关节轴承低温磨损试验系统及其组装方法与流程

本发明属于机械设备可靠性鉴定技术领域；具体涉及一种关节轴承低温磨损试验系统及其组装方法。

背景技术：

关节轴承低温磨损试验，用于评估关节轴承在低温环境下的抗磨性能指标，是关节轴承型号产品的设计与研发、定制与选型的重要依据评判准则。低温磨损鉴定试验过程中，温度、载荷、往复运动状态的控制，均需要实时控制，整个试验过程运行周期较长，故需要自动化程度较高的试验系统，以实现外部环境条件、载荷条件、运转条件均能实时满足鉴定试验大纲的要求，并可实时监控磨损量和被试轴承温度，减少人为因素对试验结果的影响，保证试验结果判定的准确性。

但是现有的系统存在下述问题：(1)现有寿命试验夹具结构不能保证芯轴的刚度，芯轴容易在大径向载荷作用产生的大弯矩下发生脆断，以航空低速重载宽系列自润滑关节轴承为例，寿命试验的径向载荷是相同内径其他类型关节轴承的1.3-1.5倍，芯轴更容易发生脆断；(2)现有寿命试验夹具，设计通用性差，在完成不同型号关节轴承的寿命试验时，需要多种规格的夹具，造成了资金、时间和资源的极大浪费；(3)试验夹具笨重，而温度箱空间相对狭小，不易于被试产品和试验夹具的安装固定，安装过程相对繁琐费力，大幅延长试验准备时间。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种通用性强、性能可靠、便于试验件拆装、可自动控制和信号采集的关节轴承低温磨损试验系统及其组装方法。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种关节轴承低温磨损试验系统，所述系统包括底座、温度箱、产生待测试轴承径向载荷的径向应力子系统、产生待测试轴承摆动扭矩的动力子系统、控制测试环境温度的温度控制子系统、监控待测试轴承径向磨损量的磨损测量子系统和固定安装待测试关节轴承的夹具子系统；所述系统的夹具子系统包括两块顶块、加载板、两个陪试轴承座、芯轴、两个陪试轴承、端盖和锁紧部件；

所述加载板的第一端与所述应力子系统连接，所述加载板的第二端与所述被试关节轴承的外圈间隙配合，用于将所述应力子系统产生的径向应力施加到被试关节轴承的外圈，且所述加载板的第二端设有可轴向固定所述被试关节轴承外圈一侧的挡边；

所述两块顶块分别设有中心孔，所述中心孔内圈与所述芯轴间隙配合，所述两块顶块分别位于所述被试关节轴承左侧和右侧；

所述芯轴穿过所述被试关节轴承内圈和所述两块顶块，所述芯轴与所述被试关节轴承内圈间隙配合，所述芯轴的第二端与动力子系统连接相连；

所述锁紧部件用于将所述两块顶块从左侧和从右侧夹紧被试关节轴承的内圈；

所述两个陪试轴承座轴向对称安装在所述底座上，所述陪试轴承座设有用于安装所述陪试轴承的内孔，所述内孔的内圈与所述陪试轴承的外圈间隙配合，所述内孔朝向待测试轴承的第一面设有挡边，与待测试轴承相对的第二面由端盖进行封堵，所述挡边和所述端盖用于对所述陪试轴承进行轴向固定；

所述两个陪试轴承内圈与所述两个顶块间隙配合，用于为所述被试关节轴承提供支撑。

优选的，所述夹具子系统还包括衬套，所述衬套为圆柱形中空管，所述衬套内圈与所述芯轴外表面间隙配合，通过更换相应长度的衬套，可以适应不同宽度系列的关节轴承完成鉴定试验。

优选的，所述芯轴的第二端有异型槽，异型槽侧边上设有与所述动力子系统传递扭矩的轴相配合的异型通孔，所述芯轴与所述动力子系统传递扭矩的轴通过所述异型槽和异型通孔进行连接。。

优选的，所述底座上设有滑槽，所述陪试轴承座固定安装于所述滑槽之上，且两个所述陪试轴承座可沿滑槽调节其相对距离。

优选的，所述两个陪试轴承为双列调心滚子轴承；所述陪试轴承便于调心，能够缩短试验准备时间，并可减少安装时的安装应力，提高试验准确性。

优选的，所述动力子系统包括电机、电机座、丝杠和手轮；所述电机固定在所述电机座上，所述丝杠和手轮与所述电机座连接，驱动电机座沿所述芯轴的轴向进行位移，并且所述手轮上配备有对所述电机座进行位置固定的机械锁。

