专利名称：高速轴承试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴承试验技术领域，尤其涉及ー种高速轴承试验机。
背景技术：
随着数控机床向着高速度、高精度、高效率及环保性等方向的发展，机床上轴承的运转精度和可靠性的要求越来越高，人们也越来越认识到轴承试验的重要性。轴承试验是轴承设计和制造过程中ー个不可缺少的重要的验证过程，在轴承试验机上按照轴承的实际安装エ况、实际运行状态，即轴承的转速、轴向载荷、径向载荷以及环境温度、润滑状态等按实际エ况给定进行运转，达到预定寿命或到轴承失效。试验轴承的加载载荷作为轴承试验机测试的重要參数，其准确性直接影响轴承的试验結果。目前滚动轴承试验机加载方式有以下几种
I、杠杆砝码加载优点是结构简单，不需要载荷传感器测试，由加载砝码可以确定出载荷的大小，但不适合高速，若速度过高会引起砝码振动，导致载荷不稳，变载荷也不方便，仅适用于寿命试验，成本低。2、弹簧加载载荷的大小取决于弹簧的大小和弹簧的压缩量,加载范围较小,所占空间比较大，成本比较低，一般用于特殊试验。3、液压加载这种加载方式简单、无噪声，但受温度影响大，精度低，通过液压油缸对轴承进行径向与轴向加载，径向载荷和轴向载荷通过液压系统作用在活塞上，活塞通过轴向加载套在试验轴承上直接施加轴向载荷，而径向载荷则需要加载到陪试轴承上，通过主轴传递到试验轴承上，根据加载液压油缸面积，计算出载荷。由于液压油缸的边沿效应，实际测试中存在误差，据统计最高达10%。申请号为200620051114. X的中国发明专利公开了ー种滚动轴承试验台，该试验台由试验主轴和加载装置构成，其中加载装置又是由径向和轴向加载装置构成，径向加载装置处于试验主轴的中部，轴向加载装置有两个并分别处于试验主轴的两端，而试验轴承装设在试验主轴两端装设的轴承座内，并通过轴承座与轴向加载装置之间的挡止配合以阻止试验轴承在试验主轴径向的移动，但是该试验台因为其采用的中部输入径向加载カ的结构，存在以下不足之处
1、试验轴承受到的径向载荷是径向加载装置施加的径向外力的分力，而试验台在装配过程中不可避免的会使径向加载系统在试验主轴上的施力点偏离试验主轴的中间位置，从而使得径向外力在试验主轴两端的分力的大小各不相同，使得试验主轴两端装设的试验轴承的工作状况各不相同，进而使得轴承试验的准确性降低，并使得试验轴承上径向载荷的測量和換算的难度增加，使得试验轴承上径向载荷的加载误差増大；
2、在通过径向加载装置通过试验主轴向试验轴承施加径向载荷时，径向加载装置施加在试验主轴上的径向カ会对处于试验主轴两端的试验轴承产生扭カ矩，从而使得在径向加载的过程中，试验主轴对试验轴承的内圈施加轴向力，也就是在径向加载的过程中会存在轴向附加力，使得径向加载的误差増大，使得轴承加载试验的试验精度降低；3、由于径向加载装置通过加 载套与试验主轴转动配合，当需要在试验轴承上进
行高速加载试验时，加载套和试验主轴之间的摩擦力会导致试验主轴的温度急剧增高，使得试验主轴对其两端装设的试验主轴产生径向和轴向应力，对试验轴承的径向加载产生影响，导致试验轴承的径向加载误差増大。
发明内容
本发明提供了一种试验精度高的高速轴承试验机，g在解决现有技术中轴承试验机的精度低的问题。本发明的高速轴承试验机的技术方案如下
