一种水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置及方法

1.本发明涉及轴承性能测试技术领域，具体涉及一种水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置及方法。


背景技术：

2.水润滑橡胶轴承具有无污染、节能减排等优点，已广泛应用于各类船舶、水轮机、水泵等装备。但是在低速、重载、频繁启停等极端工况条件下，水润滑橡胶轴承处于混合润滑甚至边界润滑状态，极易产生摩擦振动噪声。而现有试验技术和装置无法排除主轴涡动、水润滑橡胶轴承密封圈附加摩擦力矩的影响，难以准确地测量水润滑橡胶轴承摩擦系数和摩擦噪声。


技术实现要素：

3.针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种准确测量水润滑橡胶轴承的摩擦系数、摩擦振动和摩擦噪声的水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置及方法。
4.为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
5.提供一种水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置，其包括用于安装待检测橡胶轴承的轴承舱，轴承舱悬空放置在上端开口的第一水润滑箱内，待检测橡胶轴承与旋转主轴连接，轴承舱的上端设置第一液压缸和第二液压缸，第一液压缸和第二液压缸在竖直平面内相互垂直；第一液压缸和第二液压缸的伸缩端分别通过连接座固定在轴承舱上，第一液压缸和第二液压缸的尾部分别通过铰接座铰接在上方的龙门架上；
6.第一水润滑箱的下方设置有上端开口的第二水润滑箱，第二水润滑箱的尺寸大于第一水润滑箱的尺寸；第二水润滑箱与第一水润滑箱分别通过管道与变频水泵连接，变频水泵通过管道与变温水箱连接；
7.旋转主轴的一端穿过第一水润滑箱侧壁开设的通孔与主轴箱传动连接，主轴箱的旋转轴通过第一轮胎联轴器与转矩转速传感器连接，转矩转速传感器通过第二轮胎联轴器与驱动电机的转轴连接，通孔与旋转主轴间隙配合。
8.进一步地，第一液压缸和第二液压缸上均设置有力传感器，轴承舱上设置振动加速度传感器。
9.进一步地，第一液压缸和第二液压缸分别通过加载连接耳与轴承舱连接，加载连接耳为等腰三角形结构，加载连接耳的两个底脚通过连接座固定在轴承舱的两端，加载连接耳的顶角通过连接座与第一液压缸或第二液压缸的伸缩端连接。
10.进一步地，第一液压缸和第二液压缸成90
°
v形对称的分布在轴承舱的两侧。
11.进一步地，轴承舱的上端竖直设置有导向板，导向板的两侧均设置有导向辊，两侧导向板夹紧导向辊，且导向板与导向辊滚动接触，导向辊的两端通过轴承座安装支撑板上，支撑板固定在水平的支撑桥上，支撑桥固定安装在龙门架上。
12.进一步地，轴承舱包括外壳体，外壳体的一端设置有限位环，外壳体的另一端开
口，外壳体的开口处设置有端盖，待检测橡胶轴承安装在外壳体内，且待检测橡胶轴承外套有弹簧夹紧套，旋转主轴擦穿过端盖与待检测橡胶轴承连接，弹簧夹紧套两端的外壁上均设置有收口，弹簧夹紧套的两端分别套有第一锥套和第二锥套，第一锥套和第二锥套的内壁通过锥形面与弹簧夹紧套的外壁锁紧接触；
