用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构的制作方法

本发明属于轴承技术领域，涉及一种用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构。

背景技术

众所周知，主轴外需要套设轴承，当主轴在高速运动时，轴承会产生温升，轴承的精度也会随之发生变化，反应到主轴是主轴的位移产生变化如旋转跳动等，轴承的性能及可靠性是轴承的最重要的性能指标，由于影响轴承性能因素较多，在测试主轴是带负荷情况下精度的保持时间是轴承试验的一种有效手段。

在现有技术中，在模拟主轴负荷状态时，采用在机身上设有施力器，施力器设在机身上并作用于主轴中部区域前后轴承组的跨距之间，从而对主轴中部形成压力，来模拟主轴负荷下的工作状态，这种方法存在以下的缺点：是施力位置为主轴中部而非端部，并不能真正反应出主轴端部在实际工作状态下的负载力，也即无法模拟主轴端部吃刀时的负荷。

人们经过不断探索，提出了各种各样的解决方案，如中国专利公开了一种基于丝杆传动机构的轴承试验机用交变载荷加载装置[申请号：201711457298.9]，包括旋转轴，被试轴承安装在所述旋转轴上，该加载装置包括夹具，以及设置在夹具周围的多个旋转电机-丝杆传动机构-弹簧组件，各旋转电机-丝杆传动机构-弹簧组件包括依次连接旋转电机、丝杆传动机构和弹簧，其中丝杆传动机构包括联轴器、丝杆轴承、丝杆螺母、丝杆和轴承座，旋转电机驱动丝杆传动机构运动，控制弹簧发生拉伸或压缩形变，对夹具内的被试轴承施加交变载荷。

但是，仔细研究后可以发现，在实际工作时，通常是主轴吃力后将力传递给轴承内圈，从而使轴承吃力，但上述方案是直接将力施加给轴承外圈，因此，模拟轴承吃力情况与实际工况是相反的，并不能直接反应主轴吃力时的工况。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构，包括能靠近或远离主轴从而对主轴端部施加作用力的多向施力机构。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的多向施力机构包括能沿主轴的轴向靠近或远离主轴从而对主轴的端部施加轴向作用力的轴向施力组件，以及能沿主轴的径向靠近或远离主轴从而对主轴的端部施加径向作用力的径向施力组件。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的轴向施力组件包括轴向丝杆，与轴向丝杆连接且能驱动轴向丝杆沿主轴的轴向前后运动的轴向驱动器，所述的径向施力组件包括径向丝杆，与径向丝杆连接且能驱动径向丝杆沿主轴的径向前后运动的径向驱动器。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的轴向丝杆端部设有一个能沿轴向丝杆的轴向前后运动的轴向缓冲器，轴向缓冲器的端部连接有轴向荷重传感器，所述的径向丝杆端部设有一个能沿径向丝杆的轴向前后运动的径向缓冲器，径向缓冲器的端部连接有径向荷重传感器。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的轴向缓冲器包括与轴向丝杆的端部固定连接的轴向缓冲座，所述的轴向缓冲座上设有轴向弹性件，在轴向缓冲座上活动连接有一个轴向缓冲套，轴向弹性件的两端分别抵靠轴向缓冲座和轴向缓冲套，轴向荷重传感器固定在轴向缓冲套的端部，所述的径向缓冲器包括与径向丝杆的端部固定连接的径向缓冲座，所述的径向缓冲座上设有径向弹性件，在径向缓冲座上活动连接有一个径向缓冲套，径向弹性件的两端分别抵靠径向缓冲座和径向缓冲套，径向荷重传感器固定在径向缓冲套的端部。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的轴向缓冲座的中心线与轴向丝杆的中心线重合，轴向缓冲座内设有若干围绕轴向缓冲座的中心线呈环形阵列设置的弹簧孔，轴向弹性件包括若干与弹簧孔一一对应且设置在弹簧孔内的轴向弹簧，在轴向缓冲套内壁设有一个轴向限位卡件，所述的径向缓冲座的中心线与径向丝杆的中心线重合，径向缓冲座内设有若干围绕径向缓冲座的中心线呈环形阵列设置的弹簧孔，径向弹性件包括若干与弹簧孔一一对应且设置在弹簧孔内的径向弹簧，在径向缓冲套内壁设有一个径向限位卡件。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，还包括套设在主轴端部外的静态受力组件，当主轴转动且多向施力机构与静态受力组件接触时，所述的静态受力组件的内壁与主轴同步转动，静态受力组件的外壁与多向施力机构顶紧配合且与多向施力机构相对静止。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的静态受力组件包括与主轴端部固定连接的主轴连接套，以及套设在主轴连接套外面的主轴受力套，所述的主轴连接套和主轴受力套之间设有轴承组件，所述的轴承组件的内外两侧分别与主轴连接套和主轴受力套固定连接。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的轴承组件包括若干套设在主轴连接套上的轴承，每两个相邻的轴承之间设有内环挡圈和外环挡圈，内环挡圈位于在外环挡圈内，内环挡圈的两侧分别与相邻的轴承的内圈顶紧配合，外环挡圈的两侧分别与相邻的轴承的外圈顶紧配合，在主轴连接套外壁且靠近主轴的一侧设有轴承内圈定位台阶，所述的轴承内圈定位台阶与相邻的轴承的内圈顶紧配合，所述的主轴连接套远离主轴的一侧设有轴承内圈锁紧圈，所述的轴承内圈锁紧圈与相邻的轴承内圈顶紧配合。

