一种用于关节轴承寿命试验的夹具系统的制作方法

本发明涉及一种夹具技术领域，更为具体地，本发明涉及一种用于关节轴承寿命试验夹具及其安装方法。

背景技术：

关节轴承寿命试验，用于评估关节轴承在一定试验剖面条件下的耐久性寿命指标，是关节轴承型号产品的设计与研发、定制与选型中确定关节轴承翻修期和使用期的重要依据和评判准则。在寿命试验过程中，环境温度、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、运转条件均能与关节轴承外部应力条件相符，同时实时监控磨损量、被试轴承温度及外部载荷条件，减少非责任故障对试验结果的影响，确保可对关节轴承的寿命评估提供准确的试验数据。

但是现有的系统存在下述问题：(1)现有关节寿命试验夹具仅能实现对关节轴承径向载荷的施加，不能完全模拟关节轴承同时受到径向力、轴向力的实际情况，寿命试验结果与产品真实寿命存在较大误差，基于现有寿命试验夹具不能对关节轴承寿命进行准确的预计；(2)由于受载较大、被试品产品体积等原因，关节轴承试验夹具普遍设计的较笨重，而有限的空间不易于被试产品和试验夹具的安装固定，被试夹具安装和固定的过程相对繁琐费力，试验准备时间较长；(3)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、时间和储存空间的极大浪费。

技术实现要素：

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供了一种用于自润滑关节轴承寿命试验夹具，其为一种用于实现轴向加载和径向加载自润滑关节轴承寿命试验夹具及其装拆方法。

本发明提供一种用于关节轴承寿命试验的夹具系统，其包括关节轴承装夹子系统、底座、转动施加子系统、穿箱轴套、温度箱、被试关节轴承、径向载荷施加子系统、轴向载荷施加子系统以及采集与控制系统；陪试轴承座安装在基座上，陪试用轴承安装在所述陪试轴承座内孔中；所述内孔的第一侧面设置第一挡边，所述内孔的第二侧面设置所述陪试轴承座端盖，通过挡边和该端盖配合的方式分别对圆柱滚子轴承和球轴承进行轴向固定；采用单侧液压作动器施加轴向载荷、推力轴承向旋转轴传递推力、球轴承将推力施加到被试关节轴承装夹子系统的方式，将轴向载荷施加到被试关节轴承上，确保轴向、径向载荷条件的同时施加；所述内圈固定环与螺母、芯轴配合，轴向夹紧被试关节轴承，对被试关节轴承进行轴向固定。

所述系统的推力轴承套第一面中心设有盲孔，盲孔内表面与推力轴承外表面间隙配合，所述推力轴承用于传递推力，所述推力轴承的第一面通过盲孔内壁固定，所述推力轴承的第二面通过推力轴承衬套和推力轴承套端盖共同作用进行固定，所述推力轴承内孔与芯轴外径间隙配合，并通过芯轴的阶梯传递推力；所述系统的左液压作动器施加轴向推力，通过所述推力轴承向往复摆动旋转的芯轴传递推力，经所述左内圈固定环传递给被试关节轴承的左侧内圈，被试关节轴承的右侧外圈受到的反作用力是由经所述右内圈固定环并经所述陪试球轴承传递至固定的陪试轴承座；

优选地，液压马达、上液压作动器、左液压作动器，均由经控制器控制的液压油输送单元提供液压动力。

优选地，所述内圈固定环与被试关节轴承内圈、外圈接触处为平面，以避免压伤被试关节轴承；外圈固定板与加载装置相连，按照径向载荷剖面的规定对被试关节轴承施加径向加载。

优选地，所述芯轴与被试关节轴承内孔之间采用间隙配合；芯轴的第二端设置异型头，通过异型转接法兰分别与异型端面以及转轴相连，使被试关节轴承的内圈实现试验大纲规定的旋转运动；所述异型转接法兰中心设置异型通孔，所述异型通孔与芯轴的异型端面配合传递扭矩；异型转接法兰与转动施加子系统的法兰盘相连接。

