一种角接触轴承双转子试验机的制作方法

本发明涉及轴承试验机技术领域，具体的说是一种角接触轴承双转子试验机。

背景技术：

轴承是装备制造中重要的、关键基础零部件，直接决定着装备的性能、可靠性及寿命；由于轴承的工作环境恶劣、承受的载荷工况复杂、要有足够长甚至是装备全寿命周期免维护等等，在设计开发和生产制造过程中必须在试验机上对轴承做相应模拟工况的验证，为研究、设计、制造和使用提供可靠的试验数据，为轴承的设计、制造和使用提供依据。高温、高速精密轴间轴承的研发、设计、制造及其试验技术主要被国外少数几个所垄断，我国此类试验机的研发始于7、80年代，由于受当时设计、制造等所限制，试验轴承的内、外直径也仅限中、小尺寸，极限转速也较低，不能满足现在内径大于110mm、外径大于140mm，高温、高转速轴间轴承的试验要求。

特别是对于工作中内外圈同时转动的角接触轴承，因其在工作时要同时承受径向载荷和轴向载荷，因此对角接触轴承的试验标准更为严格，现有技术中尚无可以完成大尺寸、高转速、高载荷角接触轴承试验的双转子试验机。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种角接触轴承双转子试验机，适用于高温、高速运转的大型轴间轴承的试验，双转子能够分别达到同向或异向驱动30000rpm，试验轴承内径大于等于140mm、内圈环下供油温度达到150℃、工作温度达到260℃、径向加载60KN。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种角接触轴承双转子试验机，包括机座，在机座上分别设置有用于装设试验轴承的转子轴、向试验轴承施加径向载荷的径向加载装置、向试验轴承施加轴向载荷的轴向加载装置、监测装置和润滑系统，所述转子轴由内圈转子轴和外圈转子轴组成，试验轴承套设在内圈转子轴的试验端，其外圈与外圈转子轴的试验端固定连接，所述内圈转子轴的浮动端和外圈转子轴的浮动端上各设置有一个轴向加载装置，分别通过内圈转子轴和外圈转子轴向试验轴承施加方向相反的轴向载荷；所述内圈转子轴上还设置有径向加载轴承，所述径向加载装置设置在径向加载轴承上方并向径向加载轴承施加载荷，进一步通过内圈转子轴向试验轴承传递径向载荷；所述外圈转子轴上还设置有陪试圆柱滚子轴承，所述监测装置设置在陪试圆柱滚子轴承的上方。

所述内圈转子轴的试验端上套设有环下润滑套，所述试验轴承套设在环下润滑套上，试验轴承的内圈通过套设在换下润滑套上的第三阶梯套轴向限位；所述环下润滑套的内壁为阶梯套结构，在端壁上开设有与阶梯套结构连通的液压油孔。

所述内圈转子轴为中空轴，且具有多轴肩结构，所述轴向加载装置和径向加载轴承分别设置在两个轴肩处，且径向加载轴承靠近试验轴承设置；所述外圈转子轴为中空轴，其试验端呈圆筒状且内径大于轴身的内径，试验端与轴身的过渡段呈锥形筒状，所述陪试圆柱滚子轴承设置在过渡段与轴身的交汇处。

所述径向加载轴承为圆柱滚子轴承，外圈与径向加载轴承座固定连接、内圈通过第二阶梯套轴向限位，在径向加载轴承的端部还设置有与径向加载轴承座固定连接用于向径向加载轴承提供润滑油的径向加载轴承油气润滑配油盘。

所述径向加载装置包括油缸支架，油缸支架呈倒“V”字形，两侧臂的底端分别与机座固定连接，两侧臂的连接处设置有径向加载油缸，径向加载油缸的油缸柱塞的下端固定连接有传感器安装板，传感器安装板的下部固定设置有荷重传感器，所述径向加载油缸驱动油缸柱塞，带动荷重传感器将径向载荷施加在径向加载轴承座上。