在上述的用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构中，所述的主轴受力套靠近主轴的一侧设有轴承外圈定位台阶，所述的轴承外圈定位台阶与相邻的轴承的外圈顶紧配合，所述的主轴受力套远离主轴的一侧设有轴承外圈锁紧圈，所述的轴承外圈锁紧圈与相邻的轴承外圈顶紧配合。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1、通过对主轴端部直接施加作用力，施加的作用力呈多个方向，从而模拟主轴端部在吃刀情况下的受力，模拟主轴在工作时的工况。

2、轴向施力组件和径向施力组件的配合，准确的模拟主轴端部的受力情况，配合测量工具，能得到准确的主轴在工作时精度保持时间的测定。

3、通过设置轴向缓冲器和径向缓冲器，使轴向施力组件和径向施力组件与主轴之间实现柔性的作用力接触，对主轴及轴向施力组件和径向施力组件均起到保护作用。

4、通过设置静态受力组件，使作用力施加于静态受力组件，再通过静态受力组件作用于主轴端部，对传感器、主轴均起到保护作用，也可以准确的控制施加的作用力的大小。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的工作原理图。

图中：主轴1、主轴驱动器1a、机身1b、多向施力机构2、轴向施力组件3、径向施力组件4、轴向丝杆5、轴向驱动器6、径向丝杆7、径向驱动器8、轴向缓冲器9、轴向荷重传感器10、径向缓冲器11、径向荷重传感器12、轴向缓冲座13、垫块13a、轴向弹性件14、轴向缓冲套15、径向缓冲座16、径向弹性件17、径向缓冲套18、轴向弹簧孔19、轴向弹簧20、轴向限位卡件21、径向弹簧孔22、径向弹簧23、径向限位卡件24、静态受力组件25、主轴连接套26、主轴受力套27、轴承组件28、轴承29、内环挡圈30、外环挡圈31、轴承内圈定位台阶32、轴承内圈锁紧圈33、轴承外圈定位台阶34、轴承外圈锁紧圈35。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种用于轴承试验机的主轴端部工况模拟机构，包括能靠近或远离主轴1从而对主轴1端部施加作用力的多向施力机构2。

在现有技术中，在模拟主轴负荷状态时，采用在机身上设置施力器，施力器设在机身上并作用于主轴中部区域，从而对主轴中部形成压力，来模拟主轴负荷下的工作状态，这种方法存在以下的缺点：其一是施力位置为主轴中部而非端部，并不能真正反应出主轴端部在实际工作状态下的负载力，也即无法模拟主轴端部吃刀时的负荷；其二是施加的压力始终为径向力，模拟的负载比较单一。

在本实施例中，多向施力机构2是指能在多个方向对主轴1端部施加压力，从而模拟主轴端部在吃刀下的工况。多向施力机构2可以沿主轴端部的端面，以及主轴端部的外壁对主轴施加压力，如多向施力机构2可以是2个及以上的油缸，通过输出轴的作用力顶住主轴端部的端面及外壁，从而对主轴端部形成力的作用，油缸的输出轴可以是水平方向、竖直方向或与水平面或竖直面呈一定角度，从而形成多个方向的作用力，模拟主轴端部受力，形成多向施力机构2。

在本实施例中，作为一种优选的方案，多向施力机构2包括能沿主轴1的轴向靠近或远离主轴1从而对主轴1的端部施加轴向作用力的轴向施力组件3，以及能沿主轴1的径向靠近或远离主轴1从而对主轴1的端部施加径向作用力的径向施力组件4。