ー种高速轴承试验机，包括用于装设试验轴承的试验主轴、向试验轴承施加径向载荷的径向加载装置，所述径向加载装置包括与试验主轴的在试验主轴的径向上限位配合的用于安装试验轴承的轴承座、向主轴施加径向加载カ的径向施カ机构，其特征在于所述的径向加载装置还包括装设于试验主轴上的处于轴承座的轴向上两侧的陪试轴承、两个陪试轴承之间桥接的用于在径向施カ机构的作用下推拉两个陪试轴承的桥接架，所述的桥接架的左右两端分别连接在两个陪试轴承的外圈上，所述的两个陪试轴承分别通过其外圈与轴承座之间设置的径向导向机构沿试验主轴的径向直线导向配合。所述的高速轴承试验机还包括用于从试验轴承的端部向试验轴承施加轴向载荷的轴向加载装置，所述的轴向加载装置包括用于在轴向外力的作用下通过陪试轴承推动试验轴承的外圈相对于试验主轴轴向移动以向试验轴承施加轴向载荷的推移架，所述的推移架上连接有用于向推移架施加轴向外力的轴向施カ机构，所述的推移架处于桥接架的一侧，并在推移架上设有用于供试验主轴的端部伸入以避免在向试验主轴施加轴向和径向载荷时试验主轴和推移架接触的避让通道。所述的轴承座的一侧设置有用于阻止轴承座相对于试验主轴的径向移动的底座，所述的轴承座与底座通过两者之间设置的轴向导向机构沿左右方向导向配合，所述的轴向导向机构包括轴承座和底座之间装设的轴向直线导轨装置，所述的轴向直线导轨装置具有沿试验主轴的轴向延伸的导向部以及用于阻止轴承座和底座在试验主轴的径向相对移动的限位部。 所述的轴向施カ机构包括固定座以及固定座上沿试验主轴的轴向旋设的轴向施カ螺杆，所述的轴向施力螺杆的一端通过止推轴承绕试验主轴的轴向转动装配在推移架的端部，另一端从固定座的侧面伸出。所述的轴向加载装置还包括推移架上连接的用于测量轴向载荷大小的轴向测力装置，所述的轴向测カ装置为装设在止推轴承和推移架之间的拉压カ传感器，所述的止推轴承通过拉压力传感器固定在推移架的端部。所述的径向导向机构包括陪试轴承的外圈和轴承座之间装设的径向直线导轨装置，所述的径向直线导轨装置具有沿试验主轴的径向延伸的导向部以及用于阻止陪试轴承的外圈和轴承座沿试验主轴的轴向相对移动的限位部。所述的径向施力机构包括桥接架的中部沿试验主轴的径向旋设的径向施力螺杆，所述的径向施力螺杆的一端通过止推轴承绕试验主轴的径向转动装配在轴承座的外周上，另一端从桥接架的侧面伸出。
所述的径向加载装置还包括桥接架上连接的用于测量径向载荷大小的径向测力装置，所述的径向测カ装置为装设在止推轴承和轴承座之间的拉压カ传感器，所述的止推轴承通过拉压力传感器固定在轴承座的外周上。
所述的试验主轴上设有用于通过试验轴承的内圈冷却试验轴承的内圈冷却结构，所述的内圈冷却结构包括试验主轴上开设的沿其轴向延伸的轴向通孔以及轴向通孔的两端分别设置的进、出口接头，所述的进、出口接头均通过旋转接头连接在试验主轴的端部，并与所述的轴向通孔连通。所述的轴承座上设有用于通过试验轴承的外圈冷却试验轴承的外圈冷却结构,所述的外圈冷却结构包括轴承座的周壁上开设的沿轴承座的周向延伸的环形的冷却通道以及分别与冷却通道连通的进口和出ロ。本发明于装设有试验轴承的轴承座的左右两侧设置有陪试轴承，并在两个陪试轴承之间桥接有桥接架，通过径向施力机构推拉桥接架以使陪试轴承带动试验主轴向试验轴承施加径向载荷，通过陪试轴承的外圈和轴承座之间设置的径向导向机构减少径向加载时陪试轴承作用在轴承座和试验轴承上的轴向作用力，在使用时，径向加载装置中径向施力机构的作用力依次通过桥接架、陪试轴承和试验主轴施加在试验轴承上，而试验轴承处于两个陪试轴承之间，并通过轴承座保证试验轴承不会相对于试验主轴径向移动，通过径向导向机构保证轴承座和陪试轴承之间只是在试验主轴的径向上相对移动，从而使得径向施力机构施加的作用力的反作用力通过轴承座的作用被作用在试验轴承上，当试验轴承在试验主轴上的安装位置发生变化时，虽然两个陪试轴承作用在试验主轴上的作用力会随着距离陪试轴承的远近发生变化，但是通过试验主轴加载在试验轴承上的径向加载カ始終与施力机构施加在桥接架上的径向外力大小相等，并且径向加载时径向导向机构会消除陪试轴承作用在轴承座上的轴向作用力，陪试轴承会降低试验主轴在高速转动过程中产生的发热量，从而使得本发明中径向载荷的测量更加准确，且测量后试验轴承所受到的径向载荷的換算简单。