所述陪试圆柱滚子轴承为圆柱滚子轴承，外圈与陪试圆柱滚子轴承座固定连接、内圈通过第一阶梯套轴向限位；在陪试圆柱滚子轴承座上侧还设置有陪试圆柱滚子轴承座压盖，陪试圆柱滚子轴承座压盖与机座固定连接；在陪试圆柱滚子轴承座压盖的两端各设置有一个压环，压环与陪试圆柱滚子轴承座压盖和机座均固定连接并将陪试圆柱滚子轴承座轴向限位；在陪试圆柱滚子轴承的端部设置有与陪试圆柱滚子轴承座固定连接用于向陪试圆柱滚子轴承提供润滑油的陪试圆柱滚子轴承油气润滑配油盘。

所述试验轴承外侧设置有试验轴承舱盖，围成试验舱并将试验轴承置于试验舱中；所述陪试圆柱滚子轴承座压盖上设置有传感器安装座，传感器安装座上连接有安装支架，安装支架深入试验轴承舱盖中；所述监测装置由设置在试验轴承舱盖上的红外温度传感器、设置在安装支架上的非接触式振动传感器和噪声传感器组成。

所述轴向加载装置通过陪试角接触轴承向内圈转子轴和外圈转子轴施加载荷；所述陪试角接触轴承的外圈与陪试角接触轴承座相连接，陪试角接触轴承座包括并列设置的浮动轴承座和配油盘固定座，所述陪试角接触轴承的外圈与浮动轴承座固定连接，在浮动轴承座和配油盘固定座之间的空腔内设置有陪试角接触轴承配油盘，在配油盘固定座上贯通设置有进油道，润滑油气经进油道送入陪试角接触轴承配油盘并依次经过内部设置的陪试角接触轴承配油盘油道和陪试角接触轴承配油盘喷嘴后喷出，对陪试角接触轴承进行油气润滑；所述轴向加载装置包括并列设置且固定连接的轴向加载外压盖和轴向加载内压盖，在轴向加载内压盖上沿圆周方向均匀设置有若干个液压柱塞和若干个预紧弹簧，液压柱塞和预紧弹簧向浮动轴承座施加载荷并传递至陪试角接触轴承，进而通过内圈转子轴和外圈转子轴向试验轴承施加轴向载荷。

所述机座的侧部还分别开设有管线入口、排油口和油气分离出口；所述机座上还盖有机盖，在在机盖的内表面上均匀设置若干条经向加强筋和纬向加强筋，在机盖的顶部还开设有径向加载机构过孔；所述试验机的两端还各设置有一个端盖，端盖与转子轴之间设置有轴端封密封盘。

有益效果：

1、实现了对大直径、高温、高速、环下润滑角接触轴承模拟实际工况试验，且采用双转子结构，可以实现对轴承内外圈同时进行同向同速、同向异速、反向同速或者反向异速旋转的试验；

2、采用双侧轴向加载装置，可以同时对转动中的角接触轴承内圈和外圈施加轴向载荷，也可以选择单向加载，适应不同试验需求；

3、轴向加载装置采用多个预紧弹簧进行预加载，加载力均匀、可以灵活更换以适应不同陪试角接触轴承的需要；

4、随着转轴转速的提高，轴向加载采用多柱塞液压缸进行随动加载，加载精度高、加载平顺性好、相应速度快，适应多种型号轴承型号试验要求；

5、通过陪试角接触轴承和转子轴进行加载，避免使用加载套，不仅简化了试验装置，而且加载力更加均衡，提高了加载效果；

4、试验轴承用的环下润滑套的内壁采用阶梯式结构，通过向阶梯式结构内部液压注油的方式完成拆装，相比于传统的利用热胀冷缩原理拆装的方式，换试验轴承型号时，仅需更换液压可拆分式环下润滑固定套；不但拆卸、安装方便，而且定位精度高，避免了安装试验轴承时产生应力集中，同时也避免了试验轴承拆装时对轴的划伤等破坏；