13.第二锥套与限位环配合限位，且限位环上设置有顶出螺钉，顶出螺钉与待检测橡胶轴承的侧面接触，限位环上设置有与第二锥套螺纹连接的紧固螺栓；第一锥套上设置有拉出螺栓，拉出螺栓穿过端盖，且拉出螺栓通过螺母锁紧在端盖上；端盖上设置有压紧螺栓，压紧螺栓与第一锥套的侧面接触。
14.进一步地，弹簧夹紧套与待检测橡胶轴承间隙配合，待检测橡胶轴承的外径比弹簧夹紧套的内径小0.5～1.0mm。
15.提供一种利用上述水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置对水润滑橡胶轴承的性能进行测试的方法，其包括以下步骤：
16.s1：将第二锥套装入外壳体内，预拧紧紧固螺栓；再依次装入弹簧夹紧套和第一锥套；
17.s2：通过木榔头缓慢敲打待测水润滑轴承，使其缓慢装入弹簧夹紧套中，拧紧压紧螺钉，再拧紧紧固螺栓，测水润滑轴承与轴承舱装配完成；
18.s3：装配完成后，将轴承舱置入第一水润滑箱内，连接第一液压缸和第二液压缸的伸缩端，再将旋转主轴与测水润滑轴承连接；
19.s4：变频水泵抽取恒温水箱中设定温度t的润滑水注入第一水润滑箱中，直到浸没轴承舱；
20.s5：驱动电机带动待测水润滑轴承以设定的转速n转动，转矩转速传感器检测测试此时的摩擦力矩m1，计算摩擦系数f1：f1＝2m1/(w
·
d)，d为水润滑轴承直径，w为施加的载荷，w2＝w
x2
+w
y2
，w
x
为第一液压缸施加的载荷，wy为第二液压缸施加的载荷，加速度传感器检测摩擦振动加速度a1，在第一水润滑箱旁安装超声测试仪，检测摩擦噪声z1；
21.s6：恒温水箱改变水温，改变水温的润滑水注入第一水润滑箱内，多余的润滑水流入第二水润滑箱内，执行步骤s5，得到摩擦系数f2、摩擦振动加速度a2和摩擦噪声z2；
22.s7：向第一水润滑箱内加入设定浓度的泥沙水，执行步骤s5，得到摩擦系数f3、摩擦振动加速度a3和摩擦噪声z3；
23.s8：驱动第一液压缸和第二液压缸向轴承舱施加设定的载荷w
x
和wy，执行步骤s5，得到摩擦系数f4、摩擦振动加速度a4和摩擦噪声z4；
24.s9：测试结束后，从第一水润滑箱内取出轴承舱，先拧松压紧螺钉，再通过拉出螺栓使第一左锥套脱开；
25.s10：最后通过旋动顶出螺钉，将水润滑轴承顶出外壳体。
26.本发明的有益效果为：本发明可以实现低速、重载、频繁启停、不同泥沙配比、不同水温等复杂工况条件下，水润滑橡胶轴承的摩擦系数、摩擦振动、摩擦噪声等测试，具有安装简便、测试准确等优点。轴承舱无需密封，避免了附加的摩擦力矩，第一水润滑箱水满后会沿着旋转主轴端流入到第一水润滑箱。旋转主轴旋转时，待检测橡胶轴承通过导向板和导向辊限位，轴承舱只能上、下移动，并通过两个液压缸向待检测橡胶轴承加载，这样能确保轴承相对稳定，旋转主轴和轴承均不会涡动，避免轴承摩擦振动测试过程中的不必要扰
动。
附图说明
27.图1为水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置的结构图。
28.图2为轴承舱与液压缸的连接结构图。
29.图3为第一水润滑箱的内部结构图。
30.图4为轴承舱的剖切图。
31.其中，1、驱动电机，2、第二轮胎联轴器，3、转矩转速传感器，4、第一轮胎联轴器，5、恒温水箱，6、主轴箱，7、第一水润滑箱，8、第二水润滑箱，9、变频水泵，10、轴承舱，11、第一液压缸，12、加速度传感器，13、第二液压缸，14、导向板，15、导向辊，16、待检测橡胶轴承，17、加载连接耳，18、连接座，19、拉出螺栓，20、端盖，21、第一锥套，22、弹簧夹紧套，23、第二锥套，24、紧固螺栓，25、顶出螺钉。