优选的，所述动力子系统还包括联轴器。

优选的，所述动力子系统还包括穿箱轴，所述穿箱轴通过所述温度箱的侧面孔与所述轴心连接，所述穿箱轴外圈与所述温度箱的侧面孔之间有密封部件，所述穿箱轴外圈与所述密封部件为松配合。

优选的，本发明还提供一种关节轴承低温磨损试验系统的组装方法，其包括以下步骤：

步骤1、将所述动力子系统放置适当距离，将动力子系统传递扭矩的轴从所述温度箱侧面孔中穿过；

步骤2、组成陪试轴承组件：分别将所述两个陪试轴承装入所述两个陪试轴承座的内孔，并用所述端盖锁紧所述陪试轴承；

步骤3、组装试验轴承组件：将所述两个顶块、被试关节轴承和加载板穿过所述芯轴，再用所述锁紧装置将所述两个顶块和被试关节轴承锁紧，将所述芯轴与所述电机的电机轴连接；

步骤4、调整所述陪试轴承座之间的距离位置，将所述试验轴承组件的所述两个顶块分别穿过陪试轴承的中心孔，将所述加载板与所述应力子系统固定连接，再将所述陪试轴承座固定安装在所述底座上；

步骤5、检查整个轴系确保对中性，然后轻轻转动被试关节轴承的内圈，确保被试关节轴承不受侧向力；

步骤6、检查所述温度控制子系统，磨损测量子系统正常工作；

步骤7、启动所述温度箱，调节所述温度箱内的环境温度达到验证试验大纲中的规定值后，控制所述应力子系统通过所述加载板对所述被试关节轴承施加所述验证试验大纲中规定的载荷值，控制所述动力子系统按照所述验证试验大纲中的参数要求进行周期性往复摆动，直至达到规定的试验次数。

优选的，所述方法还包括用于拆卸的步骤8，所述步骤8具体包括以下步骤：

步骤81、低速磨损鉴定试验结束后，卸载所述被试关节轴承的径向力，调节所述温度箱内的环境温度恢复室温后，打开所述温度箱；

步骤82、断开所述芯轴与所述电机的电机轴的连接；

步骤83、将所述陪试轴承座从所述底座拆下，先取出左侧的所述陪试轴承组件后，再将所述试验轴承组件取出；

步骤84、旋开锁紧部件，依次从芯轴13上取下左侧所述顶块、所述加载板、所述被试关节轴承和右侧所述顶块，完成拆卸。

对比现有的技术，本方案有以下有益效果：

(1)夹具易拆装、通用性强。本方案中的顶块、加载板、衬套都是独立部件，拆卸方便，可通过更换衬套可实现不同宽度系列关节轴承寿命试验的装夹，通过更换芯轴、顶块、加载板可实现不同直径关节轴承寿命试验的装夹，试验夹具利用率高通用性好；(2)结构受力合理，采用加载板内孔增加单侧挡边、减小顶块的锥度、挡边与端盖协同固定陪试轴承等结构设计改进，有效避免了高速重载自润滑轴承试验过程中极易发生的芯轴变形或断裂。

附图说明

图1为关节轴承低温磨损试验系统结构示意图；以及

图2为关节轴承低温磨损试验系统控制电路示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了如图1所示的一种关节轴承低温磨损试验装置，该装置包括：丝杠1、电机2、电机轴3、橡胶套4、顶块51、顶块52、电液油缸6、位移传感器7、台架8、加载板9、轴承座101、轴承座102、被试关节轴承11、螺母12、芯轴13、弹性垫片14、衬套15、温度传感器16、反光条17、端盖181、端盖182、陪试轴承191、陪试轴承192、底座20、转接头21、温度箱22、穿箱轴23、法兰轴24、联轴器25、电机座26、手轮27和控制电路28。

本实施例中，芯轴与被试关节轴承的内圈为0.013～0.038mm的间隙配合；芯轴的材料为9cr18轴承钢；加载板材料为q275碳素钢；温度箱内的其他试验夹具材料均为不锈钢；芯轴的异型轴端和异型转接头的中心异型孔的形状为椭圆形；加载板侧面的通孔为m5的螺纹孔；陪试轴承座的内孔挡边厚度为0.7mm；加载板的内孔挡边厚度为0.7mm；芯轴的表面硬度应不小于50hrc；陪试轴承选用双列调心滚动轴承；陪试轴承的润滑方式为脂润滑；温度传感器选用热电偶传感器；位移传感器选用激光位移传感器；橡胶套材料选用聚四氟乙烯(ptfe),并用棉纱适当封堵橡胶套和穿箱轴之间的空隙。