图I是本发明的实施例的立体结构示意 图2是本发明的实施例的结构示意 图3是图2的左视 图4是图2中径向加载装置的结构示意 图5是图2中轴向加载装置的结构示意 图6是图2中轴承座和底座的连接结构示意 图7是图2中B处的局部放大不意 图8是图2中C处的局部放大示意图。
具体实施例方式本发明的高速轴承试验机的实施例如图I至图8所示，该试验机包括试验主轴
I、加载装置2、内圈冷却结构3、外圈冷却结构4、电主轴装置5，其中，电主轴装置5和加载装置2分别设置在试验主轴I的左右两端，内圈冷却结构设置3在试验主轴I上，外圈冷却结构4设置在加载装置2上。所述的加载装置2由底座201、轴承座202、陪试轴承203、径向加载装置204和轴向加载装置205构成。其中，陪试轴承203有两个，并分别装设在轴承座202的左右两侧。轴承座202是由固定在试验轴承6的外圈上的内承载体212、内承载体212的外周上固定的浮动轴承座222、浮动轴承座222的前后两端 通过螺钉固定的前后轴承盖232构成，浮动轴承座222的前后两侧分别设置有一个滑楔242，滑楔242与底座201通过两者之间设置的轴向直线导轨装置206沿试验主轴I的轴向导向配合，该轴向直线导轨装置206具有沿试验主轴I的轴向延伸的导向部以及用于阻止轴承座202和底座201在试验主轴I的径向相对移动的限位部；滑楔242和陪试轴承203通过两者之间装设的径向直线导轨装置252沿试验主轴I的径向导向配合，且径向直线导轨装置252具有沿试验主轴I的径向延伸的导向部以及用于阻止轴承座202和陪试轴承203在试验主轴I的轴向相对移动的限位部。径向加载装置204由两个陪试轴承203之间设置的桥接架214以及桥接架214上连接的径向施カ机构224和测カ装置234构成，其中，桥接架214由固定在陪试轴承203的外圈上的陪试轴承座244、桥接在两个陪试轴承座244上的径向支架254构成，所述的陪试轴承座244的前后两侧均设置有径向直线导轨支座264，径向直线导轨装置252装设在该径向直线导轨支座264上；径向施カ机构224由沿上下方向旋设在径向支架254中部的径向施カ螺杆274、径向施カ螺杆274的一端连接的止推轴承284以及径向施カ螺杆274的另ー端旋设的锁紧螺母294构成，所述的止推轴承284为转盘状结构，止推轴承284装设在设置在径向支座254的中部的上端开ロ的止推轴承座2004内，并在止推轴承座2004的上端通过螺钉固定有用于阻止止推轴承284从止推轴承座2004内脱出的止推轴承盖2014，所述的止推轴承盖2014上开设有供径向施カ螺杆274的下端伸入的通孔，径向施カ螺杆274的下端处于止推轴承座2004内，并在径向施力螺杆的274伸入端设有用于与止推轴承284的下端面挡止配合以阻止径向施カ螺杆274的下端从止推轴承座2004内脱出的挡板2024 ;径向测カ装置234包括止推轴承座2004和轴承座202之间设置的拉压カ传感器2034以及拉压カ传感器2034的底端设置的安装座2044，所述的拉压カ传感器2034的上端固定在止推轴承座2004上、下端通过安装座2044固定在轴承座202的外周上，从而使得径向施カ机构224通过径向测カ装置234固定在轴承座202的外周上，并在拉压カ传感器2034上设有用于输出拉カ传感器2034所测量到的径向载荷的径向检测接ロ 2054。