一种可控滚动体滚滑状态轴承试验装置及其与保持架作用测试方法

本发明属于滚动轴承测试实验，具体涉及研究滚动体滚滑状态轴承试验装置。

背景技术：

1、高速轴承由于滚动体离心作用导致滚动体与内外圈的接触载荷差异增加，进而导致内圈的摩擦驱动小于外圈的摩擦阻力，因此导致滚动体与内圈滚动产生相互滑动，从而产生足够大的摩擦力驱动滚动体前进，因此在滚动体与滚道间形成相互滑动，而这种相对滑动将直接导致滚道间的划痕，甚至与保持架间的相互作用状态的改变，而目前轴承实际运行过程中，其滚滑状态的产生是被动的决定与转速、载荷等，不能准确控制其滚滑状态，从而研究滚滑状态对滚子与滚道、保持架间的相互作用。

2、国内中航发动机动力研究所的战明学率先提出了一种保持架转速的测试研究方法(高速滚子轴承中滚子运动规律的试验研究)，得到了保持架打滑率随径向载荷、内圈转速、滚动体个数等的变化规律。徐建东和陈国定通过试验研究，分析了圆柱滚子轴承保持架的转动速度、轴承径向载荷、内圈转动速度和滚体数与打滑现象及滑差率的关系。王黎钦等提出了采用光纤光栅传感器测量保持架转速的方法，并通过实际测试结果说明该方法能够有效抵御轴承高速旋转引起的润滑油雾的影响。高翔和张晨阳提出了通过在装有一个磁化钢球的轴承外圈及保持架侧面配置霍尔传感器，测量钢球三维运动的新方法，设计开发了相关的检测试验装置，并介绍了其基本原理和结构。陈渭等模仿球盘摩擦试验机，搭建了模拟单个圆柱滚子与滚道动态接触的试验台，用于研究滑蹭损伤机理。通过改变接触表面拓扑形状、滑动率、转速、径向载荷、润滑参数等，详细测试了滚子与滚道接触运动规律，并分析了摩擦生热对滑蹭损伤的影响。徐进等基于高速滚动轴承试验机对滚动轴承打滑蹭伤展开试验研究，获得不同工况参数下滚动轴承打滑蹭伤的临界转速。研究滚动轴承在打滑蹭伤临界转速下不同运行时间对滚动轴承磨损程度的影响，以及滚动轴承打滑蹭伤后，继续以更高转速运行对滚动轴承磨损程度的影响。从上述可以看出，目前针对保持架转速与滚滑状态开展了一些列测试工作，但是对于如何控制通过保持架控制滚滑状态研究较少。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术的上述不足，提出一种具有可控滚动体转速控制及保持架转速和应变测试装置的可控滚动体滚滑状态轴承试验装置，可实现轴承滚滑状态定量控制与保持架转速、应变测试等。

2、本发明的技术方案：

3、一种可控滚动体滚滑状态轴承试验装置，包括轴承驱动装置1、保持架转速控制装置2、轴承保持架测试装置3、径向加载装置4、专用支撑装置5和底台6，轴承驱动装置1、保持架转速控制装置2、轴承保持架测试装置3、径向加载装置4和专用支撑装置5均位于底台6上；其中，轴承驱动装置1布置在底台6左侧，轴承驱动装置1的主轴轴套14与轴承保持架测试装置3中的被试轴承33的内圈相配合，用以驱动被试轴承33的旋转；保持架转速控制装置2布置在底台6右侧，通过控制卡盘式保持架支架21的装速来控制被试轴承33的保持架转速；被试轴承33用专用支撑装置5进行支撑，保证测试装置的稳定性；径向加载装置4与专用支撑装置5螺栓连接，从而提供径向加载力，模拟真实加载情况；

4、轴承驱动装置1主要由主轴电机11、主轴12、主轴支撑轴承座13、主轴轴套14和主轴端盖15组成；其中主轴电机11通过联轴器与主轴12连接并旋转其运动，主轴支撑轴承座13置于底台6之上通过螺栓连接固定，同时内置滚动轴承与主轴12配合，对于主轴12和轴承保持架测试装置3起到支撑作用；主轴轴套14用于连接主轴12与被试轴承33，起到驱动被试轴承33与易于被试轴承33安装、拆卸的作用；主轴端盖15采取螺栓连接的方式与主轴12进行连接并对于被试轴承33起到防止轴向窜动和固定的作用；

