参数，摩擦系数通过扭矩传感器测量的扭矩计算得到。在主控计算机上设置试验主轴1的摆动频率和摆动角度，点击开始运行，试验主轴1带着关节轴承28进行摆动运动；在试验过程中，各传感器测得的数据经信号调理电路转换为数字信号后，由数据采集卡输入到主控计算机中，由配套的软件系统对试验数据进行分析处理、实时生成曲线图并在主控计算机上实时显示。

本实用新型未尽事宜为公知技术。

Claims (10)

1.一种关节轴承摩擦磨损试验机，包括动力传动系统、支撑系统、摩擦磨损系统、弹性加载系统和数据采集与处理系统；其特征在于，所述弹性加载系统包括一号弹簧连杆、二号弹簧连杆、弹簧、固定杆、定滑轮、主轴支撑座、调节螺母、滚珠轴承、牵引绳和连接轴；

所述主轴支撑座滑动安装在支撑系统的右支撑架上，动力传动系统的试验主轴与主轴支撑座转动连接；两个滚珠轴分别通过各自的连接轴安装在主轴支撑座内，通过两个滚珠轴承对安装在试验主轴上的关节轴承施加径向载荷；牵引绳的一端与主轴支撑座的一侧连接，另一端与一号弹簧连杆连接，牵引绳套装在定滑轮上，定滑轮安装在支撑系统的左支撑架外侧的上部；一号弹簧连杆的两端分别设有弹簧，两个弹簧的下端均与二号弹簧连杆连接，在试验过程中弹簧一直处于被拉伸状态；固定杆竖直穿过二号弹簧连杆，与支撑系统的左支撑架的下部连接，调节螺母套装在固定杆上，与二号弹簧连杆接触。

2.根据权利要求1所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述摩擦磨损系统包括下轴套、关节轴承夹具、上轴套、预紧螺母和压力传感器；压力传感器的一端与支撑系统的左支撑板内侧的上部固连，关节轴承夹具的一端与压力传感器的另一端连接，关节轴承夹具的另一端安装关节轴承，关节轴承内圈的上、下端分别与上轴套和下轴套固连，上轴套和下轴套均套装在动力传动系统的试验主轴上；预紧螺母位于动力传动系统的试验主轴上，预紧螺母的下表面与上轴套的上端接触。

3.根据权利要求2所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述摩擦磨损系统还包括调心轴承和调心轴承座；调心轴承座的一端与支撑系统的左支撑架内侧的中部固连，调心轴承安装在调心轴承座内且位于动力传动系统的试验主轴上，调心轴承的内圈与动力传动系统的试验主轴固连。

4.根据权利要求2或3所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述关节轴承夹具包括回字结构和卡箍，回字结构的一端与压力传感器的另一端连接，回字结构的另一端安装卡箍，卡箍包覆在关节轴承的外圈上。

5.根据权利要求4所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，当用于室温环境时，该摩擦磨损系统还包括温度传感器和振动传感器；温度传感器安装在回字结构上，温度传感器的测量端与关节轴承外圈的外表面接触；振动传感器安装在卡箍上；当用于高低温环境时，回字结构与卡箍连接的一端还设有贯通回字结构两侧的通油孔，通油孔外接油路。

6.根据权利要求1所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述动力传动系统包括传动轴、伺服电机、上联轴器、扭矩传感器、下联轴器和试验主轴；传动轴包括套筒和位于套筒内的传动轴本体，传动轴本体能在套筒内转动；套筒的上端与支撑系统的安装底板连接，伺服电机的机箱固定在套筒的下端，伺服电机的输出轴伸入套筒内，与传动轴本体的下端固连，传动轴本体的上端伸出套筒外并通过下联轴器与扭矩传感器的下端连接，扭矩传感器的上端通过上联轴器与试验主轴的下端连接。

7.根据权利要求6所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述动力传动系统还包括扭矩传感器固定架，扭矩传感器固定架的两端分别与支撑系统的左支撑架的腰部和右支撑架的腰部连接，扭矩传感器固定在扭矩传感器固定架。

8.根据权利要求1所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述支撑系统包括安装底板和安装在安装底板上的右支撑架和左支撑架；右支撑架上设有与主轴支撑座滑动连接的滑轨。

9.根据权利要求8所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述安装底板为圆形板，安装底板的两侧各安装有一个提手。

10.根据权利要求1所述的关节轴承摩擦磨损试验机，其特征在于，所述数据采集与处理系统包括顺次相连的信号调理电路、数据采集卡和主控计算机。

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