CN220455099U - 一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置；其包括：动力供给系统、轴向加载装置和轴承摩擦磨损实验装置；动力供给系统包括高速电主轴及联轴器，用于给承摩擦磨损实验装置中的试验轴承提供高速稳定转速；轴向加载装置包括电缸和压力加载盘，用于为试验轴承施加不同大小的轴向载荷；轴承摩擦磨损实验装置包括试验轴承、机械主轴、支撑轴承、斜面轴芯和水冷套筒，机械主轴、支撑轴承和斜面轴芯相互配合给试验轴承提供了支撑和动力传递，斜面轴芯的应用便于更换试验轴承，冷却液输入进出水冷套筒，避免了装置运行过程中由于部件间热传递或局部高温等温度因素导致的轴承失效，可以提高实验可靠度和准确度。

Description

一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置

技术领域

本实用新型涉及高速主轴轴承技术领域，具体的说，涉及一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置。

背景技术

轴承是现代工业设备的重要组成部件，在汽车、航运、机床、航空航天等行业都有广泛的应用。由于轴承转速、环境温度、润滑、空气中颗粒物及轴承自身收到的载荷，使得轴承寿命及动态精度的保持时长受到严重影响。因此轴承的摩擦磨损试验就显得尤为重要，良好的轴承磨损试验机可以为轴承的研发改进提供重要依据。

经过研究发现轴承内圈转速、轴向力、预紧大小、循环时长以及轴承初始残余应力等对轴承的磨损失效都有着较大的影响。现有的轴承钢材料磨损实验以及接触疲劳试验通常使用钢球-圆盘装置或者四球对磨装置。上述这些装置具有结构简单、通用性广等优点，但是很难对轴承实际工作状态进行模拟且试验周期长，体积庞大、不灵活。

轴承服役过程中，受到转速、轴向力、预紧、以及轴承服役时长等多种因素的综合影响，不同影因素对轴承磨损失效的影响程度也各不相同，轴承失效的表现形式都较为单一，往往无法通过控制变量的方法衡量单一作用影响下的轴承磨损失效；为此，一种高速机床电主轴轴承摩擦磨损实验装置的研究，对于轴承服役过程中磨损失效的工作效率和影响因素，实验的可靠性都具有直接影响。因此，有必要提出一种高速机床电主轴轴承摩擦磨损实验装置，从而实现对轴承实际工作状态和服役工况的模拟，提高模拟精度和准确性。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种高速机床电主轴轴承摩擦磨损实验装置；该装置中的轴承磨损实验腔体结构紧凑、试验轴承能单独安装与拆卸，具有独立的散热系统，避免了装置过热造成的烧伤失效对试验轴承的影响。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案。

一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置，其包括：动力供给系统、轴向加载装置和轴承磨损实验装置；所述轴承磨损实验装置中设有试验轴承，轴承磨损实验装置两端分别和动力供给系统、轴承加载装置相连；其中：

所述动力供给系统包括高速电主轴和联轴器；高速电主轴水平设置，高速电主轴上安装联轴器；

所述轴向加载装置包括电缸、法兰导管、连接法兰、压力传感器和压力加载盘；电缸的输出端分别和法兰导管、连接法兰水平固定连接，连接法兰依次和压力传感器、压力加载盘相连，实现电缸到压力加载盘的动力传递；

所述轴承磨损实验装置包括水冷套筒、第一基座、第二基座、收口轴芯、机械主轴和试验轴承；其中，水冷套筒水平设置，水冷套筒的前端通过第一挡板和法兰导管相连，压力加载盘伸入水冷套筒内，第一基座靠近压力加载盘设置，试验轴承的外圈安装在第一基座的台阶面上，水冷套筒的尾端和第二基座固定连接，机械主轴通过支撑轴承、隔圈的配合安装在第二基座上，机械主轴的一端通过联轴器与高速电主轴相连，另一端设置内孔倾角斜面以和收口轴芯的斜面接触配合，试验轴承的内圈与收口轴芯轴肩接触配合；水冷套管和第一基座上各自分别设置和水冷管路相连接的冷却液输入口和冷却液输出口，分别形成进入和输出水冷套筒的水冷通路以及进入和输出第一基座的水冷通路。

