专利名称：汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机及其试验方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机及其试验方法，主要适用于汽车轮毂轴承单元防尘性能的模拟试验和评价。
背景技术：
汽车轮毂轴承单元是汽车中关键零部件之一，其用在汽车的一个重要使用部位，是车轮定位的重要构件。现在国际上已经发展到第五代产品，即HUB、SPINDLE、ABS传感器与轴承成为一体，而我国目前尚处于第三代产品的研发阶段。作为汽车正常运行的保障，汽车轮毂轴承单元在使用的过程中除了经受住转弯力、制动冲击力、驱动力等载荷和转速变化带来的随机考验外，还必须要经受住来自风沙、泥浆、高温、低温等恶劣环境的严峻考验。国外要求轮毂轴承单元的寿命为十年或16万公里，而国内的轮毂轴承寿命不到其一半。随着汽车性能的不断提升，对汽车轮毂轴承单元的防尘性能要求也越来越高。国内的汽车轮毂轴承单元生产企业也已开始重视防尘性能这一重要的性能指标，但是目前只有国外少数几个轴承强国对汽车轮毂轴承单元的防尘性能有所研究并拥有相关的试验设备，但实验设备的价格极其昂贵。在国内，目前还没有使用该类试验设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有国内技术中存在的不足，而提供一种精度和稳定性好、成本低、智能化程度高、使用方便快捷的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机及其试验方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机，其特征在于设置有灰尘箱、风管、风机、加载机构、试验头部件、动力部件、机身、电气系统和控制系统，灰尘箱、风机、加载机构、试验头部件、动力部件均安装在机身上，风机安装在灰尘箱的下方，风管的一端与灰尘箱连接，风管的另一端与风机连接，灰尘箱与风管、风机、试验头部件相互连通，灰尘箱设置有内胆、盖板、加热板、折叠防护罩和温度传感器，内胆上设有一层保温层，加热板设置在灰尘箱下部，温度传感器用来测量灰尘箱内温度并输出到控制系统，折叠防护罩用来防止灰尘箱内热量和灰尘介质的泄漏，加载机构与试验头部件连接，提供试验所需要的载荷和力矩，动力部件与试验头部件相连，提供试验所需动力，电气系统提供动力电源和电气保护，控制系统与灰尘箱、风机、加载机构、试验头部件、动力部件和电气系统均连接，控制系统用来监控机器的运行状态和对试验参数进行编程，并适时进行控制反馈。
本发明所述的加载机构设置有加载手轮、梯形丝杠、梯形丝母、中心轴、加载弹簧、S型称重传感器、撞头、加载杆、导向杆、加力杆、丝杆、直线轴承，加载手轮与梯形丝杠匹配连接，梯形丝杠与中心轴之间安装有直线轴承，用来有效减小转动和移动而产生的摩擦力，梯形丝母固定安装在机身上，加载弹簧套在中心轴上，中心轴分别与S型称重传感器、撞头连接，撞头与加载杆连接，加载杆与加力杆连接，梯形丝杠在与梯形丝母的相互作用下，压缩加载弹簧，施加预定载荷，加载弹簧包括大、小两只套装的弹簧，S型称重传感器用来测量所施加载荷的大小并输出到控制系统，撞头用来实现S型称重传感器和加载杆之间载荷的传递，导向杆用来防止中心轴转动，丝杆用来方便地径向移动加载机构，通过调整带有伸缩套的加力杆的长度，从而调整加载预定的试验力矩，加力杆与试验轴承连接并设置有折叠防护罩。
本发明所述的试验头部件设置有连接板、固定座和试验芯轴，试验轴承通过连接板与加载机构连接，获得试验载荷和试验力矩。
