一种滚动轴承精度寿命试验设备及试验方法与流程

本发明涉及轴承试验领域，尤其涉及一种滚动轴承精度寿命试验设备及试验方法。

背景技术：

1、轴承是机械设备中的重要部件，主要功能是支撑机械旋转体，承担载荷，降低运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。轴承在设计生产完成后，通常需要对使用寿命进行试验检测，常见的寿命检测为疲劳寿命检测，也即轴承在达到脱落、损坏等破坏形式时的运转时间。

2、随着工业发展，机械设备对轴承性能的要求越来越高，很多工况下轴承虽然未出现疲劳脱落失效，但部分特定指标超过规定数值也会影响正常工作，此时也应当认定轴承达到了实际使用寿命。

3、例如，通讯卫星轴承的主要性能指标是轴承摩擦力矩小于许摩擦力矩；录像机磁鼓用精密轴承的主要性能指标是轴承旋转精度小于许用旋转精度。而对机床主轴轴承来说，最敏感的参数是轴承的旋转精度，用精度寿命来考核轴承寿命是最合适的。

4、轴承在装机使用过程中，随着使用时间的延长，轴承会发生磨损，造成旋转轴刚度下降，动态精度下降。轴承在装机使用过程中振动、摩擦力矩、外圈温度等参数达到阈值，轴承的动态精度下降至阈值，丧失正常工作性能的总运行时间即为轴承的精度寿命。

5、轴承的疲劳寿命检测技术已经成熟，但对于轴承精度寿命，轴承行业还没有统一的实验设备和试验方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种滚动轴承精度寿命试验设备及试验方法，可以稳定可靠的对轴承进行精度寿命试验。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种滚动轴承精度寿命试验设备，至少包括：

3、安装模块，所述的安装模块包括安装座和旋转主轴，所述的旋转主轴与安装座之间设有试验轴承安装位；

4、加载模块，所述的加载模块包括受载组件、轴向加载组件和径向加载组件，所述的受载组件与旋转主轴一端旋转活动连接；所述轴向加载组件的加载方向平行于旋转主轴的轴向设置，所述径向加载组件的加载方向平行于旋转主轴的径向设置；所述轴向加载组件和径向加载组件的加载端分别与受载组件对应；

5、驱动模块，所述的驱动模块用于驱动旋转主轴相对于安装座转动；

6、检测模块，所述的检测模块包括轴向跳动检测单元和径向跳动检测单元，所述轴向跳动检测单元与旋转主轴的端部对应，所述的径向跳动检测单元与旋转主轴的侧面对应。

7、试验时，待试轴承安装在试验轴承安装位，轴向加载组件和径向加载组件分别通过受载组件向旋转主轴施加载荷，驱动模块驱动旋转主轴高速运转，通过检测模块对旋转主轴的轴向跳动量和径向跳动量实时检测，根据旋转主轴的轴向跳动量和径向跳动量判定轴承精度是否失效。

8、采用本技术的滚动轴承精度寿命试验设备可以模块滚动轴承的转速和受载公开，并以跳动量为精度失效标准，设备运转稳定，试验结果可靠。

9、作为优选，所述的轴向跳动检测单元为感应式检测单元，所述轴向跳动检测单元穿过受载组件的端部，并朝向旋转主轴的端部设置；

10、所述的径向跳动检测单元包括第一径向检测件和第二径向检测件，其中的第一径向检测件为接触式检测单元，所述第一径向检测件的检测端与受载组件的侧面接触；所述的第二径向检测件为感应式检测单元，所述的第二径向检测件位于旋转主轴侧面，并与受载组件错位设置。

11、轴向跳动检测单元用于检测主轴的轴向跳动，第二径向检测件用于检测主轴的径向跳动，从而间接测量出试验轴承的精度。第一径向检测件用于实时检测受载组件的状态，反应受载组件的状态，防止试验过程中因受载组件的磨损影响试验轴承的试验结果。

12、作为优选，所述的轴向加载组件和径向加载组件分别包括加载装置，所述的加载装置包括加载座、加载动力单元、加载传动单元和加载头，所述的加载传动单元包括丝杆和滑块，所述的丝杆与加载座旋转活动连接，所述的滑块与加载座滑动连接，所述的滑块与丝杆螺纹连接，所述的加载动力单元用于驱动丝杆转动；所述的加载头与滑块连接，且所述的加载头与滑块之间设有压力传感器。