本实用新型中，支撑轴承有三个，分别为第一支撑轴承、第二支撑轴承和第三支撑轴

承；所述第一支撑轴承内圈轴肩与机械主轴轴肩接触压紧连接，第二支撑轴承、隔圈、第三支撑轴承分别依次接触安装于机械主轴的外圆周上，第三支撑轴承靠近水冷套筒尾部设置，其通过锁紧螺母与机械主轴固定连接。

本实用新型中，压力加载盘上安装加速度传感器。

本实用新型中，试验轴承的外圈靠近安装温度传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

一、本实用新型试验轴承采用独立的冷却系统，单独散热，避免了装置运行过程中由于部件间热传递或局部高温等温度因素导致的轴承失效；

二、试验轴承安装在收口轴承一端，另一端结构为锥面设计，更换或安装试验轴承时无需拆卸装置其他部件，便于试验轴承的装拆；

三、相较于现有的轴承钢材料磨损实验以及接触疲劳试验通常使用钢球-圆盘装置或者四球对磨装置，本实验装置更加符合轴承实际工作环境、实验结果更具有可靠性；

四、本装置可以对轴承转速、轴向载荷、循环时长和初始残余应力四个变量分别进行控制，通过控制变量的方法实现不同比重下轴承磨损失效的模拟。

附图说明

图1为高速机床电主轴轴承摩擦磨损实验装置系统流程示意图。

图2为高速机床电主轴轴承摩擦磨损实验装置装配图。

图3为轴承摩擦磨损实验腔装置第装配图。

图4为第一基座主视图。

图5为第一基座A-A剖视图。

图6为第二基座剖视图。

图7为水冷套筒剖视图。

图8为实验轴系支撑装置剖视图。

图9为轴向传力装置剖视图。

图10为连接箱体剖视图。

图11为轴向加载装置示意图。

图12为动力供给系统示意图。

图中：1-支撑台、2-电缸、3-高速电主轴、4-固定底板、5-主轴底座、6-主轴座盖板、7-联轴器、8-法兰导管、9-连接法兰、10-第一连接块、11-压力传感器、12-第二连接块、13-压力加载盘、14-第一挡板、15-水冷套筒、16-第一基座、17-第二挡板、18-第二基座、19-收口轴芯、20-机械主轴、21-内隔圈、22-外隔圈、23-锁紧螺母、24-前挡圈、25-第一支撑轴承、26-第二支撑轴承、27-第三支撑轴承、28-试验轴承、29-V型支撑架、30-电缸输出轴、31-第一连接螺纹、32-第二连接螺纹、33-第三连接螺纹、34-第四连接螺纹、35-第五连接螺纹、36-第六连接螺纹、37-第一固定螺栓、38-第一O形密封圈、39-第二O形密封圈、40-第一密封槽、41-第二密封槽、42-第三密封槽、43-第一导流槽、44-第四密封槽、45-第二导流槽、46-第三导流槽、47-第四导流槽、48-第五密封槽、49-第六密封槽、50-第七密封槽、51-第八密封槽、52-第一输入口、53-第二输入口、54-第一输出口、55-第二输出口、56-第一导流口、57-第二导流口、58-第三导流口、59-第四导流口、60-第二固定螺栓、61-第三接触面、62-第四接触表面、63-第一密封面、64-第二密封面、65-第五导流槽、66-加速度传感器、67-温度传感器、68-第三固定螺栓、69-第一接触面、70-第二接触面、71-端面螺纹、72-第五接触面。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～图12，一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置，其包括：动力供给系统、

轴向加载装置和轴承磨损实验装置；轴承磨损实验装置中设有用于进行摩擦磨损实验测试的试验轴承28；轴承磨损实验装置两端分别和动力供给系统、轴承加载装置相连；动力供给系统用于为轴承摩擦磨损实验装置提供主要动力，为试验轴承28提供动力和扭矩；轴承加载装置用于为试验轴承28施加不同大小的轴向载荷。