本发明控制系统设置有工业控制计算机，实现对试验条件的编程控制和调节，对温度信号、加载信号的获取和处理，并适时进行控制反馈。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括一种如上所述的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机的试验方法，其特征在于包括以下步骤试验准备，电气系统、控制系统启动，启动电机、分机开始试验，试验载荷加载至预置载荷，等待试验时间和循环次数分别达到预置时间和预置次数，存储试验结果，停止电机、风机，卸载，关闭电气系统、控制系统，取下试验轴承和试验芯轴。
本发明设计合理、结构紧凑、测试精确，可以精确地设置试验温度、试验喷沙、循环次数、试验时间等参数，测试过程智能、准确、直观、快速。
图1为本发明实施例的正视示意图。
图2为本发明实施例的俯视示意图。
图3为本发明实施例的左视示意图。
图4为本发明实施例灰尘箱的正视示意图。
图5为本发明实施例灰尘箱的左视示意图。
图6为本发明实施例加载机构的俯视示意图。
图7为本发明实施例加载结构的正视示意图。
图8本发明实施例的控制流程图。
图1～7中1-灰尘箱，2-风机，3-加载机构，4-试验头部件，5-动力部件，6-机身，8-电气控制箱，9-内胆，10-盖板，11-保温层，12-加热板，13-折叠防护罩，14-温度传感器，15-风管，16-风机电机，18-加载手轮，19-梯形丝杠，20-梯形丝母，21-中心轴，22-加载弹簧，23-S型称重传感器，24-撞头，25-加载杆，26-导向杆，27-加力杆，28-丝杆，29-连接板，30-固定座，31-试验芯轴，32-试验轴承，33-直线轴承。
具体实施例方式参见图1～图7，本发明实施例汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机设置有灰尘箱1、风机2、加载机构3、试验头部件4、动力部件5、机身6和电气控制箱8，电气系统和控制系统均安装在电气控制箱8中，电气系统和控制系统的工作状态在电气控制箱8的上部显示出来，灰尘箱1、风机2、加载机构3、试验头部件4、动力部件5均安装在机身6上，风机2安装在灰尘箱1的下方，风管15的一端与灰尘箱1连接，风管15的另一端与风机2连接，灰尘箱1与风机2、风管15、试验头部件4相互连通，风机2设置有风机电机16、传动轴、叶轮，将灰尘箱1中的灰尘和温度环境送至试验头部件4，提供试验所需要的灰尘和温度环境，加载机构3与试验头部件4连接，提供试验所需要的载荷和力矩，动力部件5与试验头部件4相连，动力部件5包括主轴和电机，提供试验所需动力，电机可采用普通电机、变频电机或者变频器和电机的组合，电气系统提供动力电源和电气保护，控制系统与灰尘箱1、风机2、加载机构3、试验头部件4、动力部件5和电气系统均连接，控制系统用来监控本实施例的运行状态和对试验参数进行编程，并根据试验参数和运行状态的结果适时进行控制反馈。
本发明实施例的灰尘箱1设置有内胆9、盖板10、加热板12、折叠防护罩13和温度传感器14，内胆9上设有一层保温层11，起到保温的作用，加热板12安装在灰尘箱1下部，起到加热循环空气和灰尘介质的作用，温度传感器14与控制系统连接，用来测量灰尘箱1内温度并输出到控制系统，折叠防护罩13安装在加载机构3上，用来有效地减小灰尘箱1内热量和灰尘介质的泄漏。
本发明实施例的加载机构3设置有加载手轮18、梯形丝杠19、梯形丝母20、中心轴21、加载弹簧22、S型称重传感器23、撞头24、加载杆25、导向杆26、加力杆27、丝杆28和直线轴承33，手轮18通过键和螺母与梯形丝杠19固定在一起，梯形丝杠19与中心轴21之间安装有直线轴承33，梯形丝母20和直线轴承33外圈紧间隙配合，直线轴承33内圈和中心轴21紧间隙配合，梯形丝母20固定在机身6上，加载弹簧22套在中心轴21上，中心轴21通过螺钉分别与S型称重传感器23、撞头24连接，撞头24通过螺钉加载杆25连接，加载杆25通过铰链与加力杆27连接。转动加载手轮18可带动梯形丝杠19转动，直线轴承33用来有效减小转动和移动而产生的摩擦力，梯形丝杠19在与梯形丝母20的相互作用下，压缩加载弹簧22，施加预定载荷，加载弹簧22包括大、小两只套装的弹簧，S型称重传感器23用来测量所施加载荷的大小并输出到控制系统，撞头24用来实现S型称重传感器23和加载杆25之间载荷的传递，导向杆26用于防止中心轴21转动，丝杆28用来方便地径向移动加载机构3，通过调整带有伸缩套的加力杆27的长度，从而调整加载预定的试验力矩(偏载)，加力杆27与试验轴承32连接并设置有折叠防护罩13。