轴向施力组件3和径向施力组件4可以是油缸，在本实施例中，轴向施力组件3包括轴向丝杆5，与轴向丝杆5连接且能驱动轴向丝杆5沿主轴1的轴向前后运动的轴向驱动器6，所述的径向施力组件4包括径向丝杆7，与径向丝杆7连接且能驱动径向丝杆7沿主轴1的径向前后运动的径向驱动器8。

在本实施例中，轴向驱动器6和径向驱动器8可以是电机或液压马达，优选采用步进电机，轴向驱动器6和径向驱动器8可以用皮带轮或者齿轮或者丝套，分别连接轴向丝杆5和径向丝杆7。

具体的说，轴向丝杆5端部设有一个能沿轴向丝杆5的轴向前后运动的轴向缓冲器9，轴向缓冲器9的端部连接有轴向荷重传感器10，所述的径向丝杆7端部设有一个能沿径向丝杆7的轴向前后运动的径向缓冲器11，径向缓冲器11的端部连接有径向荷重传感器12。

荷重传感器也叫荷重元或荷重元传感器，为现有技术，可采用市售产品。荷重传感器可获得具体负荷的数值，从而控制主轴1端部的受力。该受力通过轴向丝杆5和径向丝杆7施加给主轴，通过轴向荷重传感器10和径向荷重传感器12得到反应。

轴向缓冲器9和径向缓冲器11起到缓冲作用，能在丝杆与主轴接触后产生形变，防止丝杆或者荷重传感器与主轴发生刚性撞击，起到保护丝杆和荷重传感器的作用。轴向缓冲器或径向缓冲器可以是弹簧或者弹性垫片，两端分别与丝杆的端部及荷重传感器连接，从而起到缓冲作用。

在本实施例中，轴向缓冲器9包括与轴向丝杆5的端部固定连接的轴向缓冲座13，所述的轴向缓冲座13上设有轴向弹性件14，在轴向缓冲座13上活动连接有一个轴向缓冲套15，轴向缓冲套15能沿着轴向丝杆5轴向前后移动，轴向荷重传感器10固定在轴向缓冲座13端部，可采用垫块13a先连接轴向缓冲座13端部，再将轴向荷重传感器10固定在垫块上，轴向弹性件14的两端分别抵靠轴向缓冲座13和轴向缓冲套15，轴向荷重传感器10固定在轴向缓冲套15的端部，所述的径向缓冲器11包括与径向丝杆7的端部固定连接的径向缓冲座16，所述的径向缓冲座16上设有径向弹性件17，在径向缓冲座16上活动连接有一个径向缓冲套18，径向弹性件17的两端分别抵靠径向缓冲座16和径向缓冲套18，径向荷重传感器12固定在径向缓冲套18的端部。

轴向缓冲座13的中心线与轴向丝杆5的中心线重合，轴向缓冲座13可以通过螺接、销接或焊接等方式与轴向丝杆5固定，轴向缓冲座13内设有若干围绕轴向缓冲座13的中心线呈环形阵列设置的轴向弹簧孔19，轴向弹簧孔19位于轴向缓冲座13内，优选呈圆柱形，轴向弹性件14包括若干与轴向弹簧孔19一一对应且设置在轴向弹簧孔19内的轴向弹簧20，轴向弹簧20为强力弹簧，优选采用柱形强力弹簧，在轴向缓冲套15内壁设有一个轴向限位卡件21，轴向限位卡件21可以的卡簧，起到限位作用，防止轴向缓冲套15脱离轴向缓冲座13.

径向缓冲座16的中心线与径向丝杆7的中心线重合，径向缓冲座16内设有若干围绕径向缓冲座16的中心线呈环形阵列设置的径向弹簧孔22，径向弹性件17包括若干与径向弹簧孔22一一对应且设置在径向弹簧孔22内的径向弹簧23，在径向缓冲套18内壁设有一个径向限位卡件24。径向缓冲座16的具体结构与轴向缓冲座相同，此处不再赘述。

当主轴1在工作时，呈周向旋转运动，因此轴向丝杆和径向丝杆在靠近主轴并对主轴施加作用力时，会产生摩擦，也即两个荷重传感器与主轴之间产生摩擦，在这种情况下，会对荷重传感器和主轴均产生磨损，同时也造成作用力测试不准。