优选地，利用安装在基座上的激光位移传感器对被试关节轴承径向磨损量，进行实时监控，外圈固定板的下端伸出反光条，所述反光条与激光位移传感器配合使用。

优选地，所述右内圈固定环的外圈与所述陪试球轴承间隙配合，所述右内圈固定环第一端设有挡边，所述第一端的端面有内凹盲孔，所述内凹盲孔内径略大于被试关节轴承的内圈。

优选地，所述芯轴上有阶梯轴，大径与所述被试关节轴承内圈间隙配合并有螺纹孔与锁紧螺母螺纹连接，小径与推力轴承的内径配合，所述芯轴的第二端与转动施加子系统相连接。

优选地，第一挡边的厚度为1mm，以便保证其轴向刚度，且能够减小陪试轴承中心与被试关节轴承顶中心的距离，减小芯轴承受的弯矩值。

一种用于关节轴承寿命试验的夹具系统的关节轴承的安装方法，其包括以下步骤：

s1、将所述转动施加子系统和所述轴向载荷施加子系统放置适当距离，将传递扭矩的轴分别从温度箱的两个侧面孔中穿过；s2、组装陪试轴承组件：将陪试轴承陪试球轴承、陪试圆柱滚子轴承分别装入右陪试轴承座、左陪试轴承座的内孔中，并通过端盖进行轴向定位；s3、组装试验轴承组件：将内圈固定环、被试关节轴承和外圈固定板穿过芯轴，利用锁紧螺母将两个内圈固定环和被试关节轴承锁紧，将芯轴通过异型法兰与转动施加子系统的转轴连接；s4、调整陪试轴承座之间的距离，将右内圈固定环、左内圈固定环分别穿过陪试球轴承、陪试圆柱滚子轴承的中心孔，外圈固定板与径向载荷施加子系统固连，再将陪试轴承座固定安装在底座上；s5、组装推力轴承组件：将推力轴承装入推力轴承套的中心盲孔中，并用推力轴承衬套和推力轴承套端盖锁紧推力轴承，向右移动轴向载荷施加子系统，将左液压作动器的转轴与芯轴连接；s6、检查整个轴系以保证对中性，确保被试关节轴承不受侧向力，检查控制器对液压油输送单元油液压力的控制、对磨损量的采集均正常工作；s7、启动温度箱，调节温度箱内的环境温度达到寿命试验大纲中的规定载荷剖面值后，控制径向载荷施加子系统、轴向载荷施加子系统通过加载板对被试关节轴承施加寿命试验大纲中规定的径向和周向载荷值，控制转动施加子系统按照寿命试验大纲中的参数要求进行摆动旋转。

一种用于关节轴承寿命试验的夹具系统的关节轴承的拆卸方法，其包括以下步骤：

步骤1、寿命试验结束后，卸载被试关节轴承的轴向力和径向力，调节温度箱内的环境温度恢复室温后，打开温度箱；步骤2、分别断开芯轴与转动施加子系统的转轴、轴向载荷施加子系统的转轴之间的连接；步骤3、将陪试轴承座从底座拆下，取出左侧的左陪试轴承座、左陪试轴承座端盖和陪试圆柱滚子轴承；步骤4、旋开锁紧螺母，依次从芯轴上取下左内圈固定环、外圈固定板和被试关节轴承；步骤5、拆下右陪试轴承座端盖，从右陪试轴承座的中心孔中取出陪试球轴承，完成拆卸。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所提供的一种可同时施加轴向和径向载荷、可快速安装和拆卸的关节轴承寿命试验夹具，对比现有的技术，有如下的技术优势：

1)本套试验夹具系统克服传统寿命夹具仅能径向加载的不足，同时，实现了径向载荷和轴向载荷的同时加载。采用单侧液压作动器施加轴向载荷、推力轴承向旋转轴传递推力、球轴承将推力施加到被试关节轴承装夹子系统的方式，将轴向载荷施加到被试关节轴承上，确保寿命试验的载荷条件施加，有效地保证寿命试验结果的准确度；

2)本套试验夹具系统通过更换调整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、外圈固定套可实现不同直径关节轴承寿命试验的装夹，夹具通用性强，节约资源并降低夹具库存占地；

3)被试关节轴承安装方便，可在狭小空间中完成夹具的装配，安装过程中均为小零件逐渐组装，避免由整体试验夹具过于笨重导致安装困难费时费力，大幅缩短了寿命试验准备时间；

4)本套试验夹具系统自动化程度高，控制器通过控制液压油输送单元进而实时控制实现对轴向加载装置、径向加载装置和转轴旋转装置，实时控制温度箱内环境温度，实时监控温度、压力、磨损量等参数。

