高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置的制作方法

本发明涉及轴承试验技术领域，尤其涉及一种高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置。

背景技术：

在航空、航天、国防领域，轴承的工作条件都极其苛刻，主要为高速、高温和重载，对可靠性要求极高，其设计制造工艺能否达到使用要求，需要通过试验来验证。随着对轴承试验重要性认识的不断提高，试验逐渐成为轴承设计、制造过程中不可缺少的关键一环。

超高速飞行器在设计阶段即需要对所使用的轴承在高温环境下进行转动与径向载荷联合试验，摸索其性能参数。而目前国内针对这类高温条件下轴承试验，仅可以完成转动或径向载荷的单一载荷施加，不能实现两种载荷的耦合加载，这就与此类轴承的真实工作情况存在差别，真实服役情况下，轴承在转动的同时，径向载荷会发生变化，或者在径向载荷一定时，转动情况发生变化，再或者转动情况和径向载荷情况同时变化。且环境温度基本在800℃以内，不能满足越来越高的试验温度要求。超高速飞行器所用轴承的工作温度越来越高，现有试验技术和装置，已不能满足要求。轴承行业是制造行业的基础行业，也是重大装备和精密装备制造业配套的重要行业，轴承行业迎来了发展的高峰期，因此，轴承试验装置的发明、试验技术的改进显得尤为重要。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的仅可以完成转动或径向载荷的单一载荷施加的不足，提供一种转动及径向载荷联合施加的高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置，包括：

支撑架；

安装轴，设于所述支撑架上，用于安装被试验轴承；

连接框，连接于所述被试验轴承的外圈；

外框，连接于所述连接框；

径向施力机构，设于所述外框与连接框之间，用于给所述被试验轴承施加径向载荷；

高温箱，设于所述连接框之外；

旋转驱动机构，固定于所述支撑架上，用于驱动所述被试验轴承的内圈与外圈之间相对转动。

在本公开的一种示例性实施例中，所述旋转驱动机构的驱动轴与所述外框铰接，用于驱动所述外框、所述连接框、所述高温箱、所述径向施力机构以及所述被试验轴承的外圈共同旋转。

在本公开的一种示例性实施例中，所述驱动轴与所述安装轴垂直设置，且所述驱动轴与所述安装轴不在同一平面内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述连接框包括：

依次首尾连接的第一连接板、第二连接板、第三连接板以及第四连接板；以及安装座，安装座连接于所述第一连接板、所述第二连接板、所述第三连接板以及所述第四连接板，所述安装座内安装所述被试验轴承的外圈。

在本公开的一种示例性实施例中，所述外框包括依次首尾连接的第一横梁、第一竖梁、第二横梁以及第二竖梁。

在本公开的一种示例性实施例中，所述径向施力机构固定于所述第一横梁，所述联合试验装置还包括：

第一连接件，连接于所述第一连接板与所述径向施力机构之间；

三个第二连接件，对应连接于所述第二连接板与所述第一竖梁、第三连接板与所述第二横梁以及第四连接板与所述第二竖梁之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一连接件包括：

第一固定板，与所述第一连接板连接；

第一连接杆，垂直设于所述第一固定板上且与所述径向施力机构连接，所述第一连接杆的与所述径向施力机构连接的一端设置有第一铰接孔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二连接件包括：

第二固定板，与所述连接框连接；

第二连接杆，垂直设于所述第二固定板且与所述外框连接，所述第二连接杆的与所述外框连接的一端设置有外螺纹。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一竖梁上设置有第一条形孔，所述第二连接杆穿过所述第一条形孔并突出于所述第一竖梁；所述第二竖梁上设置有第二条形孔，所述第二连接杆贯穿过所述第二条形孔并突出于所述第二竖梁；所述第二连接件还包括：

固定螺母，螺纹配合于所述第二连接杆的外螺纹。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二横梁上设置有定位孔，所述第二连接杆插入所述定位孔。

由上述技术方案可知，本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一：

本发明高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置，通过径向施力机构给被试验轴承施加径向载荷，实现径向加载；同时，通过旋转驱动机构驱动被试验轴承的内圈与外圈之间相对转动，实现轴承转动；从而实现转动及径向载荷的联合施加。而且，同时通过高温箱给轴承加热，实现高温条件下的转动及径向载荷的联合施加。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置一实施方式的结构示意图。

