专利名称：圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测试试验装置，具体地说是一种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置。
背景技术：
圆柱滚子轴承广泛应用于变速器、电机、仪器仪表、家用电器等机械系统中。作为该类轴承一个非常关键的零部件，保持架的动态性能及可靠性会影响到整个轴承的工作性能。当保持架结构设计不合理、制造精度不高以及运行状况不良时，会造成保持架质心动态轨迹、打滑率、倾斜角以及歪斜角等动态性能指标极不稳定，严重时会造成保持架断裂甚至轴承失效。因此，监测保持架动态性能在分析轴承动态特性中显得非常重要。
由于保持架在运动过程中具有很高的不确定性，很难对运动状态下的保持架进行测试，因此，对保持架动态性能试验方面的研究较少，大多从理论层面展开，且没有足够的试验数据理论分析结果进行验证，极大地限制了圆柱滚子轴承保持架的研究进程。
发明内容
针对现有技术中很难对运动状态下的圆柱滚子轴承保持架进行测试的问题，本发明提供一种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置。为解决上述问题，本发明采用的技术方案是一种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，包括试验主体、电主轴、变频器、液压加载系统、计算机监控系统和数据采集系统，电主轴和液压加载系统分别与试验主体连接，变频器与电主轴连接，电主轴为试验主体提供动力，液压加载系统为试验主体提供试验载荷，液压加载系统加载后试验主体上的测量装置测量的信号以及电主轴和变频器的试验参数分别输入至数据采集系统，数据采集系统信号输出端输入计算机监控系统，计算机监控系统的控制信号输入变频器，通过变频器实现控制电主轴的转速；
所述的液压加载系统设置在试验主体上，由轴向加载组件和径向加载组件组成，试验主体包括试验台底座、左上盖、加载轴承、测量装置、支撑轴承、试验轴系和右上盖，所述试验轴系包括试验轴、端盖、衬套、供油喷头和试验轴承,所述试验轴承为圆柱滚子轴承,试验轴承内圈安装在试验轴上，由锁紧螺母锁紧，试验轴承外圈安装在衬套内，由端盖压紧，供油喷头安装在试验轴内；加载轴承和支撑轴承分别安装在试验轴的两端，轴向加载组件和径向加载组件的加载载荷分别作用于加载轴承上，左上盖和右上盖设置在试验主体的上部,使试验主体形成封闭结构；
所述的测量装置设置在试验轴承的一侧，测量装置包括温度传感器I、位移传感器、位移传感器安装支架和用于检测试验轴承保持架转速的速度传感器，温度传感器I设置在试验轴承外圈上，位移传感器安装在位移传感器安装支架的径向及轴向平面上，位移传感器测量端设置在试验轴承外圈上。本发明，所述的速度传感器由对称设置在试验轴承保持架两侧的磁块、霍尔元件和霍尔元件安装支架组成，两个磁块相隔180°，霍尔元件通过霍尔元件安装支架固定，用于接收保持架两侧磁块的信号来计算出保持架的转速。本发明，所述轴向加载组件为封闭式自成一体的组件，以止口形式卡装在试验台底座与左上盖之间，轴向加载组件包括加载管路、手动液压缸、压力表、压力传感器I和安装支架，手动液压缸与加载管路相连，加载管路上设有压力传感器和压力表，压力传感器固定在安装支架上。本发明，所述的径向加载组件与左上盖为一体。本发明，所述的试验主体由电主轴通过弹性联轴节驱动，对内径为60 120mm的试验轴承进行测试。
本发明，所述加载轴承和支撑轴承均为深沟球轴承。本发明，所述试验装置还包括设备润滑系统，设备润滑系统包括油箱I、油箱II、供油泵、溢流阀、回油泵、回油滤油器、供油滤油器、冷却器、温度传感器II和压力传感器II，管路I 一端与油箱I连通，管路I另一端依次通过供油泵、溢流阀和供油滤油器与油箱II连通，油箱II与管路II连通，管路II上设置有温度传感器II和压力传感器II，管路II与供油喷嘴连接来润滑实验轴承，在封闭的试验轴系箱体里，装有回油管，回油管的一端与油箱I连通，回油管上依次设置有回油滤油器和回油泵；
本发明，所述位移传感器为电涡流位移传感器。本发明，所述试验轴系内配套设置有安装工具。本发明，所述的霍尔元件封装在端盖中。本发明的有益效果是