5、通过设置试验轴承舱盖，实现了试验轴承润滑油与试验环境的有效隔离，避免外界润滑油液对试验轴承润滑检测的影响；

6、轴向加载浮动单元加装了直线轴承，提高了定位精度、径向刚度，有效减小了摩擦阻力；

7、轴向加载装置还设置有力传感器，能够对加载力实时监测，确保试验机的可靠加载运行；

8、试验机采用密封结构，不仅能够提高试验机整体的稳定性，减少外界环境干扰，且试验过程产生的所有废气、油烟等都可以做到有效的收集和处理，减少对环境的污染；

9、径向加载机构安装在机体座下部的基座上，且在径向加载轴承上设置有缓冲垫，使加载环节增加了减震耐磨环节，能够防止因振动对加载力信号的采集、测量产生影响，同时也有效避免了轴系以外振动对轴系的影响；

10、径向加载机构穿过机盖，使机盖不受到径向加载力，在试验转速、温度较低的情况下，可以不安装机盖就进行试验调试，简化了试验流程，提高了试验效率；

11、试验端转动部件采用非接触式温度、振动、噪音传感器，采集信号及时准确可靠，而且各非接触式传感器，不仅安装、拆卸方便，还设置的专用气道，可有效防止各传感器的污染，确保260℃工作环境下可正常工作；

12、试验轴承环下供油喷油油道与试验轴承腔室下盖板设置为一体，内设4路进油道和9路喷嘴孔，不但使结构更加紧凑，方便拆装及调试，而且可以根据试验轴承对环下润滑供油的不同要求灵活调节变换；

13、优化的轴系中各个轴承的支撑位置，在保障试验轴承有效加载的同时，改善了陪试圆柱滚子轴承、径向加载轴承的受力；

14、各个轴承均采用阶梯套进行轴向限位，且阶梯套均设置在轴承不受轴向载荷的一侧，在阶梯套上还开设有注油口，可以利用液压的方式对阶梯套进行拆装，避免了应力集中，且能够保护主轴不受损伤；

15、环下润滑套、阶梯套上开设的注油口设置在一条直径的两端，既能够保证阶梯套在旋转时的结构及受力稳定，不会因为结构不对称影响动平衡；

16、各个部件的支撑装置均采用过渡连接，根据试验需要改变陪试圆柱滚子轴承型号时，只需要更换过渡工装，不仅大幅降低了试验成本，而且在一定直径范围内适应多种型号轴承试验的需要。

附图说明

图1是整体结构示意图；

图2是试验轴承、径向加载轴承和陪试圆柱滚子轴承的安装示意图；

图3是轴向加载装置结构示意图；

图4是径向加载结构示意图；

图5是机座结构示意图；

图6是机盖结构示意图。

附图标记：1、机座，2、轴向加载装置，201、轴向加载外压盖，202、液压柱塞，203、轴向加载内压盖，204、预紧弹簧，3、轴端密封盘，4、外圈转子轴，5、陪试角接触轴承，6、陪试角接触轴承座，7、机盖，8、陪试圆柱滚子轴承，9、试验轴承，10、径向加载轴承，11、径向加载装置，1101、油缸支架，1102、压力传感器，1103、传感器安装板，1104、油缸柱塞，1105、径向加载油缸，12、第一阶梯套，13、陪试圆柱滚子轴承油气润滑配油盘，14、陪试圆柱滚子轴承座，15、陪试圆柱滚子轴承座压盖，16、试验轴承舱盖，17、径向加载轴承座，18、径向加载轴承油气润滑配油盘，19、第二阶梯套，20、内圈转子轴，21、第三阶梯套，22、环下润滑套，23、传感器安装座，24、第四阶梯套，25、浮动轴承座，26、轴向加载整体压盖，27、配油盘固定座，28、隔套，29、陪试角接触轴承配油盘喷嘴，30、陪试角接触轴承配油盘油气道，31、陪试角接触轴承配油盘，32、加载力传感器，33、承压环，34、进油道，35、端盖，36、压环。

