一种用于真空环境下的推力球轴承疲劳寿命实验装置的制作方法

本发明涉及一种用于真空环境下的推力球轴承疲劳寿命实验装置。

背景技术

轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。在宇宙空间技术和x光管、雷达多控管、大功率捷变频磁控管等各类真空装置中需要真空轴承作支承。推力球轴承采用高速运转时可承受推力载荷的设计，由带有球滚动的滚道沟的垫圈状套圈构成，作为真空轴承也常被使用。随着人们对轴承研究的不断深入，疲劳寿命及其可靠性作为轴承最重要的性能，已引起各轴承生产单位及相关用户的广泛关注。但由于影响其疲劳寿命的因素太多再加上轴承疲劳寿命理论仍需完善，进行寿命试验无疑成为评定这项指标的唯一有效途径。低载荷、高转速的常规寿命试验方法费时费力而且试验结果的可靠性差，而先进的轴承疲劳寿命强化试验机及试验方法的使用在我国才刚刚起步，应用范围有待进一步扩大。

专利cn200810243076.1公开了一种高速角接触球轴承疲劳寿命试验装置，该装置通过变频器实现高频电机无级变速，传动轴带动角接触球轴承在一定预紧力下高速旋转，采用砝码调节加载轴向预紧力，开展各种转速、载荷工况下的角接触球轴承疲劳寿命试验。专利cn201610098280.3公开了一种油浸式滚动轴承寿命强化试验机，适用于内径为φ10-60mm的滚动轴承寿命强化试验，包括机架、搅拌补油装置、试验头部件、传动系统、加载系统、信号放大器、温度传感器、振动传感器和计算机监控系统。加载系统、试验头部件、搅拌补油装置和传动系统均固定在机架上；传动系统与试验头部件相连；加载系统可对试验轴承加载径向载荷和轴向载荷；试验头部件安装有温度传感器和振动传感器，通过信号放大器与计算机监控系统相连。计算机监控系统显示试验轴承温度、振动值、转速、累计试验时间、振动时域和频域图形，试验轴承温度值或振动值越界自动停机。上述轴承试验机无法适用于真空环境下应用的推力球轴承的疲劳寿命试验。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种用于真空环境下的推力球轴承疲劳寿命实验装置。

本发明所采取的技术方案如下：一种用于真空环境下的推力球轴承疲劳寿命实验装置，包括加载系统、测试系统、抽真空系统；

所述加载系统包括机架、驱动装置，所述机架内固定设有试验套和设置在试验套内与其适配且滑移配合的试验台，所述试验台下方设有压缩弹簧，所述机架上端连接有磁流体密封装置，所述驱动装置包括驱动主轴，所述驱动主轴穿过所述磁流体密封装置伸入真空测试腔，所述驱动主轴的端部设有轴承座，所述轴承座底部设有与测试轴承适配的限位凹槽，所述测试轴承设置在试验台和轴承座之间，所述压缩弹簧对所述测试轴承施加轴向载荷，所述驱动装置对所述测试轴承施加回转力，所述试验套内在试验台上方注有测试油使测试轴承浸没在测试油中；

所述测试系统包括扭矩测试传感器和数据记录装置；

所述抽真空系统包括真空泵、真空计，所述真空泵连通所述机架的内腔，启动后使其为真空条件。

所述轴承座内设有封闭内腔，所述封闭内腔内设有热电偶。

所述轴承座内设有封闭内腔，所述封闭内腔内设有位移传感器。

所述机架内固定有支撑架，所述支撑架上螺纹连接有调节螺母，所述压缩弹簧设置在调节螺母与试验台之间。

所述试验台底部设有弹簧限位槽，所述弹簧限位槽内设有弹簧限位件，所述压缩弹簧两端分别抵住弹簧限位件和调节螺母。

所述试验台侧壁设有密封圈凹槽，所述试验台与试验套之间设有密封圈。

所述测试油为甲基氟苯基硅油、氟丙基氯苯基硅油的一种。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的用于真空环境下的推力球轴承疲劳寿命实验装置可以在模拟推力球轴承在真空环境下的运行，取得良好的试验效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为推力球轴承疲劳寿命实验装置的连接示意图；

图2为加载系统的结构示意图；

图3为图2中a的放大示意图；

图4为图2中b的放大示意图；

图中，1，机架；2，试验套；3，试验台；301，弹簧限位槽；302，弹簧限位件；303，密封圈凹槽；304，密封圈；4，测试轴承；6，扭矩测试传感器；7，真空泵；8，真空计；9，压缩弹簧；10，磁流体密封装置；11，驱动装置；1101，驱动主轴；1102，轴承座；1103，封闭内腔；1104，驱动电机；1105；12，支撑架；13，调节螺母；14，数据记录装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一种用于真空环境下的推力球轴承疲劳寿命实验装置，包括加载系统、测试系统、抽真空系统；