图中主要元件附图标记说明如下：

1、被试验轴承；

21、底板；22、支撑板；23、安装板；

3、安装轴；

41、第一连接板；42、第二连接板；43、第三连接板；44、安装座；

51、第一横梁；52、第一竖梁；53、第二横梁；54、第二竖梁；

6、径向施力机构；

71、第一固定板；72、第一连接杆；

8、旋转驱动机构；

91、第二固定板；92、第二连接杆；

10、高温箱；

11、固定螺母。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

本示例实施方式提供了一种高温环境下的轴承转动及径向载荷联合试验装置，该试验装置可以包括支撑架、安装轴3、连接框、外框、径向施力机构6、高温箱10以及旋转驱动机构8等等；安装轴3设于所述支撑架上，用于安装被试验轴承1；连接框连接于所述被试验轴承1的外圈；外框连接于所述连接框；径向施力机构6设于所述外框与连接框之间，用于给所述被试验轴承1施加径向载荷；高温箱10设于所述连接框之外；旋转驱动机构8固定于所述支撑架上，用于驱动所述被试验轴承1的内圈与外圈之间相对转动。

在本示例实施方式中，支撑架可以包括底板21，底板21安装在地面或试验台上，底板21上可以对称且竖直设置有两个支撑板22，两个支撑板22上均开设有通孔，安装轴3穿过两个通孔并突出于两个支撑板22，并固定在支撑板22上。在安装轴3上安装被试验轴承1，具体而言，被试验轴承1的内圈与安装轴3为锥形配合，并在安装轴3的直径较小的一侧通过锁紧螺母将被试验轴承1的内圈固定在安装轴3的中部位置。在安装轴3的突出支撑板22的位置设置有卡槽，在卡槽内卡设有c型卡簧，通过两个c型卡簧固定安装轴3，避免安装轴3在试验过程中发生轴向窜动。安装轴3固定使得轴承内圈也固定不可转动。安装轴3的高度较高足够安装连接框以及外框等等。

在底板21上还设置有安装板23，安装板23也可以为竖直设置，安装板23上可以安装旋转驱动机构8。支撑架可以采用30crmnsia加工，机械加工后热处理，使之满足机械强度、刚度、硬度等要求。安装轴3由耐高温材料碳化硅加工，满足高温环境下强度，刚度的要求。

当然，在本发明的其他示例实施方式中，安装轴3可以通过轴承安装在通孔内，使安装轴3可转动，被试验轴承1的内圈可以跟随安装轴3转动，被试验轴承1的外圈不转动，实现内圈与外圈的相对转动。

在本示例实施方式中，连接框可以包括第一连接板41、第二连接板42、第三连接板43、第四连接板以及安装座44等等。在被试验轴承1的外圈外安装有安装座44。安装座44设置为方形，其上设置有过孔，过孔内固定安装有被试验轴承1的外圈。在安装座44外设置有依次首尾连接的第一连接板41、第二连接板42、第三连接板43以及第四连接板，即第一连接板41、第二连接板42、第三连接板43以及第四连接板形成一个方形框状。连接框采用耐高温材料碳化硅加工，满足高温环境下强度，刚度的要求。

在本示例实施方式中，外框可以包括依次首尾连接的第一横梁51、第一竖梁52、第二横梁53以及第二竖梁54等等。第一横梁51和第二横梁53的结构相同，第一竖梁52以及第二竖梁54的结构相同，第一横梁51的长度小于第一竖梁52的长度，使外框形成一个长方形框状。第一横梁51、第一竖梁52、第二横梁53以及第二竖梁54均可以采用双工字钢裁截而成，当然也可以采用工字钢、方形钢管等等。外框采用30crmnsia加工，机械加工后热处理，使之满足机械强度、刚度、硬度等要求。

在本示例实施方式中，所提及的上、下、左、右以图1中标注的为准。

在本示例实施方式中，位于上方的为第一横梁51，按照顺时针方向依次为第二连接板42、第三连接板43以及第四连接板；位于上方的为第一连接板41，按照顺时针方向依次为第一竖梁52、第二横梁53以及第二竖梁54。

在本示例实施方式中，径向施力机构6可以固定于第一横梁51，且径向施力机构6的驱动轴能够在竖直方向上伸缩。第一连接件设置为一个，第二连接件设置有三个。具体为：在第一连接板41与径向施力机构6之间连接有第一连接件。在第二连接板42与第一竖梁52之间连接有第二连接件、在第三连接板43与第二横梁53之间也连接有第二连接件，在第四连接板与第二竖梁54之间也连接有第二连接件。

在本示例实施方式中，第一连接件可以包括第一固定板71以及第一连接杆72等等。第一固定板71与第一连接板41通过螺栓固定连接；第一连接杆72垂直设于第一固定板71上，第一连接杆72的与径向施力机构6连接的一端设置有第一铰接孔，径向施力机构6的驱动轴上设置有第二铰接孔，铰接杆穿过第一铰接孔和第二铰接孔将第一连接杆72与径向施力机构6的驱动轴的铰接在一起，使第一连接杆72与径向施力机构6的驱动轴之间可以相对转动。

在本示例实施方式中，第二连接件可以包括第二固定板91以及第二连接杆92等等。第二固定板91与连接框通过螺栓固定连接；第二连接杆92垂直设于第二固定板91上，第二连接杆92的与外框连接的一端设置有外螺纹。

