一种轴承试验装置的制作方法

本发明涉及测试装置技术领域，尤其涉及一种轴承试验装置。

背景技术：

随着我国大科学装置的建设，大型低温系统的相关技术得到了更为深入的研究，也对作为核心部件的低温压缩机提出了更高的技术要求。目前，低温压缩机采用的轴承主要有陶瓷滚动轴承和磁悬浮轴承，由于磁悬浮轴承的控制系统较为复杂且成本较高，混合陶瓷滚动轴承由于其结构简单、成本低、高刚度以及较大的轴向和径向承载能力而得到了更多的应用。在低温压缩机中，混合陶瓷轴承需要在一定温度范围内的负压、氦气氛围下进行高速转动，同时要承载一定的轴向载荷。对于混合陶瓷轴承，目前主要的润滑方式为脂润滑、油润滑和喷雾润滑。为了减少对内部氦气工质的污染，低温压缩机陶瓷轴承采用润滑脂润滑。在脂润滑环境下，润滑脂的添加量对陶瓷轴承的振动、温升有着重要的影响，良好的脂润滑不仅能够增加转速、延长轴承的使用寿命，而且能够降低整个系统的能量消耗。此外，轴承作为主要承载部件，对系统的可靠性、稳定性有着重要的影响。为了研发出稳定、可靠、高效的低温压缩机，需要一种脂润滑轴承性能试验装置对压缩机使用的混合陶瓷轴承的性能进行测试，并为进一步的优化设计提供参考。因此，为了模拟混合陶瓷轴承在低温压缩机中的实际工作环境，需要一种能够调整工作环境压力，可充入特殊气体工质并提供轴向载荷且转速可调的轴承试验设备。

目前，传统高速轴承试验装置能够为轴承提供轴向载荷并进行转动试验，但是存在以下不足之处：

1.针对工作于特殊压力环境下的脂润滑混合陶瓷轴承，未考虑到轴承润滑脂在特殊环境压力下可能产生挥发损失从而影响轴承的工作性能，无法调节试验轴承的工作环境压力，即不能够制造负压或正压的轴承工作环境，无法在轴承试验过程中模拟轴承实际工作过程中的压力不断变化的环境。

2.针对工作于特殊气体环境中的脂润滑混合陶瓷轴承，未考虑轴承润滑脂在特殊气体环境中的挥发表现以及对轴承工作性能造成的影响，未考虑轴承滚珠表面在特殊气体环境中可能会出现的无法形成氧化薄膜或者过度氧化的情况以及导致的对轴承工作性能的影响，不能够在试验轴承周围制造特殊气体环境，即不能够在试验台中注入各种特殊气体以模拟实际工作环境。

技术实现要素：

鉴于此，有必要提供一种轴承试验装置，可充入多种特殊气体来模拟特殊工作环境，能够调节试验轴承周围环境的气体种类和气体压力进行转动试验。

一种轴承试验装置，包括环境模拟系统和轴承试验机构，所述环境模拟系统包括真空筒体，所述轴承试验机构设于所述真空筒体内，所述环境模拟系统用于为所述轴承试验机构提供不同气体氛围和不同压力的工作环境；

所述轴承试验机构包括丝杠加载系统、测力系统、试验轴承加载系统、传动系统和动力系统；

所述测力系统和所述丝杠加载系统连接，所述丝杠加载系统用于向试验轴承提供轴向载荷，所述测力系统用于测量轴向载荷大小；

所述试验轴承加载系统和所述丝杠加载系统连接，所述试验轴承加载系统用于向所述试验轴承传递轴向载荷；

所述动力系统和所述传动系统连接，所述传动系统和所述试验轴承连接，所述动力系统通过所述传动系统驱动所述试验轴承旋转。

在一个实施例中，所述真空筒体包括左端盖、右端盖和真空壳体；

所述左端盖和所述右端盖分别设于所述真空壳体的两端；

所述左端盖上开设有充气孔，所述充气孔用于充入特殊气体；

所述右端盖上开设有抽气孔，所述抽气孔用于抽真空并调节所述真空筒体的内部压力。

在一个实施例中，所述真空筒体还包括冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口和所述冷却水出口设于所述真空壳体上。

在一个实施例中，所述真空筒体内壁设有移动底座，所述移动底座相对于所述真空筒体内壁可移动，所述轴承试验机构设于所述移动底座上。

在一个实施例中，所述丝杠加载系统包括加载圆盘、丝杠螺母、丝杠和加载支座，所述加载圆盘固定套设于所述丝杠的一端，所述丝杠可转动设于所述丝杠螺母内，所述丝杠螺母和所述加载支座固定连接，所述加载支座设于所述真空筒体内壁上。