电机2固定在电机座26上，电机座26下端安装有滚轮和滚道，可以沿轴向实现一定范围内的移动。电机座26移动依靠丝杠1和手轮27进行手动驱动，手轮27上配备有机械锁，保证电机2在工作过程的固定。

电机轴3与电机2相连将电机2的旋转运动，通过联轴器25、法兰轴24、穿箱轴23传递给温度箱内部的关节轴承试验夹具，通过控制电机2转速实现对被试关节轴承11转速的精确控制。

电液油缸6安装在台架8的上端，用于对关节轴承试验夹具提供径向载荷作用，电液油缸6由控制电路28通过电缆控制，电液油缸6的法兰盘穿过温度箱22与加载板9相连，通过加载板9的力传递作用到被试关节轴承11的外圈，电液油缸6内部的压力传感器将载荷情况反馈给控制电路28，进而实现了对被试关节轴承11施加径向载荷的精确控制。

加载板9的内圈与被试关节轴承11之间采用间隙配合。加载板与加载装置相连，按照径向载荷剖面的规定对被试关节轴承11施加径向加载。加载板9设计出挡边可周向固定被试关节轴承11的外圈一面，另一面通过试验机主轴进行轴向夹紧。

顶块51和顶块52穿在芯轴13，通过螺母12、弹性垫片14、衬套15配合，轴向夹紧被试关节轴承11的内圈将其固定，夹紧力不要过大，以免被试关节轴承11内圈变形引起摩擦力矩的增加，加速自润滑衬垫的磨损。顶块51和顶块52的高度应尽量小，进而缩短陪试轴承191和陪试轴承192的支点之间的距离，减小芯轴13承受的弯矩。

轴承座101和轴承座102通过t型槽和螺栓安装固定在底座20上，轴承座101和轴承座102的内孔一面设计有挡边、另一面周向均布螺纹孔连接端盖181和端盖182，陪试轴承191和陪试轴承192安装在轴承座102和轴承座101的内孔中并由挡边和端盖181和端盖182轴向固定。

陪试轴承191和陪试轴承192作为寿命试验过程中的陪试用轴承，被固定在轴承座10上，为被试关节轴承11提供径向支撑，协助陪试轴承191和陪试轴承192内圈转动。

芯轴13与被试关节轴承11内孔之间采用间隙配合，一端加工出螺纹，通过与顶块51和顶块52、螺母12夹紧被试关节轴承11的内圈，另一端加工出异型槽，通过转接头21与穿箱轴23间的螺纹连接相连，使被试关节轴承11实现内圈按照试验大纲规定的周期性完成往复摆动。

衬套15为圆柱形中空管，其内圈与芯轴13外表面间隙配合。通过更换相应长度的衬套15，可以适应不同宽度系列的关节轴承完成鉴定试验。

转接头21中心的异型通孔与芯轴13的异型槽配合传递扭矩。转接头21的周向均布若干螺纹孔，通过螺纹连接与穿箱轴23的法兰盘相连接。

穿箱轴23穿过温度箱22的外壁，实现温度箱22内外部结构的连接，穿箱轴23通过橡胶套4穿过温度箱22的箱体，并与橡胶套4为松配合，橡胶材料可以降低穿箱轴23穿过温度箱22时发生的磨损，也会降低箱内温度与外界的快速热交换，很好地保证了温度箱内部预设温度的恒定。

联轴器25，可以有效地减小因电机2运行振动及安装的不同心引起的弯矩，提高鉴定试验结果的精确度和准确性。

温度传感器16安装在加载板9侧面开的通孔内，实时监控被试关节轴承11外圈的温度，当温度超过规定值时，立即停止鉴定试验，检查被试关节轴承11和试验系统。

位移传感器7安装在台架8的顶端，通过对加载板9径向位移的采集，实时监控被试关节轴承11的径向磨损量，加载板9底端伸出反光条16与位移传感器7配合使用，反光条16与加载板9采用螺纹连接固定。

控制电路28，如附图2所示，通过线缆与电机2、温度箱22、电液油缸6、位移传感器7以及温度传感器16相连接。控制电路28发送指令，控制电机2的转速、转向、运行时间，温度箱22的温度值、温变速度、保温时间，电液油缸6的输出载荷。同时，控制电路28实时监控并记录位移传感器7和温度传感器16采集获得的位移值和温度值。