动力供给系统由高速电主轴1、固定底板2、主轴底座5、轴承座盖板6、联轴器7、第三接触表面61、第四接触表面62构成；高速电主轴3位于主轴底座5轴心位置，通过螺纹将高速电主轴3、主轴底座5、主轴座盖板6固定并连接；通过限位孔将上述主轴底座5与固定底板4固定并连接；高速电主轴3外圆面与主轴底座第三接触面61接触，保证两部件同心，主轴底座5水平放置于固定底板4第四接触表面62，两部件通过固定螺栓连接固定。

轴向加载装置包括支撑台1、电缸2、法兰导管8、连接法兰9、第一连接块10、压力传感器11、第二连接块12、压力加载盘13、第二接触表面70和第五接触表面72；电缸2水平放置于支撑台1上的第五接触表面72，两者相互接触，无固定连接要求；支撑台1对电缸2提供支撑，避免第二接触面70产生弯曲挠度破坏装置稳定性。电缸2输出端法兰盘与法兰导管8通过连接螺钉定位并连接。电缸2的输出端的第一连接螺纹31与连接法兰9上的第二连接螺纹32通过螺纹实现连接固定；连接法兰9与第一连接块10上的第三连接螺纹33通过螺栓连接，第一连接块10与压力传感器11上的第四连接螺纹34通过螺栓连接，压力传感器11与第二连接块12上的第五连接螺纹35通过螺栓连接，压力加载盘13与第二连接块12上的第六连接螺纹36通过螺栓连接，最终实现电缸2到压力加载盘13的动力传递。

轴承磨损实验装置包括第一挡板14、水冷套筒15、第一基座16、第二基座18、收口轴芯19、机械主轴20、内隔圈21、外隔圈22、锁紧螺母23、前挡圈24、第一支撑轴承25、第二支撑轴承26、第三支撑轴承27、试验轴承28、V型支撑架29、第一O形密封圈38、第一密封面63、加速度传感器66、温度传感器67、第三固定螺栓68和第一接触面69；收口轴芯19通过斜面与机械主轴20内孔倾角斜面接触配合，收口轴芯19末端开有转配螺纹孔；试验轴承28内圈与收口轴芯19轴肩接触配合，外圈轴肩与第一基座16台阶面接触配合实现试验轴承28安装预紧；第一支撑轴承25内圈轴肩与机械主轴20轴肩通过第一接触面69接触压紧，第二支撑轴承26、内隔圈21、第三支撑轴承27分别依次接触安装与机械主轴20外圆，通过锁紧螺母23内孔螺纹与机械主轴外圆螺纹配合实现轴系支撑装置轴承内圈配合安装；第二支撑轴承26、外隔圈21、第三支撑轴承27、前挡圈24的装配方式为第二基座18孔颈与第一支撑轴承25外圈轴肩接触配合，装配顺序与支撑装置轴承内圈配合安装方式相同。该装置中，通过支撑轴承支撑机械主轴20，同时使机械主轴20实现回转运动，从而将高速电主轴3的转动通过机械主轴20传递给收口轴芯19，后收口轴芯19通过与试验轴承28内圈过盈配合实现试验轴承28转速的施加。该装置中，第一挡板14、水冷套筒15、第二基座18、第一O形密封圈38、第一密封面63、V型支撑架29构成实验轴系支撑装置腔体，水冷套筒15水平放置于V型支撑架29表面，第一挡板14、第二基座18分别通过若干第二固定螺栓60、第三固定螺栓68与水冷套筒15螺纹孔连接装配，第四导流槽47、第五导流槽65应与第一挡板安装孔错位防止溢流破坏润滑。