在一个实施例中，所述测力系统包括止推轴承、轴承底座、轴承底座支座、锁紧螺栓、力传感器和加载接头；

所述止推轴承套设于所述丝杠远离所述加载圆盘的一端，所述止推轴承的内圈与所述丝杠连接，所述轴承底座套设于所述止推轴承远离所述加载圆盘的一端，所述止推轴承外圈与所述轴承底座连接，所述轴承底座支座设于所述真空筒体内壁上，所述轴承底座与所述轴承底座支座通过间隙配合连接，所述锁紧螺栓通过螺纹与所述轴承底座支座连接，所述锁紧螺栓用于在轴向加载力大小确定后锁紧所述固定轴承底座，所述力传感器设在所述轴承底座与所述加载接头之间，所述力传感器用于测量轴向载荷大小。

在一个实施例中，所述试验轴承加载系统包括轴向力加载组件、试验轴承和试验轴承支撑端；

所述轴向力加载组件和所述加载接头连接，所述轴向力加载组件和所述试验轴承的外圈连接，所述轴向力加载组件通过所述试验轴承的外圈将轴向力加载于所述试验轴承；

所述试验轴承支撑端设于所述试验轴承内，所述试验轴承的内圈与试验轴承支撑端紧配合。

在一个实施例中，所述试验轴承加载系统还包括加热贴片、保护衬套和连接底座，所述保护衬套和所述连接底座固定连接，所述加热贴片安装于所述保护衬套内，所述加热贴片套设于所述试验轴承的外侧，所述保护衬套和所述连接底座固定连接，所述连接底座和所述传动系统固定连接

在一个实施例中，所述传动系统包括陪试轴承、传动轴衬套、传动轴和衬套支座；

所述衬套支座设于所述真空筒体的内壁；

所述传动轴衬套固定设于所述衬套支座上，所述传动轴衬套的一端和连接底座固定连接；

所述传动轴设于传动轴衬套内，所述传动轴的一端和试验轴承支撑端固定连接，所述传动轴的另一端和所述动力系统连接；

所述传动轴和传动轴衬套之间设有陪试轴承。

在一个实施例中，所述传动系统还包括密封环、传动轴套、承压环和保护端盖；

所述陪试轴承的数量为两对，两对所述陪试轴承分别位于所述传动轴两端，传动轴套位于两对陪试轴承之间，所述承压环和所述密封环分别设置于所述传动轴两端，所述保护端盖通过螺栓与所述传动轴衬套远离所述连接底座的一端固定连接。

上述轴承试验装置，能够在真空筒体内充入不同压力、不同种类的气体形成不同的测试环境，从而对待测轴承所应用的特殊环境进行模拟，对待测轴承在特殊气体工质中的工作表现进行评估，并且能够通过调节工作环境的压力来研究转速、载荷、压力对于待测轴承的润滑脂和轴承性能造成的影响。

附图说明

图1为一实施方式的轴承试验装置的结构示意图；

图2为一实施方式的轴承试验装置的结构示意图；

图3为图1所示的丝杠加载系统的结构示意图；

图4为图1所示的测力系统的结构示意图；

图5为图1所示的试验轴承加载系统结构的结构示意图；

图6为图1所示的传动系统结构的结构示意图；

图7为图1所示的动力系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明中所说的固定连接，包括直接固定连接和间接固定。

请参考图1和图2，本发明提供一实施方式的轴承试验装置，包括环境模拟系统3和轴承试验机构。环境模拟系统3包括真空筒体。轴承试验机构设于真空筒体内。环境模拟系统3用于为轴承试验机构提供不同气体氛围、不同压力的工作环境。即环境模拟系统3可以用于向试验轴承403的工作环境充入特殊气体以及调节试验轴承403的工作环境压力。

轴承试验机构包括丝杠加载系统1、测力系统2、试验轴承加载系统4、传动系统5和动力系统6。

测力系统2和丝杠加载系统1连接，丝杠加载系统1用于向试验轴承403提供轴向载荷，测力系统2用于测量轴向载荷大小。

试验轴承加载系统4和丝杠加载系统1连接，试验轴承加载系统4用于向试验轴承403传递轴向载荷。

动力系统6和传动系统5连接，传动系统5和试验轴承403连接，动力系统6通过传动系统5驱动试验轴承403旋转。

上述轴承试验装置，能够在真空筒体内充入不同压力、不同种类的气体形成不同的测试环境，从而对待测轴承403所应用的特殊环境进行模拟，对待测轴承403在特殊气体工质中的工作表现进行评估，并且能够通过调节工作环境的压力来研究转速、载荷、压力对于待测轴承403的润滑脂和轴承性能造成的影响。