具体实施方式

下面根据附图具体说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种角接触轴承双转子试验机，包括机座1，在机座1上分别设置有用于装设试验轴承9的转子轴、向试验轴承9施加径向载荷的径向加载装置11、向试验轴承9施加轴向载荷的轴向加载装置2、监测装置和润滑系统，所述转子轴由内圈转子轴20和外圈转子轴4组成，试验轴承9套设在内圈转子轴20的试验端，其外圈与外圈转子轴4的试验端固定连接。

如图2至图6所示，所述内圈转子轴20的浮动端和外圈转子轴4的浮动端上各设置有一个轴向加载装置2，分别通过内圈转子轴20和外圈转子轴4向试验轴承9施加方向相反的轴向载荷。采用双向轴向加载的方式，可以根据不同试验轴承9的需要变换轴向加载方式，可以选择单向加载或者双向加载的方式，适应多种试验轴承9的试验加载要求。通过转子轴向试验轴承9施加载荷，与传统的使用加载套从轴承转子侧方进行直接加载的方式相比，不但实现了内外圈同时转动轴承的加载，同时避免了加载套对试验轴承9旋转的影响，能够更加精确地对轴承性能进行试验。

所述内圈转子轴20上还设置有径向加载轴承10，所述径向加载装置11设置在径向加载轴承10上方并向径向加载轴承10施加载荷，进一步通过内圈转子轴20向试验轴承9传递径向载荷；所述外圈转子轴4上还设置有陪试圆柱滚子轴承8，所述监测装置设置在陪试圆柱滚子轴承8的上方。

所述内圈转子轴20的试验端上套设有环下润滑套22，所述试验轴承9套设在环下润滑套22上，试验轴承9的内圈通过套设在换下润滑套22上的第三阶梯套21轴向限位；所述环下润滑套22的内壁为阶梯套结构，在端壁上开设有与阶梯套结构连通的液压油孔，通过液压的方式安装或取下。液压油孔共有一个，为了保证环下润滑套22的动平衡精度，避免在高速旋转过程中因为重量分布不平衡造成较大的振动，因此还开设有一个平衡孔，其大小与液压油孔相同但不与阶梯套结构连通，且与液压油孔关于环下润滑套22的轴线对称设置。试验轴承9采用环下润滑的方式，用油量比现有技术中常用的喷油润滑方式少得多，由于油的动力搅拌所导致的功率损失也更少，轴承的发热情况也得到较大改善，甚至内圈温度可能低于外圈而降低轴承故障率。在环下润滑套22内壁上设置阶梯套结构，通过液压油孔可以向阶梯套结构内注油，利用液压的方式来进行拆装。具体的过程为：在安装的时候，首先加热环下润滑套22，套在内圈转子轴20上之后，向液压油孔内注安装用油，同时在外侧对环下润滑套加压，待环下润滑套22冷却后停止注油，则环下润滑套22压紧在内圈转子轴20上，完成安装；在拆卸的时候，向液压油孔内注拆卸用油，在油的作用下环下润滑套22膨胀，即自动滑出。相对于传统的依靠热胀冷缩原理安装轴套的方法，可以消除零件在收缩过程中产生的应力集中对转轴产生的影响，避免转轴出现划伤等受损。针对不同型号的轴承，可以制作不同厚度的环下润滑套，这样只需更换环下润滑套即可适配不同的被试轴承，不用每次更换被试轴承都要更换转轴，能够大大降低试验成本，也能够缩短试验周期。