利用自润滑关节轴承低温磨损鉴定试验系统完成低温磨损试验过程中装拆被试试验件操作简单、方便，低速磨损验证试验中按照如下步骤安装被试产品：

缓慢转动手轮27将电机2向右方滑动适当距离，将电机轴3从温度箱22侧面孔中穿过穿箱轴23，并用螺栓与法兰轴24、联轴器25紧固；

组成陪试轴承组件：分别将陪试轴承191和陪试轴承192装入轴承座102和轴承座101的中心孔，并用端盖181、端盖182及螺纹锁紧陪试轴承191和陪试轴承192；

组成试验轴承组件：分别将顶块51、顶块52、被试关节轴承11、加载板9、衬套15穿过芯轴13，用弹性垫片14和螺母12锁紧，将芯轴13的异型槽与转接头21内孔配合；

将试验轴承组件初步安装在底座20上，并将组成试验轴承组件穿过陪试轴承的中心孔，调整好位置，使两个轴承座尽量靠近，且需保证轴系上的对中。在确保轴承不受侧向力后，用螺栓将加载板9与电液油缸6的法兰连接，再用螺栓将轴承座101和轴承座102固定安装在底座20的t型槽上；

各部分安装固定后，轻轻转动被试关节轴承11的内圈，确保被试关节轴承11不受侧向力；

轻轻摇动手轮27，移动电机2轴系向左滑动，保证芯轴13的异型槽完全插入转接头21的中心孔并良好贴合，仔细检查整个轴系确保对中性，避免影响试验结果的精确度，锁紧手轮27上的机械锁；

检查位移传感器7与反光条17间的相对位置，保证位移传感器7可有效记录加载板9的径向位移量，安装温度传感器16插入并固定在加载板9侧面的通孔内，确保温度传感器16可有效测量被试关节轴承11的外圈温度；

关闭温度箱22的舱门，通过控制电路28发送指令启动温度箱22，调节温度箱22内的环境温度达到验证试验大纲中的规定值后，控制电液油缸6通过加载板9对被试关节轴承11施加验证试验大纲中规定的载荷值，控制电机2按照验证试验大纲中的参数要求进行周期性往复摆动，直至达到规定的试验次数。

低速磨损验证试验结束拆卸被试关节轴承按照如下步骤进行：

低速磨损鉴定试验结束后，通过控制电路28发送指令卸载被试关节轴承11的径向力，调节温度箱22内的环境温度恢复室温后，打开温度箱22的舱门；

将温度传感器16从加载板9侧面的通孔内取出；

打开手轮27上的机械锁，轻摇手轮27使电机2轴系向右滑动，直到芯轴13的异型槽与转接头21的中心孔完全分离；

拆下轴承座102与底座20t型槽之间的螺栓，先取出左侧的陪试轴承组件，包括轴承座102、陪试轴承191和端盖181，再将试验轴承组件取出；

拆卸下螺母12，依次从芯轴13上取下弹性垫片14、衬套15、顶块52、加载板9、被试关节轴承11和顶块51，完成被试关节轴承的拆卸；

最后，再旋松固定轴承座101的螺栓，取下右侧的陪试轴承组件，包括轴承座101、陪试轴承192和端盖182

本实施例实现了可自动化操作的温度、载荷、往复运动状态的控制，并可实时监控磨损量和被试轴承温度，有效地减少了人为因素对试验结果的干扰，保证试验结果判定的准确性；顶块51、顶块52、加载板9、衬套15都是独立部件，拆卸方便，可通过更换衬套15可实现不同宽度系列关节轴承寿命试验的装夹，通过更换芯轴13、顶块51、顶块52、加载板9可实现不同直径关节轴承寿命试验的装夹，试验夹具利用率高通用性好，可以节约资源并降低设备库存占地；另外，本实施例采用加载板9的内孔增加单侧挡边、减小顶块的锥度、挡边与端盖协同固定陪试轴承191和陪试轴承192等结构设计改进，有效避免了高速重载自润滑轴承试验过程中极易发生的芯轴变形或断裂，并可在狭小空间中完成被试轴承的装配，拆卸也极为方便，大幅缩短了寿命试验准备时间。

以上仅为本专利的优选实施例而已，并不用于限制本专利，对于本领域的技术人员来说，本专利可以有各种更改和变化。凡在本专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。