具体实施方式
32.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
33.如图1至图4所示，本方案的水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置包括用于安装待检测橡胶轴承16的轴承舱10，轴承舱10悬空放置在上端开口的第一水润滑箱7内，待检测橡胶轴承16与旋转主轴连接，轴承舱10的上端设置第一液压缸11和第二液压缸13，第一液压缸11和第二液压缸13在竖直平面内相互垂直；第一液压缸11和第二液压缸13的伸缩端分别通过连接座18固定在轴承舱10上，第一液压缸11和第二液压缸13的尾部分别通过铰接座铰接在上方的龙门架上。
34.第一水润滑箱7的下方设置有上端开口的第二水润滑箱8，第二水润滑箱8的尺寸大于第一水润滑箱7的尺寸；第二水润滑箱8与第一水润滑箱7分别通过管道与变频水泵9连接，变频水泵9通过管道与变温水箱连接。
35.旋转主轴的一端穿过第一水润滑箱7侧壁开设的通孔与主轴箱6传动连接，主轴箱6的旋转轴通过第一轮胎联轴器4与转矩转速传感器3连接，转矩转速传感器3通过第二轮胎联轴器2与驱动电机1的转轴连接，通孔与旋转主轴间隙配合。
36.通过第一液压缸11和第二液压缸13向待检测橡胶轴承16施加均匀的载荷，轴承舱10无需密封，避免了附加的摩擦力矩，第一水润滑箱7水满后会沿着旋转主轴端流入到第一水润滑箱7，恒温水箱5为第一水润滑箱7内提供恒温的润滑水，并可调控润滑水的温度，通过第一水润滑箱7和第二水润滑箱8的循环作用，确保第一水润滑箱7内的水温稳定。
37.第一液压缸11和第二液压缸12上均设置有力传感器12，轴承舱上设置振动加速度传感器。利用加速度传感器12测量待检测橡胶轴承16转动时的振动系数，利用力传感器12测量施加的载荷。
38.第一液压缸11和第二液压缸13分别通过加载连接耳17与轴承舱10连接，加载连接耳17为等腰三角形结构，加载连接耳17的两个底脚通过连接座18固定在轴承舱10的两端，
加载连接耳17的顶角通过连接座18与第一液压缸11或第二液压缸13的伸缩端连接。加载连接耳17能有稳定的将第一液压缸11和第二液压缸13加载的力传递到待检测橡胶轴承16，并且使得轴承舱10不会出现倾斜，加载力受力均匀。
39.第一液压缸11和第二液压缸13成v形对称的分布在轴承舱10的两侧，第一液压缸11和第二液压缸13同时向轴承舱10施加载荷，可有效避免出现转矩，使得受力垂直向下。
40.轴承舱10的上端竖直设置有导向板14，导向板14的两侧均设置有导向辊15，两侧导向板14夹紧导向辊15，且导向板14与导向辊15滚动接触，导向辊15的两端通过轴承座安装支撑板上，支撑板固定在水平的支撑桥上，支撑桥固定安装在龙门架上，通过导向板14与导向辊15对轴承舱10的水平方向进行限位，避免出现晃动，并确保轴承舱10的振动方向为竖向。
41.轴承舱10包括外壳体，外壳体的一端设置有限位环，外壳体的另一端开口，外壳体的开口处设置有端盖20，待检测橡胶轴承16安装在外壳体内，且待检测橡胶轴承16外套有弹簧夹紧套22，旋转主轴擦穿过端盖20与待检测橡胶轴承16连接，弹簧夹紧套22两端的外壁上均设置有收口，弹簧夹紧套22的两端分别套有第一锥套21和第二锥套23，第一锥套21和第二锥套23的内壁通过锥形面与弹簧夹紧套22的外壁锁紧接触。