附图说明

图1为本发明的实施例的用于关节轴承寿命试验的夹具系统的结构示意图；以及

图2为本发明的实施例的采集与控制系统的结构示意图。

附图标记：

装夹子系统1、底座2、转动施加子系统3、穿箱轴套4、温度箱5、被试关节轴承6、径向载荷施加子系统7、轴向载荷施加子系统9、采集与控制系统。

异型转接法兰11、陪试轴承座端盖12、内圈固定环13、陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15、芯轴16、锁紧螺母17、陪试轴承座18、左滑轨台31、液压马达32、联轴器33、连接轴34、左穿箱轴35、第一穿箱轴套41、第二穿箱轴套42、试验台架71、上液压作动器72、反光条81、位移传感器82、推力轴承套端盖91、推力轴承衬套92、推力轴承93、推力轴承套94、右穿箱轴95、左液压作动器96、液压作动器支座97、右滑轨台98；

控制器101、径向力传感器102、轴向力传感器103、温度传感器104、转速传感器105、液压油输送单元106、右陪试轴承座端盖121、左陪试轴承座端盖122、右内圈固定环131、左内圈固定环132、右陪试轴承座181、左陪试轴承座182。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

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，如图1和图2所示，系统包括固定被试关节轴承的装夹子系统1、底座2、产生待测试轴承径向载荷的转动施加子系统3、穿箱轴套4、温度箱5、被试关节轴承6、产生待测试轴承径向载荷的径向载荷施加子系统7、产生待测试轴承轴向载荷的轴向载荷施加子系统9、监控待测试轴承外部应力的采集与控制系统10；系统的装夹子系统1包括异型转接法兰11、陪试轴承座端盖12、内圈固定环13、陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15、芯轴16、锁紧螺母17、陪试轴承座18、外圈固定板；系统的外圈固定板的第一端与径向载荷施加子系统7连接，加载板的第二端与被试关节轴承的外圈配合，用于将径向载荷施加子系统7产生的径向应力施加到被试关节轴承的外圈；系统的右内圈固定环131、左内圈固定环132分别位于被试关节轴承的两侧，均设有中心孔，中心孔内圈与芯轴16间隙配合；右内圈固定环131的外圈与陪试球轴承14间隙配合，右内圈固定环131第一端设有挡边，限制陪试球轴承14向左运动，第一端的端面有内凹盲孔，内凹盲孔刚好略大于被试关节轴承6的内圈，进而保证第一端的端面可与被试关节轴承6的外圈良好接触，挡边和内凹盲孔将陪试球轴承14传递的反向作用力施加在被试关节轴承6的外圈上；左内圈固定环132的外圈与陪试圆柱滚子轴承15间隙配合，起导向作用；

系统的芯轴16穿过被试关节轴承6内圈和两块内圈固定环13，芯轴16上有阶梯轴，大径与被试关节轴承6内圈间隙配合并有螺纹孔与锁紧螺母17螺纹连接，小径与推力轴承93的内径配合，芯轴16的第二端与转动施加子系统3相连接；系统的锁紧螺母17用于将两块内圈固定环13从左侧和从右侧夹紧被试关节轴承6的内圈；系统的陪试轴承座18以轴向对称方式安装在底座上。

陪试轴承座18设有用于安装陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15的内孔，内孔的内圈与陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15的外圈为间隙配合，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，挡边和陪试轴承座端盖12用于对陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15进行轴向固定；系统的陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15的内圈与两个内圈固定环13间隙配合，用于为被试关节轴承提供支撑。

系统的轴向载荷施加子系统9包括推力轴承套端盖91、推力轴承衬套92、推力轴承93、推力轴承套94、右穿箱轴95、左液压作动器96、液压作动器支座97、右滑轨台98；系统的推力轴承套94第一面中心设有盲孔，盲孔内表面与推力轴承93外表面间隙配合，推力轴承93用于传递推力，第一端面通过盲孔内壁固定，第二端面通过推力轴承衬套92和推力轴承套端盖91共同作用进行固定，推力轴承93内孔与芯轴16外径为间隙配合，并通过阶梯轴传递推力。系统的左液压作动器96施加轴向推力，通过推力轴承93向往复摆动旋转的芯轴16传递推力，经左内圈固定环132传递给被试关节轴承6的左侧内圈，被试关节轴承6的右侧外圈受到的反作用力是由经右内圈固定环131并经陪试球轴承14传递至固定的陪试轴承座18，并确保施加在被试关节轴承6两侧推力，不会施加到转动施加子系统3上，以此方式将规定的轴向载荷施加到被试关节轴承6上。