5、保持架转速控制装置2包括卡盘式保持架支架21、支撑轴承座22和保持架驱动电机23；卡盘式保持架支架21左端设有6个独立连接架，用于与被试轴承33保持架的侧面连接，连接架末端设有突出楔型结构与被试轴承33保持架缺口齿形连接，从而控制保持架转速；卡盘式保持架支架21右端为阶梯圆轴，其内部设有中空孔，用于后续应变信号传输；支撑轴承座22通过螺栓连接固定在底台6上，同时内置滚动轴承与卡盘式保持架支架21右端的阶梯圆轴相配合并起到支撑作用，使得保持架转速控制装置2正常运行；保持架驱动电机23通过联轴器与卡盘式保持架支架21的阶梯圆轴相连接并通过保持架驱动电机23的转速控制，控制被试轴承33的保持架转速，从而对于滚动体滚滑状态产生影响；

6、保持架测试装置3主要由电涡流传感器31、应变片32、被试轴承33、应变信号线34和电滑环35组成；被试轴承33与轴承驱动装置1中的主轴轴套14相配合来进行旋转运动；被试轴承33的滚动体的滚滑状态受到被试轴承33旋转运动的影响而发生改变；被试轴承33的保持架与保持架转速控制装置2中卡盘式保持架支架21的连接架齿式连接，达到对于被试轴承33的滚动体滚滑状态定量控制和保持架的转速控制；电涡流传感器31布置于被试轴承33保持架中心轴线平行方向，电涡流传感器31探头与被试轴承33保持架间存在间隙，从而准确获取保持架转速数据；应变片32布置于被试轴承33的保持架兜孔横梁上，对于被试轴承33的保持架兜孔前、后横梁的应变测试，结合保持架转速控制装置2，实现保持架推动滚动体以及滚动体推动保持架状态的兜孔受力测试；电涡流传感器31产生的电信号直接通过测试系统采集，应变片32产生的电信号通过内置于卡盘式保持架支架21中空阶梯圆轴的信号线34进行传输至布置于卡盘式保持架支架21上的电滑环35，信号线34通过信号线固定卡箍341的方式固定在卡盘式保持架支架21的圆轴中空孔内；电滑环35内圈与卡盘式保持架支架21的阶梯圆轴采用过盈配合，电滑环35将轴承保持架测试装置3的信号通过内圈旋转而外圈固定的方式传输至静态的信号处理装置，从而把旋转应变信号转化为静态传出到采集系统中；

7、径向加载装置4包括加载连接板41、连接螺栓42、拉压力传感器43和加载液压44；加载连接板41与专用支撑装置5通过螺栓连接，传递加载力至被试轴承33；连接螺栓42连接加载连接板41与拉压力传感器43，拉压力传感器43对于加载连接板41承受的径向加载力进行测量；加载液压44与拉压力传感器43相连接，提供液压加载力，从而对滚动体滚滑状态产生影响，模拟真实轴承加载环境；

8、专用支撑装置5包括左端轴承端盖51，轴承座52、电热棒53、右端轴承端盖54、支撑球轴承55和支撑轴承挡环56；左侧布置有左端轴承端盖51，通过连接螺栓与轴承座52进行连接，起到电涡流传感器31固定的作用；轴承座52与被试轴承33外圈过盈连接，并起到定位、支撑和固定的作用；轴承座52上四角均匀分布通孔，在通孔中放置电热棒53，改变被试轴承33初始环境温度，进而获得不同温度下的实验工况；右端轴承端盖54布置在轴承座52右端，利用螺栓连接的方式与轴承座52连接，通过异型设计，对于轴承保持架测试装置3中的被试轴承33和卡盘式保持架支架21进行密封保护，右端轴承端盖54与电滑环35静止端通过螺栓连接，对其进行固定作用；同时右端轴承端盖54内部具有支撑球轴承55，支撑球轴承55内圈与保持架转速控制装置2中的卡盘式保持架支架21采用过盈配合的方式来进行支撑与定位；同时支撑球轴承55与右端轴承端盖54之间有支撑轴承挡环56进行分隔，避免支撑球轴承55外圈与右端轴承端盖54之间产生直接接触。

9、本发明的有益效果：

10、(1)本发明具有保持架转速控制装置，通过采用支架多爪卡盘式与保持架连接，实现保持架的转速控制，并通过保持架转速测试装置进行闭环控制，实现对保持架转速进行控制，进而定量控制滚动体与滚道间的滚滑状态。

11、(2)本发明具有保持架兜孔应变测试装置，并结合采用电滑环及其专用支撑装置，实现旋转状态的信号传输装置；实现兜孔的前横梁、后横梁等的应变测试，结合的保持架转速控制装置，可实现保持架推动滚动体以及滚动体推动保持架状态的兜孔受力测试，研究保持架与滚动体转速差异兜孔受力影响。

12、(3)本发明具有径向加载装置，利用加载液压系统对轴承进行径向加载。