1、该装置通过设置试验主体、电主轴、变频器、液压加载系统、计算机监控系统和数据采集系统，电主轴和液压加载系统分别与试验主体连接，变频器与电主轴连接，电主轴为试验主体提供动力，液压加载系统为试验主体提供试验载荷,液压加载系统加载后试验主体上的测量装置测量的信号以及电主轴和变频器的试验参数分别输入至数据采集系统，数据采集系统信号输出端输入计算机监控系统，计算机监控系统的控制信号输入变频器，通过变频器实现控制电主轴的转速，本试验装置可靠性好、测量范围广、灵敏度高、分辨率高、响应速度快；其次、在试验主体中，试验轴承安装在试验轴的中间，两侧分别安装加载轴承和支撑轴承，轴向、径向载荷首先施加于加载轴承，通过加载轴承传递到试验轴上，进而作用到试验轴承，避免了载荷直接作用于试验轴承而影响性能测试结果；测量装置设置在试验轴承的一侧，包括温度传感器、位移传感器和速度传感器，结构安装合理，不仅能测保持架转速，还能够测保持架质心动态轨迹、打滑率、倾斜角以及歪斜角等动态性能，涵盖了保持架全部动态性能，且检测精度高，保持架质心位移测量精度可达到O. OOlmm，使测量更加可
罪；
2、本试验装置试验主体由高频电主轴通过弹性联轴节驱动，可对内径为60 120_的试验轴承进行测试，且试验主体为封闭结构，可避免杂质进入箱体。
图I本发明工作原理框 图2本发明试验主体结构图；图3本发明试验轴系简 图4本发明试验轴承安装示意 图5本发明电涡流位移传感器安装示意 图6本发明保持架测速装置-霍尔元件安装示意 图7本发明轴向加载装置结构 图8本发明润滑系统工作原理 图9本发明润滑系统油温控制原理 附图标记1、试验台底座，2、轴向加载组件，3、左上盖，4、径向加载组件，5、加载轴承，6、测量装置，7、支撑轴承，8、试验轴系(双点划线框内)，9、右上盖，10、油箱I，11、油箱II，12、供油泵，13、溢流阀，14、回油泵，15、回油滤油器，16、供油滤油器，17、冷却器，18、温度传感器11，19、压力传感器11，20、回油管，21、管路I，22、管路II，2-1、加载管路，2-2、手动液压缸，2-3、压力表，2-4、压力传感器I，2-5、安装支架，6-1、温度传感器I，6_2、位移传感器，6-3、位移传感器安装支架，6-4、霍尔元件安装支架，6-5、霍尔元件，6-21、电涡流位移传感器，6-31、电涡流位移传感器安装支架，8-1、试验轴，8-2、端盖，8-3、衬套，8-4、锁紧螺母，8-5、供油喷头，8-6、试验轴承，8-7、安装工具。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述。如图所示，一种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于包括试验主体、电主轴、变频器、液压加载系统、计算机监控系统和数据采集系统，电主轴和液压加载系统分别与试验主体连接，变频器与电主轴连接，电主轴为试验主体提供动力，液压加载系统为试验主体提供试验载荷，液压加载系统加载后试验主体上的测量装置测量的信号以及电主轴和变频器的试验参数分别输入至数据采集系统，数据采集系统信号输出端输入计算机监控系统，计算机监控系统的控制信号输入变频器，通过变频器实现控制电主轴的转速；
所述的液压加载系统设置在试验主体上，由轴向加载组件2和径向加载组件4组成，试验主体包括试验台底座I、左上盖3、加载轴承5、测量装置6、支撑轴承7、试验轴系8和右上盖9，所述试验轴系8包括试验轴8-1、端盖8-2、衬套8-3、供油喷头8_5和试验轴承8_6，所述试验轴承8-6为圆柱滚子轴承,试验轴承8-6内圈安装在试验轴8-1上，由锁紧螺母8-4锁紧，试验轴承8-6外圈安装在衬套8-3内，由端盖8-2压紧，供油喷头8-5安装在试验轴8-1内；加载轴承5和支撑轴承7分别安装在试验轴8-1的两端，轴向加载组件2和径向加载组件4的加载载荷分别作用于加载轴承5上，左上盖3和右上盖9设置在试验主体的上部,使试验主体形成封闭结构；
所述的测量装置6设置在试验轴承8-6的一侧，测量装置6包括温度传感器I 6-1、位移传感器6-2、位移传感器安装支架6-3和用于检测试验轴承8-6保持架转速的速度传感器，温度传感器I 6-1设置在试验轴承8-6外圈上，位移传感器6-2安装在位移传感器安装支架6-3的径向及轴向平面上，位移传感器6-2测量端设置在试验轴承8-6外圈上；