本发明实施例的试验头部件4设置有连接板29、固定座30和试验芯轴31，试验轴承32通过螺栓、垫块、连接板29与加载机构3连接，获得试验载荷和试验力矩，试验轴承32通过螺栓、键、固定座30与试验芯轴31连接，获得试验所需要的动力。
本发明实施例的控制系统设置有工业控制计算机，实现对电机试验转速的控制和调节，接受温度传感器14的温度信号、S型称重传感器23的加载信号并进行处理，并根据试验情况进行控制反馈。
本发明实施例试验轴承32的内径范围为φ20～φ60mm；试验轴承32的转速范围为500～3000r/min；试验轴承32的最大轴向载荷为5kN，加载误差应小于±2％；灰尘箱1的温度范围为20～160℃，温度误差±5℃。
参看图8，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案还包括一种如上所述的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机的试验方法，包括以下步骤试验准备，电气系统、控制系统启动，启动电机、风机2开始试验，试验载荷F加载至预置载荷F0，等待试验时间T和循环次数M分别达到预置时间T0和预置次数M0，存储试验结果，停止电机、风机2，卸载，关闭电气系统、控制系统，取下试验轴承32和试验芯轴31。
试验准备工作包括试验芯轴31的安装、试验轴承32的安装和固定、加载机构3位置的调整等操作。首先将试验芯轴31装入动力部件5的主轴，用螺栓和固定座30将试验轴承32固定连接在试验芯轴31上，并用螺钉压紧，使试验轴承32与试验芯轴31成为一体，用螺栓和连接板29将试验轴承32和加力杆27连接，用铰链将加载杆25和加力杆27连接，调整加载机构3的位置，使加力杆27伸缩到预定的长度，将试验灰尘加入灰尘箱1内。
电气系统、控制系统启动包括接通电源，工业控制计算机的初始化、工业控制计算机的设置，在工业控制计算机内对其信息栏进行试验日期、试验轴承型号、试验轴承编号、检查员姓名、试验转速N等信息的初始化，对试验轴承32的试验温度、喷砂、试验时间T、循环次数M、试验转速N、试验载荷F等参数进行编程，对电机(或变频器)进行初始化，然后检查试验机是否处于正常状态、各处的接线是否正确牢靠、试验参数设置是否正确，当不正常时进行调整直至一切正常。
然后启动电机、风机2开始试验，试验载荷F加载至预置载荷F0包括转动加载手轮18，将试验载荷F加至预置载荷F0。
试验时，工业控制计算机对试验过程进行监测，当试验时间T和循环次数M分别达到预置时间T0和预置次数M0时，存储试验结果，停止电机、风机2和主轴，反向摇动加载手轮18，进行卸载，关闭电气系统和控制系统，等灰尘箱1温度降低后取下试验轴承32和试验芯轴31，试验结束。
本发明试验方法的依据如下汽车轮毂轴承单元防尘性能是指其在灰尘飞扬的环境中运转，轴承单元本身能防止灰尘颗粒侵入其内部的能力。汽车轮毂轴承单元防尘性能是指将其置于特定的灰尘环境中，以设定的转速和载荷运转一段时间后，根据灰尘颗粒是否进入轴承单元以及进入其内部的情况来判别其防尘性能的试验。本发明的单套汽车轮毂轴承单元防尘性能评分标准如表1所示。经本发明试验后的轴承样品的最终检验参照行业标准SH/T0336(显微镜法)进行，同时从已经试验过的轴承样品两端分别取样，对比检查得出灰尘侵入量。
表1 单套汽车轮毂轴承单元防尘性能评分标准。
权利要求