系统的转动施加子系统3包括左滑轨台31、液压马达32、联轴器33、连接轴34和左穿箱轴35，液压马达32固定在左滑轨台31上，将由液压油输送单元106提供液压动力转化为周期性旋转，左滑轨台31上配有丝杠、手轮和机械锁，通过转动手轮驱动液压马达32沿芯轴16的轴向进行位移，机械锁可对左滑轨台31进行位置固定的。系统的径向载荷施加子系统7包括试验台架71和上液压作动器72，液压马达32、上液压作动器72和左液压作动器96，均由经控制器101控制的液压油输送单元106提供液压动力；左穿箱轴35通过温度箱5的侧面孔与芯轴16连接，左穿箱轴35外圈与温度箱5的侧面孔之间有第一穿箱轴套41，第一穿箱轴套41起到密封作用，温度箱5外圈与第一穿箱轴套41为松配合。

系统的采集与控制系统10包括控制器101、径向力传感器102、轴向力传感器103、温度传感器104、转速传感器105和液压油输送单元106，分别检测径向力、轴向力、温度及转速数据，液压油输送单元106对油液压力进行控制，并将信号传至控制器101。

外圈固定板材料为q275碳素钢，外圈固定板侧面的通孔为m5的螺纹孔，外圈固定板的内圈与被试关节轴承6之间采用间隙配合。外圈固定板与加载装置相连，按照径向载荷剖面的规定对被试关节轴承6施加径向加载。利用安装在基座上的激光位移传感器对被试关节轴承6磨损量，即等效外圈固定板径向位移，进行实时监控，外圈固定板的下端伸出反光条81，反光条81与位移传感器82配合使用，采集外圈固定板的位移变化量，即被试关节轴承6磨损量。

穿箱轴套4包括第一穿箱轴套41和第二穿箱轴套42，位于温度箱的右侧和左侧，穿箱轴套4为圆柱形中空管，第一穿箱轴套41和第二穿箱轴套42的内圈分别与左穿箱轴35、右穿箱轴95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寿命试验。

内圈固定环13包括右内圈固定环131和左内圈固定环132，右内圈固定环131、左内圈固定环132分别位于被试关节轴承的两侧，右内圈固定环131和左内圈固定环132均设有中心孔，中心孔内圈与芯轴16间隙配合，右内圈固定环131的外圈与陪试球轴承14作间隙配合，右内圈固定环131第一端设有挡边，限制陪试球轴承14向左运动，右内圈固定环13第二端的端面有内凹盲孔，内凹盲孔大于被试关节轴承6的内圈，优选地，内凹盲孔大于略大于被试关节轴承6的内圈，进而保证其第一端的端面与被试关节轴承6的外圈良好接触，该挡边和内凹盲孔将陪试球轴承14传递的反向作用力施加在被试关节轴承6的外圈上；左内圈固定环132的外圈与陪试圆柱滚子轴承15间隙配合，起导向作用。

底座2上设有滑槽，陪试轴承座18固定安装于基座2的滑槽之上，两个陪试轴承座18可沿滑槽调节其相对距离，圆柱滚子轴承15安装在左侧陪试轴承座182内孔中，球轴承14安装在右侧陪试轴承座181内孔中。优选地，内孔的第一侧面设置挡边，挡边的厚度为1mm，以便保证其轴向刚度，且能够减小陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15中心与被试关节轴承6中心的距离，减小芯轴16承受的弯矩值。内孔的第二侧面设置有陪试轴承座端盖12，通过挡边和该端盖配合的方式对陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15进行轴向固定。优选地，陪试轴承座端盖12的内孔直径小于被试关节轴承6，与陪试轴承座18的挡边共同对陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15进行轴向固定，陪试轴承座端盖12周向上均布6个螺纹孔，陪试轴承座端盖12通过紧固件，例如，螺栓固定在陪试轴承座18上。