所述的速度传感器由对称设置在试验轴承8-6保持架两侧的磁块、霍尔元件6-5和霍尔元件安装支架6-4组成，两个磁块相隔180°，霍尔元件6-5通过霍尔元件安装支架6-4固定，用于接收保持架两侧磁块的信号来计算出保持架的转速；所述轴向加载组件2为封闭式自成一体的组件，以止口形式卡装在试验台底座I与左上盖3之间，轴向加载组件2包括加载管路2-1、手动液压缸2-2、压力表2-3、压力传感器I 2-4和安装支架2-5，手动液压缸2-2与加载管路2-1相连，加载管路2_1上设有压力传感器2-4和压力表2-3，压力传感器2-4固定在安装支架2-5上；
所述的轴向加载组件4与左上盖3为一体；
所述的试验主体由电主轴通过弹性联轴节驱动，对内径为60 120_的试验轴承进行测试;
所述的加载轴承5和支撑轴承7均为深沟球轴承；
所述试验装置还包括设备润滑系统，设备润滑系统包括油箱I 10、油箱II 11、供油泵12、溢流阀13、回油泵14、回油滤油器15、供油滤油器16、冷却器17、温度传感器II 18和压力传感器II 19，管路I 21—端与油箱I 10连通，管路I 21另一端依次通过供油泵12、溢流阀13和供油滤油器16与油箱II 11连通，油箱II 11与管路II 22连通，管路II 22上设置有温度传感器II 18和压力传感器II 19，管路II 22与供油喷嘴8-5连接来润滑实验轴承8-6，在封闭的试验轴系8箱体里，装有回油管20，回油管20的一端与油箱I 10连通，回油管20上依次设置有回油滤油器15和回油泵14 ；
所述的位移传感器6-2为电涡流位移传感器6-21 ；
所述的试验轴系8内配套设置有安装工具8-7 ；
所述的霍尔兀件6_5封装在端盖8_2中。如图I所示，本试验装置包括试验主体、电主轴、变频器、设备润滑系统、液压加载系统、电气控制系统、计算机监控系统和数据采集系统。试验主体通过变频器、电主轴以及电气控制系统，可以模拟不同试验工况(转速)；液压加载系统为试验轴承提供试验载荷，模拟试验轴承的实际工作载荷；设备润滑系统为试验轴承及支承轴承提供润滑，并通过对油箱滑油加热，从而对试验轴承加热，模拟试验轴承的工作温度，本系统亦具备为支承轴承进行冷却润滑的功能；计算机监控系统可以对试验过程进行监视，以保证试验正常进行；试验参数的记录和处理由数据采集系统完成；
本试验装置试验主体结构如图2所示，试验主体由高频电主轴通过弹性联轴节驱动，可对内径为60 120_的试验轴承进行测试，试验装置底座I固定于大地，轴向加载组件2用于施加轴向载荷，消除轴向游隙对试验的影响；左上盖3和右上盖9位于试验主体上部，使试验主体形成封闭结构,避免杂质进入箱体；径向加载组件4为试验轴承施加径向载荷；测量装置6用于测量工作状态下的轴承温度，及保持架轴向、径向位移；支撑轴承7为试验轴系8 (双点划线框内)提供支撑；
本试验装置试验轴系简图如图3所示，左右两端的轴承分别为加载轴承5、支撑轴承7，加载轴承和支撑轴承的类型均为深沟球轴承；轴向、径向载荷首先施加于加载轴承5，通过加载轴承5传递到试验轴8-1上，进而作用到试验轴承8-6，中间的轴承为试验轴承8-6，试验轴承8-6类型为角接触球轴承；
本试验装置试验轴承安装示意图如图4所示，试验轴承8-6内圈安装在试验轴8-1上，由锁紧螺母8-4锁紧；试验轴承8-6安装于衬套8-3内，由端盖8-2压紧， 试验轴承8_6内外圈的相对位置靠衬套8-3的止口来保证，试验时，由试验轴8-1带动试验轴承8-6内圈实现旋转驱动，试验轴承8-6外圈相对静止；温度传感器I 6-1靠在试验轴承8-6外圈上实现温度测量；供油喷头8-5安装于试验轴8-1内提供环下润滑；位移传感器6-2安装在位移传感器安装支架6-3的径向及轴向平面上，实现对试验轴承8-6保持架质心动态轨迹及倾斜角和歪斜角的测量；安装时，由于试验轴承8-6为可分离型轴承，专门设计配套了安装工具，以实现试验轴承8-6及相关原件的正确安装；