如图2所示，所述加载系统包括机架1、驱动装置11，所述机架1内固定设有试验套2和设置在试验套2内与其适配且滑移配合的试验台3，所述试验台3下方设有压缩弹簧9，所述机架1上端连接有磁流体密封装置10，所述驱动装置11包括驱动主轴1101，所述驱动主轴1101穿过所述磁流体密封装置10伸入真空测试腔2，所述驱动主轴1101的端部设有轴承座1102，所述轴承座1102底部设有与测试轴承4适配的限位凹槽，所述测试轴承4设置在试验台3和轴承座1102之间，所述压缩弹簧9对所述测试轴承4施加轴向载荷，所述驱动装置3对所述测试轴承4施加回转力，所述试验套2内在试验台3上方注有测试油使测试轴承4浸没在测试油中；

所述测试系统包括扭矩测试传感器6和数据记录装置14；

所述抽真空系统包括真空泵7、真空计8，所述真空泵7连通所述机架1的内腔，启动后使其为真空条件，图2中，抽真空系统从箭头指示的三个方向进行抽真空。

将测试轴承4放置在试验台3和轴承座1102之间，选择测试油，驱动使驱动主轴1101高速旋转，并记录转速，同时扭矩测试传感器6测试轴承的转矩并记录于数据记录装置14，可以传输到计算机中，然后显示转速、转矩数据，进行测试轴承在对应的真空度、测试油中疲劳寿命的分析。驱动主轴1101上方连接有驱动电机1104，所述驱动电机1104通过电机支架1105固定在磁流体密封装置10上，克服驱动主轴1101自身的重力对测试轴承4轴向载荷大小的影响，也可以由通过皮带驱动的轴承支撑。

扭矩测试传感器6为悬臂式扭矩测量，包括应变片。轴承座1102与驱动主轴1101可以为可拆卸连接，这样轴承座1102可以根据测试轴承的规格进行更换适配的。

所述轴承座1102内设有封闭内腔1103，所述封闭内腔1103内设有热电偶。热电偶用于检测轴承的温度，在轴承高速运转的过程中，轴承的温度会有所升高，通过分析轴承的温度和得到的转矩数据，可以进行疲劳寿命的分析，得出中间的关系。

所述轴承座1102内设有封闭内腔1103，所述封闭内腔1103内设有位移传感器。位移传感器用于检测轴承的位移，轴承浸没在测试油中，在高速运转过程中会形成油膜，通过检测轴承的微量位移，可以得出油膜的形成情况，从而评价测试油的润滑效果。

如图3所示，所述机架1内固定有支撑架12，所述支撑架12上螺纹连接有调节螺母13，所述压缩弹簧9设置在调节螺母13与试验台3之间。通选择调节螺母13可以调节压缩弹簧的预紧力，从而调节测试轴承的轴向载荷大小。所述试验台3底部设有弹簧限位槽301，所述弹簧限位槽301内设有弹簧限位件302，所述压缩弹簧9两端分别抵住弹簧限位件302和调节螺母13。防止压缩弹簧9倾斜，使压缩弹簧9对测试轴承的轴向载荷形成偏差。

所述试验台3侧壁设有密封圈凹槽303，所述试验台3与试验套2之间设有密封圈304。提高试验台3与试验套2之间的密封性，防止测试油泄漏。

所述测试油为甲基氟苯基硅油、氟丙基氯苯基硅油的一种。

使用由suj2钢制造的51104型推力球轴承进行寿命试验。内圈被设置到试验台3上，外圈被连接到驱动主轴1101上。负载由两个压缩弹簧施加。为了加速寿命试验，球的数量从14个减少到3个。轴承转速为250转/分。4.4kn的轴向载荷通过两个压缩弹簧施加。相应的平均压强为2.7gpa。用标准方法计算了90°接触角推力球轴承的额定寿命l0为45.52小时。用25毫升的测试油，测试轴承浸没在测试油中。在每次试验之前，通过超声波设备清洗轴承，在乙醇中漂洗，并在热风中干燥。最大试验时间限制在336小时，对应0.5×10⁷。实验在室温且大气压<5×10^-2pa的真空条件下进行。试验轴承的外径和内径分别为35和20mm。轴承滚珠直径为5.556mm。由suj2钢制成的内圈、外圈和球的硬度分别为808,800和778hv。使用三丰frasrorcs-h5000cnc（川崎，日本）测量内圈、外圈和球的表面粗糙度算术平均值ra分别为0.044、0.044和0.011μm。用来测试的推力球轴承编号为abec1。材料为低碳钢，116hv。内、外圈符合率为54%。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。