轴承磨损实验装置中包括共两组水冷通路，分别为进入和输出水冷套筒15的水冷通路（包含第二基座18的输入、输出通路）；进入和输出第一基座16的水冷通路。其中：进入和输出水冷套筒15的水冷通路，通过第一输入口52使冷却液可以在水冷套筒15中的管路循环，通过该水冷通路实现轴承磨损实验装置部分的冷却，保证所述轴承磨损实验装置的温度恒定，避免温升对实验精度的影响；第二基座18的输入、输出通路通过第三导流口58、第四导流口59将冷却液引入第二基座18水冷通路，通过第一导流口56、第二导流口57将冷却液引出第二基座18水冷通路，通过该水冷通路可以带走包括支撑轴承和机械主轴20在内的实验轴系支撑装置工作时产生的巨大热量，避免了实验轴系支撑装置由于发热导致的失效；进入和输出第一基座16的水冷通路，分别通过第二输入口53、第二输出口55将冷却液引入和引出水冷通路，其通过该水冷通路实现试验轴承28的降温，可保证试验轴承28温度恒定，防止试验轴承28高温烧伤导致的失效形式对摩擦磨损失效的干扰。具体来说，轴承磨损实验装置中的发挥水冷作用的为水冷密封模块，其包括第一挡板14、水冷套筒15、第一基座16、第二挡板17、第二基座18、第一O形密封圈38、第一密封面63、第二O形密封圈39、第一密封槽40、第二密封槽41、第三密封槽42、第一导流槽43、第四密封槽44、第一固定螺栓37、第二导流槽45、第三导流槽46、第四导流槽47、第五密封槽48、第六密封槽49、第七密封槽50、第八密封槽51、第一输入口52、第一输出口54、第二输入口53、第二输出口55、第一导流口56、第二导流口57、第三导流口58、第四导流口59、第二固定螺栓60、第一密封面63和第二密封面64；其中：

第一输入口52、第一输出口54、第一导流口56、第二导流口57、第三导流口58、第四导流口59构成一条水冷通路，将冷却液引入水冷装置内，第一密封O形圈38、第二固定螺栓60、第一密封面63将第四导流槽一侧的工艺孔密封，保证冷却液不泄露；第二导流槽45、第三导流槽46、第三导流口58、第四导流口59形成水冷套筒15冷却液输入通路；第一输出口54、第一导流口56、第二导流口57、第一密封面63构成一条水冷通路，将冷却液引出水冷装置，第一密封O形圈38、第二固定螺栓60、第一密封面63将第五导流槽65一侧的工艺孔密封，保证冷却液不泄露；所述第二导流槽45、第三导流槽46、第一输出口54、第一导流口56、第二导流口57形成水冷套筒15冷却液输出通路；第一基座16、第二挡板17、第一固定螺栓37、第一导流槽43、第二输入口53构成了一条水冷通路，形成了第一基座16冷却液输入通路；第一基座16、第二挡板17、第一导流槽43、第二输出口55构成了一条水冷通路，形成了第一基座16冷却液输出通路；

第一挡板14与水冷套筒15、通过第一O形密封圈38、第二O形密封圈39、第二固定螺栓60、第一密封面63之间的配合形成密封；

水冷套筒15、第二基座18、第五密封槽48、第六密封槽49、第七密封槽50、第八密封槽51、第一导流口56、第二导流口57、第三导流口58、第四导流口59之间的配合形成密封；