轴向加载装置205由桥接架的右侧设置的推移架2064、推移架2064的右侧依次设置的轴向测力装置2074和轴向施カ机构2084构成，其中，推移架2064上开设有供试验主轴I的右端伸入并在试验主轴I轴向和径向运动时使试验主轴I的右端不与推移架2064接触的避让通道2094 ;轴向施カ机构2084由固定座2104、固定座2104上沿左右方向旋设的轴向施カ螺杆2114、轴向施カ螺杆2114的一端连接的止推轴承2124和轴向施カ螺杆2124的另一端旋设的锁紧螺母2134构成，所述的轴向施カ螺杆2124的右端从固定座2104上开设的沿左右方向延伸的通孔内穿过，所述的止推轴承2124装设在右端开ロ的止推轴承座2144内，并在止推轴承座2144的右端通过螺钉固定有用于封上其开ロ的止推轴承盖2154，在止推轴承盖2154上开设有用于供轴向施力螺杆的左端穿过的通孔，轴向施カ螺杆2124的左端通过该通孔伸入止推轴承座2144内，并通过其伸入端的端部设置的挡止板2164阻止轴向施カ螺杆2124从止推轴承座2144内脱出；轴向测力装置2074包括轴向施カ机构2084和推移架2064之间设置的拉压カ传感器2174以及拉压カ传感器2174的左端设置的安装座2184，拉压カ传感器2174的右端固定在止推轴承座2144上，左端通过安装座2184固定在推移架2064的右端，并在拉压カ传感器2174上设有用于输出拉压カ传感器2174所测量到的轴向载荷的轴向拉カ检测接ロ 2194。所述的电主轴装置5包括试验主轴I的左端同轴设置的电主轴501以及电主轴501的右端通过螺钉固定连接的电主轴接头502，其中电主轴接头502的右端设置有与试验主轴501的左端设置的法兰吻合贴合的法兰，电主轴501的右端法兰和试验主轴I的左端法兰上开设有相互连通的螺栓用孔，并通过该螺栓用孔内穿设的尼龙绳503使这ー对法兰构成用于连接电主轴5和试验主轴I的弹性联轴器。所述的内圈冷却结构3包括试验主轴I、电主轴501和电主轴接头502上开设的相互连通的沿轴向延伸的中心通孔301、电主轴501的左端通过旋转接头302连接的出水ロ接头303以及试验主轴I的右端通过旋转接头302连接的进水口接头304，其中两个旋转接头302分别固定在电主轴501和试验主轴I上，并将进水口接头304装设在推移架2064上开设的避让通道2094内；在电主轴接头502和试验主轴I的连接处设置有贴设在中心通孔
301的内壁上的铜管305，以使电主轴接头502的中心孔301和试验主轴I的中心孔301通过该铜管305连通。所述的外圈冷却结构4包括内承载体212的外周上开设的两个并列间隔布置的环形冷却水槽401以及浮动轴承座222的周壁上开设的与环形冷却水槽401连通的进、出水ロ 402、403，并在浮动轴承座222和内承载体212的周壁上可设有相互连通的用于安装测温装置的温度測量接ロ 404，并将两个环形冷却水槽401通过两者之间开设的贯通槽405连通。本发明在径向加载时，通过手动扳手旋转径向施カ螺杆274使其处于拉伸状态，并通过锁紧螺母294将径向施カ螺杆274锁定在拉伸状态，而径向施カ螺杆274所受到的拉カ会通过止推轴承284、止推轴承座2004和止推轴承盖2014作用在拉压カ传感器2034上，由于拉压力传感器2034通过安装座2044、轴承座202和底座201被固定在试验平台上，因而能够通过径向检测接ロ 2054输出径向施力机构上产生的径向外力的大小，同时，径向施カ螺杆274会对径向支架254施加一个向下的作用力，该向下的作用力会依次通过陪试轴承座244、陪试轴承203和试验主轴I而作用在试验轴承6上，从而达到向试验轴承6施加径向载荷的目的。在向试验轴承6施加径向载荷的过程中，滑楔242的左右两侧设置的径向直线导向装置252的限位部会阻止轴承座202与陪试轴承203在左右方向上相对移动，避免向试验轴承6上施加轴向载荷，进而提高了试验轴承6径向加载试验的准确性，从而根据下面的计算公式可以计算出试验轴承上加载的径向载荷，具体的试验公式如下