内圈固定环13与锁紧螺母17、芯轴16配合轴向夹紧被试关节轴承6，左内圈固定环132接触被试关节轴承6内圈，右内圈固定环131接触被试关节轴承6外圈，对被试关节轴承6进行轴向固定。内圈固定环13与被试关节轴承11内圈、外圈接触处为平面，以避免压伤被试关节轴承6。更进一步地，夹紧力不要过大，以免被试关节轴承6内圈与外圈之间产生附加轴向变形而导致摩擦力矩的增加，从而加速自润滑衬垫的磨损。

优选地，芯轴16与被试关节轴承6的内圈为0.013mm到0.038mm的间隙配合；芯轴16与陪试轴承内圈为0.013mm到0.038mm的间隙配合，芯轴16与内圈固定环内孔为0.025mm到0.049mm的间隙配合；芯轴16的材料为9cr18轴承钢，芯轴16的硬度为50-55hrc，以免芯轴16在被施加的径向载荷作用下发生变形，会对磨损量的测量产生影响，增大寿命试验的误差，甚至会使试验数据失效；硬度也不能过高，硬度过高会使芯轴16脆性增加，而产生疲劳断裂。芯轴16的第二端设置异型端面，通过异型转接法兰11分别与异型端面以及转动施加子系统3的转轴相连，使被试关节轴承6的内圈实现试验大纲规定的周期性径向摆动；异型转接法兰11的周向均布6个螺纹孔，通过螺纹连接与转动施加子系统3的转轴相连，将转轴的扭矩传递给被试关节轴承16。芯轴16的异型轴端和异型转接法兰的中心异型孔的形状为椭圆形，陪试轴承座18的内孔挡边厚度在0.7～1mm之间。

通过更换相应内径的内圈固定环13能测试不同直径系列的轴承；通过更换相应长度的调整衬套6，能测试不同宽度系列的轴承，从而提高寿命试验夹具的通用性。

本发明还提供一种关节轴承寿命试验系统的安装和拆卸方法：

(1)被试关节轴承16的安装包括：

步骤1、将转动施加子系统3、轴向载荷施加子系统9放置适当距离，将传递扭矩的轴分别从温度箱的两个侧面孔中穿过；

步骤2、组装陪试轴承组件：分别将两个陪试轴承陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15装入右陪试轴承座181、左陪试轴承座182的内孔中，并用端盖锁紧陪试轴承；

步骤3、组装试验轴承组件：将两个内圈固定环13、被试关节轴承和外圈固定板穿过芯轴16，再用锁紧螺母17将两个内圈固定环13和被试关节轴承锁紧，将芯轴16通过异型转接法兰11与转动施加子系统3的转轴连接；

步骤4、调整陪试轴承座18之间的距离位置，将两个右内圈固定环131、左内圈固定环132分别穿过陪试球轴承14、陪试圆柱滚子轴承15的中心孔，将外圈固定板与径向载荷施加子系统7固定连接，再将陪试轴承座18固定安装在底座2上；

步骤5、组装推力轴承组件：将推力轴承93装入推力轴承套94的中心盲孔中，并用推力轴承衬套92和推力轴承套端盖91锁紧推力轴承93，向右移动轴向载荷施加子系统9，将左液压作动器96的转轴与芯轴16连接；

步骤6、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7、检查控制器101对温度箱5内温度、液压油输送单元106的油液压力的控制，以及对磨损量采集均正常工作；

步骤8、启动温度箱5，调节温度箱内的环境温度达到寿命试验大纲中的规定载荷剖面值后，控制径向载荷施加子系统7、轴向载荷施加子系统9通过加载板对被试关节轴承施加寿命试验大纲中规定的径向和周向载荷值，控制转动施加子系统3按照寿命试验大纲中的参数要求进行摆动旋转。

(2)被试关节轴承16的拆卸步骤具体包括：

1)寿命试验结束后，卸载被试关节轴承的轴向力和径向力，调节温度箱5内的环境温度恢复室温后，打开温度箱5；

2)分别断开芯轴16与转动施加子系统3的转轴、轴向载荷施加子系统9的转轴之间的连接；

3)将陪试轴承座18从底座2拆下，取出左侧的左陪试轴承座182、左陪试轴承座端盖122和陪试圆柱滚子轴承15；

4)旋开锁紧螺母17，依次从芯轴16上取下左内圈固定环132、外圈固定板和被试关节轴承；

5)拆下右陪试轴承座端盖121，从右陪试轴承座181的中心孔中取出陪试球轴承14，完成拆卸。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。