第一基座16、第二挡板17、第一固定螺栓37、第一密封槽40、第二密封槽41、第三密封槽42、第一导流槽43、第四密封槽44、第二密封面64之间的配合形成密封。

本实用新型的工作流程如下：

设备通电启动，水冷密封模块运行，为轴承磨损实验装置及内部试验轴承28水冷降温，通过电器控制柜操作控制电机驱动，给定高速电主轴3的驱动轴不同转速旋转，高速电主轴3输出轴通过联轴器7与第二基座18配合连接，实现轴承磨损装置的运动传递，从而带动试验轴承28内圈旋转；调节轴向加载装置，使电缸2输出轴伸出依次推动第一连接块10、压力传感器11、第二连接块12、压力加载盘13，最终压力加载盘13与第一基座16接触压紧，力由电缸2伸出杆输出，载荷依次经过连接法兰9、第一连接块10、压力传感器11、第二连接块12、压力加载盘13、第一基座16、试验轴承28、收口芯棒19、机械主轴20、第一支撑轴承25、第二支撑轴承26和第三支撑轴承27，最后传递到壳体，从而实现为安装在台阶孔内部的试验轴承28施加轴向载荷，相关载荷大小、转速等信息通过数据采集卡收集并显示保存在主机内；实验过程中，压力加载盘13上的加速度传感器66以及位于第一基座16的试验轴承28外圆的温度传感器67通过数据采集卡可以实时监测并反馈装置运行情况。

本实用新型中，通过设置高速电主轴3不同转速带动试验轴承28内圈旋转，设置不同循环时间实现轴承磨损的循环次数，此外不同型号轴承加工后表面及次表面残余应力各不相同，通过调控电缸2、高速电主轴3以及更换不同型号试验轴承28可实现轴承摩擦磨损实验中轴承转速、轴向载荷、循环时长等变量的定量控制及模拟。

Claims (4)

1.一种高速主轴轴承摩擦磨损实验装置，其特征在于，其包括：动力供给系统、轴向加载装置和轴承磨损实验装置；所述轴承磨损实验装置中设有试验轴承（28），轴承磨损实验装置两端分别和动力供给系统、轴承加载装置相连；其中：

所述动力供给系统包括高速电主轴（3）和联轴器（7）；高速电主轴（3）水平设置，高速电主轴（3）上安装联轴器（7）；

所述轴向加载装置包括电缸（2）、法兰导管（8）、连接法兰（9）、压力传感器（11）和压力加载盘（13）；电缸（2）的输出端分别和法兰导管（8）、连接法兰（9）水平固定连接，连接法兰（9）依次和压力传感器（11）、压力加载盘（13）相连，实现电缸（2）到压力加载盘（13）的动力传递；

所述轴承磨损实验装置包括水冷套筒（15）、第一基座（16）、第二基座（18）、收口轴芯（19）、机械主轴（20）和试验轴承（28）；其中，水冷套筒（15）水平设置，水冷套筒（15）的前端通过第一挡板（14）和法兰导管（8）相连，压力加载盘（13）伸入水冷套筒（15）内，第一基座（16）靠近压力加载盘（13）设置，试验轴承（28）的外圈安装在第一基座（16）的台阶面上，水冷套筒（15）的尾端和第二基座（18）固定连接，机械主轴（20）通过支撑轴承、隔圈的配合安装在第二基座（18）上，机械主轴（20）的一端通过联轴器（7）与高速电主轴（3）相连，另一端设置内孔倾角斜面以和收口轴芯（19）的斜面接触配合，试验轴承（28）的内圈与收口轴芯（19）轴肩接触配合；水冷套筒（15）和第一基座（16）上各自分别设置和水冷管路相连接的冷却液输入口和冷却液输出口，分别形成进入和输出水冷套筒（15）的水冷通路以及进入和输出第一基座（16）的水冷通路。

2.根据权利要求1所述的高速主轴轴承摩擦磨损实验装置，其特征在于，支撑轴承有三个，分别为第一支撑轴承（25）、第二支撑轴承（26）和第三支撑轴承（27）；所述第一支撑轴承（25）内圈轴肩与机械主轴（20）轴肩接触压紧连接，第二支撑轴承（26）、隔圈、第三支撑轴承（27）分别依次接触安装于机械主轴（20）的外圆周上，第三支撑轴承（27）靠近水冷套筒（15）尾部设置，其通过锁紧螺母（23）与机械主轴（20）固定连接。

3.根据权利要求1所述的高速主轴轴承摩擦磨损实验装置，其特征在于，压力加载盘（13）上安装加速度传感器（66）。

4.根据权利要求1所述的高速主轴轴承摩擦磨损实验装置，其特征在于，试验轴承（28）的外圈靠近安装温度传感器（67）。