具体的，丝杠加载系统1通过测力系统2的止推轴承201与测力系统2连接。试验轴承加载系统4通过螺纹与测力系统2连接，传动系统5通过螺栓与试验轴承加载系统4连接，动力系统6通过联轴器与传动系统5末端连接。

在一个实施例中，真空筒体包括左端盖301、右端盖303和真空壳体306。

左端盖301和右端盖303分别设于真空壳体306的两端。具体的，左端盖301和右端盖303通过螺栓与真空壳体306连接并形成腔体。真空壳体306为不锈钢材质。

左端盖301上设有充气孔302，充气孔302用于充入特殊气体。

右端盖303上设有抽气孔304，抽气孔304用于抽真空并调节真空筒体的内部压力。

请参考图2，在一个实施例中，真空筒体还包括冷却水进口307和冷却水出口308，冷却水进口307和冷却水出口308设于真空壳体306上。冷却水进口307和冷却水出口308用于连接电机冷水管和外置冷水机，以防止电机602过热。在图2所示的实施例中，冷却水进口307和冷却水出口308位于真空壳体306右端上部。

请参考图2，在一个实施例中，真空筒体还包括传感器引线接口309和电机引线接口310。传感器引线接口309和电机引线接口310均位于右端盖303上。传感器引线接口309用于连接传感器以及加热贴片405的引线。电机引线接口310用于连接电机602引线。

请参考图2，在一个实施例中，真空筒体内壁设有移动底座305，移动底座305相对于真空筒体内壁可移动，轴承试验机构设于移动底座305上。具体的，滑动底座305通过真空壳体306内部的滑轨与真空壳体306连接。滑动底座305用于拖动轴承试验机构，在端盖打开后滑动底座305拖动轴承试验机构滑出真空壳体306以进行调试。具体的，丝杠加载系统1、测力系统2、试验轴承加载系统4、传动系统5、动力系统6均位于环境模拟系统3的真空筒体内，其中丝杠加载系统1、测力系统2、传动系统5，动力系统6分别通过支座固定于环境模拟系统3的滑动底座305上。

上述环境模拟系统3的真空壳体306、左端盖301、右端盖303用于形成腔体并维持真空环境。使轴承试验装置能够模拟真空环境并测试在真空环境下润滑脂挥发对试验轴承403造成的影响。

请参考图2和图3，在一个实施例中，丝杠加载系统1包括加载圆盘101、丝杠螺母102、丝杠103和加载支座104。

加载圆盘101固定套设于丝杠103的一端。具体的，加载圆盘101通过紧配合与丝杠103的一端连接。丝杆103的另一端与测力系统2的止推轴承201通过紧配合连接。

丝杠103可转动设于丝杠螺母102内。

丝杠螺母102和加载支座104固定连接。具体的，加载支座104与丝杠螺母102通过螺栓连接。

加载支座104设于真空筒体内壁上。具体的，加载支座104设于滑动底座305上。

上述丝杠加载系统1，通过加载圆盘101旋转，带动丝杠103在丝杠螺母102中旋进产生轴向位移，丝杠103与止推轴承201内圈连接，丝杠103旋进使止推轴承201内圈旋转并通过止推轴承201外圈推动轴承底座202，继而推动加载环402，加载环402向试验轴承403施加轴向载荷。

请参考图2和图4，在一个实施例中，测力系统2包括止推轴承201、轴承底座202、轴承底座支座203、锁紧螺栓204、力传感器205和加载接头206。

止推轴承201套设于丝杠103远离加载圆盘101的一端。止推轴承201内圈与丝杠103连接。丝杠103用于向轴承底座202传递轴向加载。

轴承底座202套设于止推轴承201远离加载圆盘101的一端。止推轴承201外圈与轴承底座202连接。具体的，轴承底座202为带底部的筒体结构。轴承底座202的底部和止推轴承201远离加载圆盘101的一端的端部抵接。具体的，止推轴承201与轴承底座202通过紧配合连接。轴承底座202与轴承底座支座203通过间隙配合连接。轴承底座支座203用于支撑轴承底座202。