电涡流位移传感器安装示意图如图5所示，保持架在径向X— Y平面内的运动由2个相互垂直的电涡流位移传感器6-21测出，在轴向位置，安装了另外3个电涡流位移传感器6-21用来测量保持架的倾斜角及质心轴向位移，由于电涡流位移传感器6-21感应面积大，在测量过程中应避免非测量物出现在传感器的测量范围内，以免影响测量信号的拾取，造成检测到的信号品质不理想，另外，当多个传感器一起使用时应避免传感器安装的太靠近，且当被测材料没有足够的尺寸，宽度不到传感器探头直径的2倍、厚度不到1_时，得到的反应的曲线是虚假的、不真实的，为便于电涡流位移传感器6-21的安装调整，电涡流位移 传感器安装支架6-31在加工完成后沿粗虚线位置割成两半；
本试验装置保持架测速装置-霍尔元件安装示意图如图6所示，在试验轴承8-6保持架的基准面上间隔180 对称镶嵌
两I Φ 的磁块，将磁敏元件即霍尔元件封装在如图6所示的工件中，此工件的一侧端面压住试验轴承8-6外圈，限定试验轴承8-6在合适的测量位置上，霍尔元件6-5的测量部分置于黄铜制作的霍尔元件安装支架6-4中，三根传输线则由相邻的沟槽引出；
本试验装置轴向加载装置结构如图7所示，为消除试验轴系8的轴向窜动，试验前须对试验轴系8进行轴向加载，试验轴承的轴向加载、径向加载,采用薄膜式油缸施加工作载荷，液压加载系统手动液压缸2-2将压力油分别送入轴向加载、径向加载压力加载管路2-1，通过橡皮薄膜变形、活塞产生位移，将轴向、径向载荷分别施加在加载轴承的轴向加载套及径向衬套上，进而传递到试验轴承上；
本试验装置润滑系统工作原理如图8所示，本系统工作原理为供油泵12将油箱I 10的油经过溢流阀13、供油滤油器16送入油箱II 11，再通过管路，由供油喷嘴8-5润滑试验轴承8-6，在封闭的试验轴系8箱体里，装有回油管，由回油泵14把油抽回到油箱I 10，为了保护回油泵，在管路上设置了冷却器17和回油滤油器15;同时管路中还设置有温度传感器II 18和压力传感器II 19，本润滑系统油温控制原理如图9所示；
本润滑系统油温控制原理如图9所示，采用计算机或人工提供参数给智能PID控制仪，智能仪控制固态继电器的通断，使加热元件工作，温度传感器测出温度信号反馈给智能仪进行PID调节，从而形成对温度的闭环控制；
数据采集系统用来记录和处理试验数据，监测界面能够显示的实验数据包括试验轴承保持架质心径向位移图、保持架倾斜角、保持架歪斜角、保持架打滑率，用户可以在监测界面窗口输入主轴转速以及测试时间，并根据需要记录所需数据。
权利要求
1.一种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于包括试验主体、电主轴、变频器、液压加载系统、计算机监控系统和数据采集系统，电主轴和液压加载系统分别与试验主体连接,变频器与电主轴连接，电主轴为试验主体提供动力，液压加载系统为试验主体提供试验载荷，液压加载系统加载后试验主体上的測量装置测量的信号以及电主轴和变频器的试验參数分别输入至数据采集系统，数据采集系统信号输出端输入计算机监控系统，计算机监控系统的控制信号输入变频器，通过变频器实现控制电主轴的转速； 所述的液压加载系统设置在试验主体上，由轴向加载组件(2)和径向加载组件(4)组成，试验主体包括试验台底座(I)、左上盖(3)、加载轴承(5)、測量装置(6)、支撑轴承(7)、试验轴系(8)和右上盖(9)，所述试验轴系(8)包括试验轴(8-1)、端盖(8-2)、衬套(8-3)、供油喷头(8-5 )和试验轴承(8-6 )，所述试验轴承(8-6 )为圆柱滚子轴承，试验轴承(8-6 )内圈安装在试验轴(8-1)上，由锁紧螺母(8-4)锁紧，试验轴承(8-6)外圈安装在衬套(8-3)内，由端盖(8-2)压紧，供油喷头(8-5)安装在试验轴(8-1)内；加载轴承(5)和支撑轴承(7)分别安装在试验轴(8-1)的两端，轴向加载组件(2)和径向加载组件(4)的加载载荷分别作用于加载轴承(5)上，左上盖(3)和右上盖(9)设置在试验主体的上部，使试验主体形成封闭结构； 所述的测量装置(6)设置在试验轴承(8-6)的ー侧，測量装置(6)包括温度传感器I(6-1),位移传感器(6-2)、位移传感器安装支架(6-3)和用于检测试验轴承(8-6)保持架转速的速度传感器，温度传感器I (6-1)设置在试验轴承(8-6)外圈上，位移传感器(6-2)安装在位移传感器安装支架(6-3)的径向及轴向平面上，位移传感器(6-2)測量端设置在试验轴承(8-6)外圈上。