所述内圈转子轴20为中空轴，且具有多轴肩结构，所述轴向加载装置2和径向加载轴承10分别设置在两个轴肩处，且径向加载轴承10靠近试验轴承9设置；所述外圈转子轴4为中空轴，其试验端呈圆筒状且内径大于轴身的内径，试验端与轴身的过渡段呈锥形筒状，所述陪试圆柱滚子轴承8设置在过渡段与轴身的交汇处。为了能够及时回收从试验轴承9中飞溅出的润滑油，在外圈转子轴4试验端贯通设置有若干条回油道，回油道的方向与过渡段的外壁平行，从试验轴承9中飞溅出的润滑油在洒落在外圈转轴4的过渡段上之后，在离心力的作用下通过回油道甩出，能够避免润滑油不能及时回收造成的阻力增大、进入外圈转子轴4或者内圈转子轴20中空轴心内影响轴系等问题，还能加速润滑油的回收，减少高温润滑油对工作部件的加热时间。

所述径向加载轴承10为圆柱滚子轴承，外圈与径向加载轴承座17固定连接、内圈通过第二阶梯套19轴向限位，在径向加载轴承10的端部还设置有与径向加载轴承座17固定连接用于向径向加载轴承10提供润滑油的径向加载轴承油气润滑配油盘18。径向加载轴承油气润滑配油盘18远离试验轴承9的一端开设有四个进油孔，每个进油孔连通一个沿半径方向设置在径向加载轴承油气润滑配油盘18内部的油道，每个油道对应一个喷嘴，喷嘴朝向径向加载轴承10的外圈滚道。径向加载轴承10采用阶梯套进行轴向定位，与带螺纹的锁紧螺母相比，能保证更高的动平衡精度。

所述径向加载装置11包括油缸支架1101，油缸支架1101呈倒“V”字形，两侧臂的底端分别与机座1固定连接，两侧臂的连接处设置有径向加载油缸1105，径向加载油缸1105的油缸柱塞1104的下端固定连接有传感器安装板1103，传感器安装板1103的下部固定设置有荷重传感器1102，所述径向加载油缸1105驱动油缸柱塞1104，带动荷重传感器1102将径向载荷施加在径向加载轴承座17上。在径向加载轴承油气润滑配油盘18的侧壁上还挖设有一个缓冲垫安装槽，在径向加载轴承座17上也设置有一个与之相连通的安装槽，在缓冲垫安装槽中设置有缓冲垫，径向载荷施加在缓冲垫上，起到减震耐磨的作用，同时能够防止径向加载轴承10及径向加载轴承座17产生较大的轴向偏移。

所述陪试圆柱滚子轴承8为圆柱滚子轴承，外圈与陪试圆柱滚子轴承座14固定连接、内圈通过第一阶梯套12轴向限位；在陪试圆柱滚子轴承座14上侧还设置有陪试圆柱滚子轴承座压盖15，陪试圆柱滚子轴承座压盖15与机座1固定连接；在陪试圆柱滚子轴承座压盖15的两端各设置有一个压环36，压环36与陪试圆柱滚子轴承座压盖15和机座1均固定连接并将陪试圆柱滚子轴承座14轴向限位；在陪试圆柱滚子轴承8的端部设置有与陪试圆柱滚子轴承座14固定连接用于向陪试圆柱滚子轴承8提供润滑油气的陪试圆柱滚子轴承油气润滑配油盘13。陪试圆柱滚子轴承8与机座1装置采用过渡套（及陪试圆柱滚子轴承座14）连接，根据试验需要改变陪试圆柱滚子轴承8的型号时，只需要更换过渡套工装。陪试圆柱滚子轴承8采用油气润滑，改善了陪试圆柱滚子轴承8的润滑效果、减小了陪试圆柱滚子轴承8的摩擦发热，有效提高了轴系的高速回转运动精度，延长了试验机使用寿命。与径向加载轴承10一样采用阶梯套进行轴向定位，效果相同。所述的各个阶梯套的拆装方式均与换下润滑套22相同，注油孔的设置方式也可以相同，或者将注油孔沿径向设置。

所述试验轴承9外侧设置有试验轴承舱盖16，围成试验舱并将试验轴承9置于试验舱中；所述陪试圆柱滚子轴承座压盖15上设置有传感器安装座23，传感器安装座23上连接有安装支架，安装支架深入试验轴承舱盖16中；所述监测装置由设置在试验轴承舱盖16上的红外温度传感器、设置在安装支架上的非接触式振动传感器和噪声传感器组成。试验端转动部件采用非接触式温度、振动、噪音传感器，采集信号及时准确可靠；各非接触式传感器不仅安装、拆卸方便，经过试验，还可以确保在260℃的环境下正常工作。