\Fr=ar-0-s[^ = /^x φ+κ
式中Fr为作用在试验轴承6的径向载荷；σ r为径向施カ螺杆274所受到的拉カ；G为径向加载装置204和陪试轴承6的重力之和；ε为径向直线导向装置252上的摩擦力；μ为径向直线导向装置252的摩擦力系数，ω为作用在径向直线导向装置252所受的压力；K为径向直线导向装置252的刮油片阻力。由于作用于垂直径向直线导轨装置252的运动方向的压カ为零，且径向直线导轨装置252的刮油片阻力K可測量得出，or直接通、过拉压力传感器2034读出，G也可以测量得出。由此得出作用于试验轴承6的精确径向力Fr。根据上下方向延伸的径向直线导轨装置的无间隙运动特性，可知在试验主轴I在震动的エ况下，本径向精确加载装置不会对实验轴承6产生附加振动以影响径向载荷的加载。本发明在轴向加载时，通过手动扳手旋转轴向施カ螺杆2114以使轴向施カ螺杆2114上产生向左的推力，该推力依次通过止推轴承2124、止推轴承座2144、拉压カ传感器2174和推移架2064作用在轴承座202右侧的陪试轴承座244上，从而通过陪试轴承座244向左挤压轴承座202向试验轴承6施加向左的轴向载荷，并通过两者试验轴承6之间设置的轴承隔套阻止两个试验轴承6的内圈相对移动，通过拉压力传感器2174上设置的轴向检测接ロ 2194输出轴向施カ螺杆2114所受到的轴向推力。在整个轴向加载过程中，轴承座202会随着轴向直线导轨装置206会阻止轴承座202与底座在上下方向上相对移动，提高试验轴承6轴向加载的准确性，从而根据下面的计算公式可以计算出试验轴承6上加载的轴 向载荷，具体的试验公式如下
权利要求
1.一种高速轴承试验机，包括用于装设试验轴承的试验主轴、向试验轴承施加径向载荷的径向加载装置，所述径向加载装置包括与试验主轴的在试验主轴的径向上限位配合的用于安装试验轴承的轴承座、向主轴施加径向加载力的径向施力机构，其特征在于所述的径向加载装置还包括装设于试验主轴上的处于轴承座的轴向上两侧的陪试轴承、两个陪试轴承之间桥接的用于在径向施力机构的作用下推拉两个陪试轴承的桥接架，所述的桥接架的左右两端分别连接在两个陪试轴承的外圈上，所述的两个陪试轴承分别通过其外圈与轴承座之间设置的径向导向机构沿试验主轴的径向直线导向配合。
2.根据权利要求I所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的高速轴承试验机还包括用于从试验轴承的端部向试验轴承施加轴向载荷的轴向加载装置，所述的轴向加载装置包括用于在轴向外力的作用下通过陪试轴承推动试验轴承的外圈相对于试验主轴轴向移动以向试验轴承施加轴向载荷的推移架，所述的推移架上连接有用于向推移架施加轴向外力的轴向施力机构，所述的推移架处于桥接架的一侧，并在推移架上设有用于供试验主轴的端部伸入以避免在向试验主轴施加轴向和径向载荷时试验主轴和推移架接触的避让通道。
3.根据权利要求2所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的轴承座的一侧设置有用于阻止轴承座相对于试验主轴的径向移动的底座，所述的轴承座与底座通过两者之间设置的轴向导向机构沿左右方向导向配合，所述的轴向导向机构包括轴承座和底座之间装设的轴向直线导轨装置，所述的轴向直线导轨装置具有沿试验主轴的轴向延伸的导向部以及用于阻止轴承座和底座在试验主轴的径向相对移动的限位部。