1.一种汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机，其特征在于设置有灰尘箱、风管、风机、加载机构、试验头部件、动力部件、机身、电气系统和控制系统，灰尘箱、风机、加载机构、试验头部件、动力部件均安装在机身上，风机安装在灰尘箱的下方，风管的一端与灰尘箱连接，风管的另一端与风机连接，灰尘箱与风管、风机、试验头部件相互连通，灰尘箱设置有内胆、盖板、加热板、折叠防护罩和温度传感器，内胆上设有一层保温层，加热板设置在灰尘箱下部，温度传感器用来测量灰尘箱内温度并输出到控制系统，折叠防护罩用来防止灰尘箱内热量和灰尘介质的泄漏，加载机构与试验头部件连接，提供试验所需要的载荷和力矩，动力部件与试验头部件相连，提供试验所需动力，电气系统提供动力电源和电气保护，控制系统与灰尘箱、风机、加载机构、试验头部件、动力部件和电气系统均连接，控制系统用来监控机器的运行状态和对试验参数进行编程，并适时进行控制反馈。
2.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机，其特征在于所述的加载机构设置有加载手轮、梯形丝杠、梯形丝母、中心轴、加载弹簧、S型称重传感器、撞头、加载杆、导向杆、加力杆、丝杆、直线轴承，加载手轮与梯形丝杠匹配连接，梯形丝杠与中心轴之间安装有直线轴承，用来有效减小转动和移动而产生的摩擦力，梯形丝母固定安装在机身上，加载弹簧套在中心轴上，中心轴分别与S型称重传感器、撞头连接，撞头与加载杆连接，加载杆与加力杆连接，梯形丝杠在与梯形丝母的相互作用下，压缩加载弹簧，施加预定载荷，加载弹簧包括大、小两只套装的弹簧，S型称重传感器用来测量所施加载荷的大小并输出到控制系统，撞头用来实现S型称重传感器和加载杆之间载荷的传递，导向杆用来防止中心轴转动，丝杆用来方便地径向移动加载机构，通过调整带有伸缩套的加力杆的长度，从而调整加载预定的试验力矩，加力杆与试验轴承连接并设置有折叠防护罩。
3.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机，其特征在于所述的试验头部件设置有连接板、固定座和试验芯轴，试验轴承通过连接板与加载机构连接，获得试验载荷和试验力矩。
4.根据权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机，其特征在于控制系统设置有工业控制计算机，实现对试验条件的编程控制和调节，对温度信号、加载信号的获取和处理，并适时进行控制反馈。
5.一种如权利要求1所述的汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机的试验方法，其特征在于包括以下步骤试验准备，电气系统、控制系统启动，启动电机、风机开始试验，试验载荷加载至预置载荷，等待试验时间和循环次数分别达到预置时间和预置次数，存储试验结果，停止电机、风机，卸载，关闭电气系统、控制系统，取下试验轴承和试验芯轴。
全文摘要
本发明涉及一种汽车轮毂轴承单元防尘性能模拟试验机，包括灰尘箱、风管、风机、加载机构、试验头部件、动力部件、机身、电气系统和控制系统，灰尘箱与风管、风机、试验头部件相互连通，灰尘箱设置有内胆、盖板、加热板、折叠防护罩和温度传感器，内胆上设有一层保温层，加热板设置在灰尘箱下部，温度传感器用来测量灰尘箱内温度，加载机构与试验头部件连接，提供试验所需要的载荷和力矩，动力部件与试验头部件相连，提供试验所需动力，电气系统提供动力电源和电气保护，控制系统用来监控机器的运行状态和设置试验参数，并适时进行控制反馈。本发明设计合理、结构紧凑，可以精确地设置试验温度、试验喷沙、循环次数、试验时间等参数，测试过程智能、准确、直观、快速。
文档编号G01M17/007GK101038237SQ20071006794
公开日2007年9月19日 申请日期2007年4月10日 优先权日2007年4月10日
发明者李兴林, 张燕辽, 李俊卿, 王兆盛, 曹茂来, 张仰平 申请人:杭州轴承试验研究中心有限公司