在本示例实施方式中，在第一竖梁52上设置有第一条形孔，第二连接杆92穿过第一条形孔并突出于第一竖梁52，在第二连接杆92的突出于第一竖梁52的一端配合有固定螺母11，即固定螺母11螺纹配合于第二连接杆92的外螺纹，并位于第一竖梁52的外侧。

在第二竖梁54上设置有第二条形孔，第二连接杆92穿过第二条形孔并突出于第二竖梁54，在第二连接杆92的突出于第二竖梁54的一端配合有固定螺母11，即固定螺母11螺纹配合于第二连接杆92的外螺纹，并位于第二竖梁54的外侧。

在径向施力机构6给被试验轴承1施加径向向下的载荷的时候，被试验轴承1会有向下的微运动，连接在两侧的第二连接件也会有向下的微运动，在第一竖梁52以及第二竖梁54上设置条形孔，可以释放第二连接件的微运动，避免第二连接件产生微变形，避免影响实验效果。

在本示例实施方式中，在第二横梁53上设置有定位孔，第二连接杆92插入定位孔，定位孔的大小稍大于第二连接杆92的大小，使第二连接杆92可以在定位孔内上下窜动。

第二连接杆92插入定位孔可以在周边方向对第二连接件进行定位，在径向施力机构6给被试验轴承1施加径向向下的载荷的时候，被试验轴承1会有向下的微运动，位于被试验轴承1下方的第二连接件也会有向下的微运动，第二连接杆92插入定位孔可以释放第二连接件的微运动，保证径向载荷施加于被试验轴承1上。

在本示例实施方式中，高温箱10采用对开安装式高温箱10，在高温箱10的上、下、前、后、左、右六个侧面均设置有通孔，以供第一连接杆72、三个第二连接杆92以及安装轴3的两端穿过。高温箱10的试验温度可以达到大约1500℃。连接框以及被试验轴承1设置在高温箱10内，高温箱10可以为被试验轴承1提供需要的试验温度。

在本示例实施方式中，旋转驱动机构8的驱动轴与外框铰接，用于驱动外框、连接框、高温箱10、径向施力机构6以及被试验轴承1的外圈共同旋转。旋转驱动机构8的驱动轴与安装轴3垂直设置，且旋转驱动机构8的驱动轴与安装轴3不在同一平面内，在旋转驱动机构8的推动或拉动作用下，外框、连接框、高温箱10、径向施力机构6以及被试验轴承1的外圈共同以安装轴3为中心轴旋转。

在本示例实施方式中，旋转驱动机构8以及径向施力机构6为电缸、直线电机、油缸、气缸中的一种或多种。

另外，在本发明的其他示例实施方式中，旋转驱动机构8的驱动轴可以与安装轴3固定连接，通过旋转驱动机构8驱动安装轴3以及被试验轴承1的内圈共同旋转，实现被试验轴承1的内圈与外圈之间相对转动。此时，需要安装轴3可转动的安装在支撑架上。旋转驱动机构8可以为旋转电机。

在本示例实施方式中，可以在高温箱10内设置有温度传感器，温度传感器可以实时测量高温箱10内的实时温度。可以在第一连接板41与第一固定板71之间设置压力传感器，通过压力传感器可以实时测量径向施力机构6对被试验轴承1施加的实时径向载荷。可以在旋转驱动机构8上设置位移检测器，通过位移检测器检测旋转驱动机构8伸出的长度。该试验装置还可以包括控制单元，控制单元可以为工控机、微处理器、单片机等等。温度传感器、压力传感器、位移检测器均连接于控制单元的输入端。

控制单元内存储有设定温度，控制单元可以比较设定温度和实时温度，在设定温度和实时温度有差别时，对高温箱10进行控制使高温箱10加热或停止加热。控制单元内存储有设定径向载荷，控制单元可以比较设定径向载荷和实时径向载荷，在设定径向载荷和实时径向载荷有差别时，对径向施力机构6进行控制改变施加载荷的量。而且在径向载荷为变载荷的情况下，也可以实现闭环准确控制。控制单元接收位移检测器检测的长度值，可以根据长度值计算被试验轴承1的旋转角度，并控制旋转驱动机构8的伸缩量，从而控制被试验轴承1的旋转角度。而且，测试被试验轴承1转动时的径向载荷数据，可以计算被试验轴承1的转动力矩；试验过程中旋转驱动机构8可与径向施力机构6联合协调加载。

上述所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中，如有可能，各实施例中所讨论的特征是可互换的。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

本说明书中使用“约”“大约”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内。在此给定的数量为大约的数量，意即在没有特定说明的情况下，仍可隐含“约”“大约”“大致”“大概”的含义。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“前”“后”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

本说明书中，用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。