4.根据权利要求2所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的轴向施力机构包括固定座以及固定座上沿试验主轴的轴向旋设的轴向施力螺杆，所述的轴向施力螺杆的一端通过止推轴承绕试验主轴的轴向转动装配在推移架的端部，另一端从固定座的侧面伸出。
5.根据权利要求4所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的轴向加载装置还包括推移架上连接的用于测量轴向载荷大小的轴向测力装置，所述的轴向测力装置为装设在止推轴承和推移架之间的拉压力传感器，所述的止推轴承通过拉压力传感器固定在推移架的端部。
6.根据权利要求I所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的径向导向机构包括陪试轴承的外圈和轴承座之间装设的径向直线导轨装置，所述的径向直线导轨装置具有沿试验主轴的径向延伸的导向部以及用于阻止陪试轴承的外圈和轴承座沿试验主轴的轴向相对移动的限位部。
7.根据权利要求I所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的径向施力机构包括桥接架的中部沿试验主轴的径向旋设的径向施力螺杆，所述的径向施力螺杆的一端通过止推轴承绕试验主轴的径向转动装配在轴承座的外周上，另一端从桥接架的侧面伸出。
8.根据权利要求7所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的径向加载装置还包括桥接架上连接的用于测量径向载荷大小的径向测力装置，所述的径向测力装置为装设在止推轴承和轴承座之间的拉压力传感器，所述的止推轴承通过拉压力传感器固定在轴承座的外周上。
9.根据权利要求I至8任意一项所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的试验主轴上设有用于通过试验轴承的内圈冷却试验轴承的内圈冷却结构,所述的内圈冷却结构包括试验主轴上开设的沿其轴向延伸的轴向通孔以及轴向通孔的两端分别设置的进、出口接头，所述的进、出口接头均通过旋转接头连接在试验主轴的端部，并与所述的轴向通孔连通。
10.根据权利要求I至8任意 一项所述的高速轴承试验机，其特征在于所述的轴承座上设有用于通过试验轴承的外圈冷却试验轴承的外圈冷却结构，所述的外圈冷却结构包括轴承座的周壁上开设的沿轴承座的周向延伸的环形的冷却通道以及分别与冷却通道连通的进口和出口。
全文摘要
本发明涉及一种高速轴承试验机，该试验机于装设有试验轴承的轴承座的左右两侧设置有陪试轴承，并在两个陪试轴承之间桥接有桥接架，通过径向施力机构推拉桥接架带动试验主轴向试验轴承施加径向载荷，通过陪试轴承的外圈和轴承座之间设置的径向导向机构减少径向加载时陪试轴承作用在轴承座和试验轴承上的轴向作用力，从而使得径向施力机构施加的作用力的反作用力通过轴承座的作用被作用在试验轴承上，使得通过试验主轴加载在试验轴承上的径向加载力始终与施力机构施加在桥接架上的径向外力大小相等，并且径向加载时径向导向机构会消除陪试轴承作用在轴承座上的轴向作用力，从而使得本发明中径向载荷的测量更加准确。
文档编号G01M13/04GK102636348SQ201210103079
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者何强, 叶军 申请人:洛阳轴研科技股份有限公司