2.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述的速度传感器由对称设置在试验轴承(8-6)保持架两侧的磁块、霍尔元件(6-5)和霍尔元件安装支架(6-4)组成，两个磁块相隔180°，霍尔元件(6-5)通过霍尔元件安装支架(6-4)固定，用于接收保持架两侧磁块的信号来计算出保持架的转速。
3.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述轴向加载组件(2)为封闭式自成一体的组件，以止ロ形式卡装在试验台底座(I)与左上盖(3)之间，轴向加载组件(2)包括加载管路(2-1)、手动液压缸(2-2)、压カ表(2-3)、压力传感器I (2-4)和安装支架(2-5)，手动液压缸(2-2)与加载管路(2-1)相连，加载管路(2-1)上设有压力传感器(2-4)和压カ表(2-3)，压カ传感器(2-4)固定在安装支架(2_5)上。
4.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述的径向加载组件(4)与左上盖(3)为一体。
5.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述的试验主体由电主轴通过弹性联轴节驱动，对内径为60 120_的试验轴承进行测试。
6.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述加载轴承(5)和支撑轴承(7)均为深沟球轴承。
7.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述试验装置还包括设备润滑系统，设备润滑系统包括油箱I (10)、油箱II (11)、供油泵(12)、溢流阀(13)、回油泵(14)、回油滤油器(15)、供油滤油器(16)、冷却器(17)、温度传感器II (18)和压カ传感器II (19)，管路I (21)—端与油箱I (10)连通，管路I (21)另一端依次通过供油泵(12)、溢流阀(13)和供油滤油器(16)与油箱II (11)连通，油箱II (11)与管路II (22)连通，管路II (22)上设置有温度传感器II (18)和压カ传感器II (19)，管路II(22)与供油喷嘴(8-5)连接来润滑实验轴承(8-6)，在封闭的试验轴系(8)箱体里，装有回油管(20)，回油管(20)的一端与油箱I (10)连通，回油管(20)上依次设置有回油滤油器(15)和回油泵(14)。
8.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述位移传感器(6-2)为电涡流位移传感器(6-21)。
9.如权利要求I所述的ー种圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述试验轴系(8)内配套设置有安装工具(8-7)。
10.如权利要求2所述的ー种角接触球轴承保持架动态性能试验装置，其特征在于所述的霍尔兀件(6-5)封装在端盖(8-2)中。
全文摘要
圆柱滚子轴承保持架动态性能试验装置，包括试验主体、电主轴、变频器、液压加载系统、计算机监控系统和数据采集系统，电主轴和液压加载系统分别与试验主体连接，变频器与电主轴连接，电主轴为试验主体提供动力，液压加载系统为试验主体提供试验载荷，液压加载系统加载后试验主体上的测量装置测量的信号以及电主轴和变频器的试验参数分别输入至数据采集系统，数据采集系统信号输出端输入计算机监控系统，计算机监控系统的控制信号输入变频器，通过变频器实现控制电主轴的转速；本发明采用电涡流位移传感器，可靠性好、测量范围广、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰能力强并且不受油污等介质的影响，本发明中试验主体采用闭式箱体结构能够有效的防止杂质进入箱体内。
文档编号G01M13/04GK102866013SQ20121033688
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者邓四二, 杨海生, 刘苏亚, 孙朝阳 申请人:河南科技大学