所述轴向加载装置2通过陪试角接触轴承5向内圈转子轴20和外圈转子轴4施加载荷，陪试角接触轴承5的润滑方式优选为油气润滑。所述陪试角接触轴承5的外圈与陪试角接触轴承座6相连接，陪试角接触轴承座6包括并列设置的浮动轴承座25和配油盘固定座27，所述陪试角接触轴承5的外圈与浮动轴承座25固定连接，在浮动轴承座25和配油盘固定座27之间的空腔内设置有陪试角接触轴承配油盘31，在配油盘固定座27上贯通设置有进油道34，润滑油气经进油气道34送入陪试角接触轴承配油盘31并依次经过内部设置的陪试角接触轴承配油盘油气道30和陪试角接触轴承配油盘喷嘴29后喷出，润滑油气喷向陪试角接触轴承5进行润滑；所述轴向加载装置2包括并列设置且固定连接的轴向加载外端盖301和轴向加载内压盖203，在轴向加载内压盖203同一节圆上沿圆周方向均匀交替设置有若干个液压柱塞202和若干个预紧弹簧204，液压柱塞202和预紧弹簧204向浮动轴承座25施加载荷并传递至陪试角接触轴承5，进一步通过内圈转子轴20和外圈转子轴4向试验轴承9施加轴向载荷。

在实施时，陪试角接触轴承5优选为可以承受较大轴向载荷的角接触轴承。所述的液压柱塞202设置在液压柱塞安装孔中，液压柱塞安装孔贯通轴向加载内压盖203的两个端壁，在轴向加载外压盖上也贯通内部设置有若干个液压油道，液压油道连通有外部供油管路。所述预紧弹簧204设置在预紧弹簧安装孔中，预紧弹簧安装孔仅与轴向加载内压盖203靠近陪试角接触轴承座6的一侧贯通。在试验时，预紧弹簧204对陪试角接触轴承5提供预紧，提供初始预紧力，液压柱塞202用于在试验过程中提供轴向载荷。在浮动轴承座25靠近轴向加载装置2的一侧挖设有一个环状凹槽，在凹槽内设置有一个承压环，液压柱塞203和预紧弹簧204输出的轴向载荷均作用在承压环上，在承压环的非受力端设置有若干个压力传感器（设置在浮动轴承座25的内部），压力传感器采集轴向载荷的数据并通过线路与试验机外部的计算机等监控装置相连接，可以随时检测轴向载荷量并进行控制。

所述机座1的侧部还分别开设有管线入口101、排油口102和油气分离出口103；所述机座1上还盖有机盖7，在在机盖7的内表面上均匀设置若干条经向加强筋和纬向加强筋，在机盖7的顶部还开设有径向加载机构过孔701；所述试验机的两端还各设置有一个端盖35，端盖35与转子轴之间设置有轴端封密封盘3。所述径向加载油缸1105从机盖过孔701中伸出，这样机盖7便不会受到径向加载力，避免了因为机盖振动对径向加载的影响，并且拆卸、安装、调试更加方便，在低速试验的条件下，可以不安装机盖7进行试验调试，以减少试验步骤，提高工作效率。试验机设置为密封结构，既可以保持试验环境不受外界干扰，提高试验准确度，也能够防止试验产生的油气等废物四处逸散，造成环境污染，可以将其先进行收集处理后再排放。

在驱动装置方面，所述内圈转子轴20和外圈转子轴4的浮动端分别通过联轴器与变频电机相连接，根据具体的试验需求，可以进行同向同速、同向异速、异向同速、异向异速的试验。为了简化试验准备过程，可以将内圈转子轴20或者外圈转子轴4的旋转方向固定，只需调节另一个转子轴即可。