42.第二锥套23与限位环配合限位，且限位环上设置有顶出螺钉25，顶出螺钉25与待检测橡胶轴承16的侧面接触，限位环上设置有与第二锥套23螺纹连接的紧固螺栓24；第一锥套21上设置有拉出螺栓19，拉出螺栓19穿过端盖20，且拉出螺栓19通过螺母锁紧在端盖20上；端盖20上设置有压紧螺栓，压紧螺栓与第一锥套21的侧面接触。
43.待检测橡胶轴承16的安装便捷、可靠，采用锥套夹紧的方式进行安装。待检测橡胶轴承16和弹簧夹紧套22采用间隙配合，弹簧夹紧套22的内径比水润滑轴承大0.5～1.0mm。通过两端的锥套加弹簧夹紧套22将待检测橡胶轴承16牢牢夹紧，满足试验的需求。
44.旋转主轴旋转时，待检测橡胶轴承16通过导向板14和导向辊15限位，轴承舱10只能上、下移动，并通过两个液压缸向待检测橡胶轴承16加载，这样能确保轴承相对稳定，旋转主轴和轴承均不会涡动，避免轴承摩擦振动测试过程中的不必要扰动。
45.利用上述水润滑橡胶轴承摩擦振动噪声测试装置对水润滑橡胶轴承的性能进行测试的方法包括以下步骤：
46.s1：将第二锥套23装入外壳体内，预拧紧紧固螺栓24；再依次装入弹簧夹紧套22和第一锥套21；
47.s2：通过木榔头缓慢敲打待测水润滑轴承，使其缓慢装入弹簧夹紧套22中，拧紧压紧螺钉，再拧紧紧固螺栓24，测水润滑轴承与轴承舱10装配完成；
48.s3：装配完成后，将轴承舱10置入第一水润滑箱7内，连接第一液压缸11和第二液压缸13的伸缩端，再将旋转主轴与测水润滑轴承连接；
49.s4：变频水泵9抽取恒温水箱5中设定温度t的润滑水注入第一水润滑箱7中，直到浸没轴承舱10；
50.s5：驱动电机1带动待测水润滑轴承以设定的转速n转动，转矩转速传感器3检测测试此时的摩擦力矩m1，计算摩擦系数f1：f1＝2m1/(w
·
d)，d为待检测橡胶轴承16的直径，w为施加的载荷，w2＝w
x2
+w
y2
，w
x
为第一液压缸11施加的载荷，wy为第二液压缸13施加的载荷，加速度传感器检测摩擦振动加速度a1，在第一水润滑箱7旁安装超声测试仪，检测摩擦噪声z1；
51.s6：恒温水箱5改变水温，改变水温的润滑水注入第一水润滑箱7内，多余的润滑水流入第二水润滑箱8内，执行步骤s5，得到摩擦系数f2、摩擦振动加速度a2和摩擦噪声z2；
52.s7：向第一水润滑箱7内加入设定浓度的泥沙水，执行步骤s5，得到摩擦系数f3、摩擦振动加速度a3和摩擦噪声z3；
53.s8：驱动第一液压缸11和第二液压缸13向轴承舱10施加设定的载荷w
x
和wy，执行步骤s5，得到摩擦系数f4、摩擦振动加速度a4和摩擦噪声z4；
54.s9：测试结束后，从第一水润滑箱7内取出轴承舱10，先拧松压紧螺钉，再通过拉出螺栓19使第一左锥套脱开；
55.s10：最后通过旋动顶出螺钉25，将水润滑轴承顶出外壳体。
56.本发明可以实现低速、重载、频繁启停、不同泥沙配比、不同水温等复杂工况条件下，水润滑橡胶轴承的摩擦系数、摩擦振动、摩擦噪声等测试，具有安装简便、测试准确等优点。轴承舱10无需密封，避免了附加的摩擦力矩，第一水润滑箱7水满后会沿着旋转主轴端流入到第一水润滑箱7。旋转主轴旋转时，待检测橡胶轴承16通过导向板14和导向辊15限位，轴承舱10只能上、下移动，并通过两个液压缸向待检测橡胶轴承16加载，这样能确保轴承相对稳定，旋转主轴和轴承均不会涡动，避免轴承摩擦振动测试过程中的不必要扰动。