轴承底座支座203设于真空筒体内壁上。具体的，轴承底座支座203设于滑动底座305上。

锁紧螺栓204垂直于丝杠303设置。轴承底座支座203上设有通孔。锁紧螺栓204穿出通孔后用于锁定轴承底座202。锁紧螺栓204通过螺纹与轴承底座支座203连接，锁紧螺栓204用于在轴向加载力大小确定后锁紧固定轴承底座202，防止丝杠103在试验轴承403转动过程中后退导致轴向加载发生变化。

力传感器205装设在轴承底座202与加载接头206之间。力传感器205受到轴承底座202传递而来的轴向载荷并测量出载荷大小。加载接头206通过螺纹与试验轴承加载系统4的加载环底座401连接。

上述测力系统2通过止推轴承201连接丝杠103，丝杠103旋进产生的轴向加载力推动止推轴承201和轴承底座202，并使装设在轴承底座202和加载接头206之间的力传感器205受力，力传感器205测出轴向载荷大小，确定轴向载荷后停止旋转丝杠103。往下拧紧锁紧螺栓204，锁紧螺栓204接触并挤压轴承底座202，使轴承底座202固定在锁紧螺栓204和轴承底座支座203之间，从而固定加载接头206的位置并使试验轴承403的轴向载荷保持一定。因此，止推轴承201受丝杠103推动，进而推动轴承底座202、力传感器205、加载接头206，并将轴向载荷传递给试验轴承加载系统4的加载环402。

请参考图2和图5，在一个实施例中，试验轴承加载系统4包括轴向力加载组件、试验轴承403、试验轴承支撑端404和连接底座407。

轴向力加载组件和加载接头206连接，轴向力加载组件和试验轴承403的外圈连接，轴向力加载组件通过试验轴承403外圈将轴向力加载于试验轴承403。试验轴承403可以为混合陶瓷轴承。

试验轴承支撑端404的一端设于试验轴承403内，试验轴承支撑端404的一端与试验轴承403内圈紧配合。试验轴承支撑端404用于支撑试验轴承403。试验轴承支撑端404的另一端通过螺栓和连接键与传动轴508连接。试验轴承支撑端404可以拆卸并针对不同内径的试验轴承403进行更换。

进一步的，轴向力加载组件包括加载环底座401和加载环402。加载环底座401通过螺纹与加载环402连接，加载环402与试验轴承403外圈接触并通过试验轴承403外圈将轴向力加载于试验轴承403外圈。具体的，加载环底座401与加载环402通过螺纹连接，用于传递轴向载荷。

进一步的，在一个实施例中，试验轴承加载系统4还包括加热贴片405、保护衬套406和连接底座407。保护衬套406和连接底座407固定连接，加热贴片405安装于保护衬套406内。具体的，加热贴片405贴于保护衬套406内壁。加热贴片405套设于试验轴承403的外侧。加热贴片405用于加热试验轴承403。具体的，加热贴片405用于加热试验轴承403周围环境，使轴承润滑脂加快挥发并使轴承试验装置能够测试润滑脂挥发损失对试验轴承403造成的影响。保护衬套406用于防止试验轴承403转动碎屑飞溅。

保护衬套406和连接底座407固定连接。连接底座407和传动系统5固定连接。具体的，连接底盘407通过螺纹与传动系统5的传动轴衬套506连接，连接底盘407用于支撑保护衬套406。

传统高速轴承试验装置，针对工作于特殊温度环境下的脂润滑混合陶瓷轴承，未考虑轴承润滑脂在高于常温的不同环境温度下可能产生挥发损失从而影响轴承的工作性能，无法调节试验轴承的工作环境温度，即不能够对试验轴承周围的环境进行加热，无法在轴承试验过程中模拟轴承实际工作过程中温度较高的环境。而本申请的轴承试验装置，通过加热贴片405可以加热试验轴承403周围环境，从而可以调节试验轴承403的工作环境温度，从而测量温度较高的环境下试验轴承403的工作性能。

上述试验轴承加载系统4，加载环底座401受到丝杠加载系统1产生的轴向载荷推动加载环402并使轴向载荷施加在试验轴承403的外圈上。试验轴承支撑端404与传动系统5的传动轴508通过螺栓连接，由于传动轴508与陪试轴承502内圈紧配合且陪试轴承502位置固定，所以试验轴承支撑端404位置固定从而试验轴承403位置固定。