为了克服上述缺陷，还包括套设在主轴1端部外的静态受力组件25，当主轴1转动且多向施力机构2与静态受力组件25接触时，所述的静态受力组件25的内壁与主轴1同步转动，静态受力组件25的外壁与多向施力机构2顶紧配合且与多向施力机构2相对静止。

上述结构，使静态受力组件25外壁与多向施力机构2固定接触，使静态受力组件25内壁与主轴1转动，从而克服丝杆或荷重传感器与主轴接触产生摩擦的技术问题。使静态受力组件25可以是一个轴承，多向施力机构2在靠近轴承时与轴承的外圈接触。

在本实施例中，作为一种优选的方案，静态受力组件25包括与主轴1端部固定连接的主轴连接套26，以及套设在主轴连接套26外面的主轴受力套27，所述的主轴连接套26和主轴受力套27之间设有轴承组件28，所述的轴承组件28的内外两侧分别与主轴连接套26和主轴受力套27固定连接。

轴承组件28包括若干套设在主轴连接套26上的轴承29，轴承29沿主轴连接套26的轴向设置，每两个相邻的轴承29之间设有内环挡圈30和外环挡圈31，内环挡圈30位于在外环挡圈31内，内环挡圈30的两侧分别与相邻的轴承29的内圈顶紧配合，外环挡圈31的两侧分别与相邻的轴承29的外圈顶紧配合，在主轴连接套26外壁且靠近主轴1的一侧设有轴承内圈定位台阶32，所述的轴承内圈定位台阶32与相邻的轴承29的内圈顶紧配合，所述的主轴连接套26远离主轴1的一侧设有轴承内圈锁紧圈33，所述的轴承内圈锁紧圈33与相邻的轴承29内圈顶紧配合。轴承内圈锁紧圈33与主轴连接套26螺接固定。

主轴受力套27靠近主轴1的一侧设有轴承外圈定位台阶34，所述的轴承外圈定位台阶34与相邻的轴承29的外圈顶紧配合，所述的主轴受力套27远离主轴1的一侧设有轴承外圈锁紧圈35，所述的轴承外圈锁紧圈35与相邻的轴承29外圈顶紧配合，轴承外圈锁紧圈35与主轴受力套27螺接固定。

主轴连接套26和主轴受力套27的具体结构，一方面保证了轴承29稳定的工作状态，另一方面，形成可拆卸连接结构，方便拆卸、更换和维修。

本发明的工作原理是：

结合图2所示，主轴1连接主轴驱动器1a，主轴驱动器1a为液压马达或电机，可驱动主轴1周向转动，主轴1位于机身1b内，轴向驱动器6驱动轴向丝杆5转动，轴向丝杆在转动过程中带动轴向缓冲座13靠近静态受力组件25，具体的说，最终是轴向缓冲套15与轴承外圈锁紧圈35形成接触并对轴承外圈锁紧圈35施加作用力，通过轴向荷重传感器10测得作用力大小的数据，轴向丝杆5前后移动的调整，可调整这个轴向作用力。

径向驱动器8驱动径向丝杆7靠近静态受力组件25，其工作过程与轴向施力组件3相同，不同的是，其作用力沿主轴的径向。

当轴向施力组件3和径向施力组件4共同作用于静态受力组件25上时，产生的是多向作用，这两个作用力是主轴吃刀情况下的典型受力，从而可以模拟主轴的端部受力，以此来检测主轴在受力情况下的工作情况。

在机身上可以设置位移传感器、温度传感器和加速规等测量元件，从而测得主轴在模拟工况下的各项数据的变化。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了主轴1、主轴驱动器1a、机身1b、多向施力机构2、轴向施力组件3、径向施力组件4、轴向丝杆5、轴向驱动器6、径向丝杆7、径向驱动器8、轴向缓冲器9、轴向荷重传感器10、径向缓冲器11、径向荷重传感器12、轴向缓冲座13、垫块13a、轴向弹性件14、轴向缓冲套15、径向缓冲座16、径向弹性件17、径向缓冲套18、轴向弹簧孔19、轴向弹簧20、轴向限位卡件21、径向弹簧孔22、径向弹簧23、径向限位卡件24、静态受力组件25、主轴连接套26、主轴受力套27、轴承组件28、轴承29、内环挡圈30、外环挡圈31、轴承内圈定位台阶32、轴承内圈锁紧圈33、轴承外圈定位台阶34、轴承外圈锁紧圈35等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。