13、作为优选，所述的安装座包括基座和轴承适配组件，所述的轴承适配组件包括安装轴套和端盖，所述安装轴套的两端分别设有外圈安装位；所述的端盖位于安装轴套的两端，并与安装轴套可拆连接。针对不同规格的轴承，可以更换不同的轴承适配组件进行匹配。

14、作为优选，所述的检测模块还包括温度检测组件，所述的温度检测组件沿倾斜于旋转主轴中心的方向穿过端盖和安装轴套，且检测端与外圈安装位对齐设置。

15、温度检测组件可以检测试验轴承外圈的温度，为轴承的失效判定提供依据。

16、作为优选，所述的基座包括上座和下座，所述的上座和下座共同压紧轴承适配组件；所述的基座内设有腔体，所述的安装套筒位于腔体内。

17、作为优选，所述的检测模块还包括振动检测单元，所述的振动检测单元穿过上座，并伸入腔体内。

18、振动检测单元可以对试验轴承的振动值进行检测，为轴承的失效判定提供依据。

19、一种滚动轴承精度寿命试验方法，采用如上所述的滚动轴承精度寿命试验设备；

20、至少包括以下步骤：

21、s1.安装：将试验轴承安装在试验轴承安装位，待试轴承的工作参数包括：设计径向载荷fr0、设计轴向载荷fa0和设计转速n0；

22、s2.确定预试验参数和强化系数，记为预试径向载荷fri、预试轴向载荷fai、预试转速ni，和径向载荷系数βri、轴向载荷系数βai、转速系数βni；则有：fri＝βri×fr0、fai＝βai×fr0、ni＝βni×n0，

23、其中：1≤βri≤10、1≤βai≤10、1≤βni≤10；i为预试验次数，初始值为1；

24、预试验：s21.赋值初始强化系数βr1、βa1、βn1，取值均为小于等于2；

25、s22.径向加载组件对旋转主轴施加载荷fri，轴向加载组件对旋转主轴施加载荷fai，驱动模块驱动旋转主轴以转速ni旋转，试验15～30min；检测模块实时检测旋转主轴和试验轴承的状态系数；

26、s23.判定旋转主轴和试验轴承的状态系数是否达到预设超限值：

27、若旋转主轴和试验轴承的状态系数达到预设超限值，预试验完成，以第i-1次预试验参数作为强化试验参数；

28、若旋转主轴和试验轴承的状态系数未达到预设超限值，则进一步判定强化系数是否达到极值；若强化系数达到极值，预试验完成，以第i次预实验参数为强化试验参数；若强化系数未达到极值，则增大强化系数βri、βai、βni中至少一个，增大幅度为50％～200％，赋值i＝i+1，重复步骤s22～s23；

29、s3.强化试验：滚动轴承精度寿命试验设备以s2中获得的强化试验参数运转，检测模块实时检测旋转主轴和试验轴承状态系数；

30、s4.结果后处理：当旋转主轴和试验轴承的状态系数超过阈值，停止强化试验，此时的试验时间记为t，则试验轴承精度寿命的预测值t＝βr×βa×βn×t。

31、由于轴承的设计寿命较长，往往超过一万小时，正常工况下试验的成本过高，因此本技术采用强化试验参数的方式来缩短试验时间，并以合理预测的方式获得轴承的真实精度寿命。

32、同时，在本技术的试验方案中，通过设置预实验步骤，对试验参数的强化程度进行预试，以在获得更大试验效率的前提下，采用合理稳定的强化试验参数进行试验，降低因试验参数强化对精度寿命带来的额外影响，降低对轴承真实精度寿命的预测误差。

33、作为优选，s2中，预试验步骤之前还包括以下步骤：

34、s20.跑合：在空载状态下，驱动模块驱动旋转主轴旋转，其中旋转主轴的转速从小到大梯次设置，且跑合转速不大于设计转速n0，每一转速下的运行时间为15～30min。

35、跑合步骤可以消除油脂润滑、零件配合、装配力等因素对设备运转稳定性的影响，使轴承自身、及设备整体各零部件之间充分磨合，使设备整体达到一个稳定的状态，提高旋转主轴的精度和稳定性。

36、作为优选，s1中，安装步骤之后还包括以下步骤：

37、s11.主轴跳动检测：在空载状态下，驱动模块驱动旋转主轴以设计转速n0旋转，检测模块检测旋转主轴的空载振动值，并以空载振动值对s4中的试验轴承状态系数的阈值进行补偿处理。

38、由于旋转主轴自身的加工精度、及各个零部件之间的配合误差等因素，旋转主轴的旋转存在一定的初始误差，通过空载状态下的主轴跳动检测可以对试验结果进行补偿，在一定程度上减小试验误差。