请同时参考图6，传动系统5包括陪试轴承502、传动轴衬套506、传动轴508和衬套支座509。

衬套支座509设于真空筒体的内壁。具体的，衬套支座509设于滑动底座305上。衬套支座509用于支撑传动系统5。

传动轴衬套506固定设于衬套支座509上。衬套支座509用于支撑传动系统5。传动轴衬套506的一端和连接底座407固定连接。

传动轴508设于传动轴衬套506内，传动轴508的一端和试验轴承支撑端404固定连接。传动轴508的另一端和动力系统6连接。传动轴508用于驱动试验轴承403转动。

传动轴508和传动轴衬套506之间设有陪试轴承502。陪试轴承502用于支撑传动轴。

请同时参考图6，在一个实施例中，传动系统5还包括密封环501、传动轴套503、承压环504和保护端盖507。

陪试轴承502的数量为两对，两对陪试轴承502分别位于传动轴508两端。每对陪试轴承502为串联配置。传动轴508与陪试轴承502通过紧配合连接，陪试轴承502用于支撑传动轴508。

传动轴套503位于两对陪试轴承502之间。传动轴套503用于轴向定位陪试轴承502。具体的，传动轴套503与陪试轴承502内圈接触，陪试轴承502内圈由传动轴508驱动旋转。具体的，陪试轴承502为混合陶瓷轴承。

承压环504和密封环501分别设置于传动轴508两端。密封环501与承压环504互相配合，设置于陪试轴承502两侧，用于陪试轴承502轴向定位和密封。

保护端盖507通过螺栓与传动轴衬套506远离连接底座407的一端固定连接连接。具体的，传动轴衬套506通过端部螺栓孔与保护端盖507连接。保护端盖507用于保护转动零件。传动轴衬套506用于支撑陪试轴承502。

请同时参考图6，在一个实施例中，传动系统5还包括锁紧螺母505。锁紧螺母505设置与传动轴508末端。具体的，锁紧螺母505旋设于传动轴508螺纹端部，并与承压环504接触。锁紧螺母505用于固定陪试轴承502位置。

请同时参考图7，在一个实施例中，动力系统6包括联轴器601、电机602、电机支座603。

电机602通过联轴器601与传动轴508连接，电机602用于产生驱动试验轴承403旋转的动力。电机602用于驱动试验轴承403转动。电机602通过联轴器601和传动轴508驱动试验轴承支撑端403旋转并使试验轴承403内圈旋转。试验轴承403内圈旋转，试验轴承403外圈与加载环402接触并承受轴向加载力。

电机支座603与电机602连接，电机支座603设于真空筒体的内壁。电机支座603用于支撑电机602。具体的，电机支座603设于滑动底座305上。

上述轴承试验装置的工作方式如下：

首先，将涂抹了指定量的润滑脂的试验轴承403安装到试验轴承支撑端404，加载环402接触在试验轴承403外圈并将丝杠加载系统1、测力系统2、传动系统5和动力系统6各部件安装于设计位置。在轴承试验装置各部分安装调试完毕后，调整丝杠加载系统1，根据测力系统2测量的数据确定轴向载荷大小，并在载荷确定后通过锁紧螺栓204固定。拖动滑动底座305将轴承试验机构送入真空壳体306中，连接电机冷水管与冷却水进口307、冷却水出口308以及传感器、加热贴片405、电机引线，连接完成后安装左端盖301和右端盖303，并通过充气孔302和抽气孔304输入指定气体工质并调节压力。然后，通过调节试验轴承加载系统4的加热贴片405对试验轴承403进行加热并在预定的时间开启电机602。调整电机602达到所需转速，电机602通过传动系统5带动试验轴承403旋转。最后，通过传感器引线接口连接数据采集仪并监测指定的试验轴承403的状态参数。

上述轴承试验装置，可充入多种特殊气体来模拟特殊工作环境，能够在不同压力、不同气体环境的条件下对不同内径的轴承进行高速转动试验，并且可以调节工作环境压力，对试验轴承进行加热调节工作环境温度以及调节轴承转速、轴向载荷。因此，上述轴承试验装置能够对轴承所应用的特殊环境进行模拟，对轴承在特殊气体工质中以及较高的温度条件下的工作表现进行评估，并且能够通过调节转速、轴向载荷以及工作环境的压力来研究转速、载荷、压力对于轴承润滑脂和轴承性能造成的影响。通过更换不同尺寸的试验轴承支撑端，能够对不同内径的试验轴承进行转动试验研究测试。此外，上述轴承试验装置能够在真空壳体中滑动，便于拖出真空壳体进行调试，操作方便。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。