本發(fā)明涉及一種軸承動態(tài)磨損測試裝置，更為具體地說是一種在高速高精度的工況下能對配對角接觸球軸承的動態(tài)磨損、滑差率、溫度、振動以及摩擦力矩進行測試的裝置。

背景技術：

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和綜合國力的顯著提高，各種精密機械的轉(zhuǎn)速及其承載能力也得到了很大的提高；軸承作為各種精密轉(zhuǎn)動件中的重要支撐部件，應具備良好的精度和較長的使用壽命。

角接觸球軸承既能承受徑向載荷又能承受一定的軸向載荷，在航空航天儀表、電動汽車輪邊電機、精密機床主軸系統(tǒng)以及其他各種精密儀器中有著廣泛的應用，軸承的磨損會導致其使用精度降低，進而嚴重影響主機的正常工作；目前市場上的軸承測試設備大多數(shù)是針對疲勞壽命或短時動態(tài)性能，缺乏能在高速工況下長時間進行軸承動態(tài)磨損測量的設備。

軸承的摩擦力矩是反映軸承摩擦、磨損和動態(tài)穩(wěn)定性的重要性能指標，因此摩擦力矩的測量一直是軸承性能試驗中的關鍵問題。目前測軸承摩擦力矩的方法大致可以分為兩類，一類是在特定的測試設備上測軸承的摩擦力矩，另一類是通過電機的功率或電機的轉(zhuǎn)停時間來計算軸承的摩擦力矩。在這兩類方法中，通過電機的功率來測配對軸承摩擦力矩的過程較為簡單方便，而且可以在電機不停機的狀態(tài)下對配對軸承的摩擦力矩進行實時檢測，缺點是在沒有確定功率與摩擦力矩的關系的情況下只能定性地估算軸承的摩擦力矩，現(xiàn)有的摩擦力矩測量設備不能長時間的在高速的情況下對軸承的摩擦力矩進行測量。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術問題，本發(fā)明的目的是提出一種配對角接觸球軸承動態(tài)磨損測試裝置，本測試裝置可對配對軸承的動態(tài)磨損、滑差率、溫度、振動以及配對軸承的摩擦力矩進行測量，從而為角接觸球軸承使用壽命的評估分析提供基礎試驗數(shù)據(jù)。

為達到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用如下發(fā)明構思：

在現(xiàn)有技術下，一般是由電機驅(qū)動試驗裝置轉(zhuǎn)動，很難模擬配對軸承的真實工況，用配對軸承的主機高精度高速后置電機作為試驗機的驅(qū)動部分能更好的模擬配對軸承高速輕載的真實工況；由于軸承的功率損耗相對電機的輸出功率很小，通過測電機的功率不能反映軸承摩擦力矩的變化；為了減少其它的功率損耗，去掉高精度高速后置電機的原支撐軸承，改用氣浮裝置作為測試裝置的支撐部分；電機軸安裝在氣浮裝置中，并在氣浮裝置中浮動，這樣就無法測量振動，在試驗裝置中安裝鎖緊部分，并且鎖緊部分能定心鎖緊或松開套筒，不能在鎖緊或松開的過程中對配對軸承施加額外的徑向力，要測配對軸承振動就將套筒鎖緊，要測配對軸承的摩擦力矩時就將套筒松開。軸承在磨損過程中，游隙在不斷地變大，同時對配對軸承外圈施加軸向力，使被試軸承外圈不斷地向外平移；采用非接觸式線位移傳感器對軸承外端面多個點的位移情況進行在線測量，通過軸承外圈與軸承內(nèi)圈之間的軸向位移來計算軸承的磨損量；為了測軸承的滑差率，就必須知道保持架的實際轉(zhuǎn)速，非接觸式線位移傳感器無法直接測量保持架的角速度，在保持架的外端面做標記，通過測這些標記點的轉(zhuǎn)動頻率可以得到保持架的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明提供配對角接觸球軸承動態(tài)磨損測試裝置。其核心原理有四：一是使用配對軸承的主機高精度高速后置電機作為試驗機的驅(qū)動部分，使配對軸承的驅(qū)動力與轉(zhuǎn)速與真實工況相一致。二是去掉了電機的支撐軸承，改用氣浮軸套作為試驗機的支撐部分，使被試軸承的摩擦功率與電機的功率相匹配。三是定心鎖緊套筒，鎖緊過程中不對套筒施加徑向載荷，在不干擾試驗裝置運轉(zhuǎn)的情況下對配對軸承的動態(tài)性能進行在線測量。四是采用非接觸式線位移傳感器對配對軸承的動態(tài)磨損、保持架的轉(zhuǎn)速進行測量。

為了實現(xiàn)上述構思，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種配對角接觸球軸承動態(tài)磨損測試裝置，包括驅(qū)動部分、傳動部分、加載部分、鎖緊部分和測量部分，用高精度高速電機后置于支座上作為驅(qū)動部分，去掉電機支撐軸承，改用中置的氣浮裝置來支撐電機軸和電機轉(zhuǎn)子，兩個配對軸承固定安裝在電機軸上，外圈安裝在套筒的兩端，組成配對軸承系統(tǒng)，兩個配對軸承由前置配對軸承和后置配對軸承組成，通過電機軸帶動兩個配對軸承的內(nèi)圈同步轉(zhuǎn)動；所述傳動部分包括中置的氣浮裝置和電機軸，電機軸安裝在氣浮裝置中，在氣浮裝置中以極低的摩擦轉(zhuǎn)動，其一端安裝電機轉(zhuǎn)子，另一端安裝配對軸承；配對軸承的外圈受到軸向載荷和徑向載荷，發(fā)生磨損后軸承游隙變大，前置配對軸承外圈在軸向載荷的作用下向外平移；所述鎖緊部分安裝在支座的前部，能夠定心的鎖緊或者松開套筒，在鎖緊或者松開的過程中都不對套筒施加徑向合力；所述套筒上安裝有摩擦力矩測量裝置（已申請發(fā)明專利，專利申請?zhí)?01610639490.9），套筒被松開時，通過摩擦力矩測量裝置測量配對軸承的摩擦力矩，通過非接觸式線位移傳感器、振動加速度傳感器、溫度傳感器分別測量配對軸承的動態(tài)磨損和滑差率、振動、溫度，功率計安裝在高精度高速電機的電源回路中，通過功率計測高精度高速電機的總功率。

所述氣浮裝置指氣浮軸套，電機軸安裝在氣浮軸套中，并在氣浮軸套的右端有一個右軸肩，左端裝有一個定位螺母，利用氣浮軸套中的高壓氣體對兩側(cè)的作用力實現(xiàn)電機軸的定位。

所述加載部分包括套筒、螺旋彈簧、定位卡環(huán)和一對質(zhì)量不等的砝碼，兩個配對軸承背靠背固定在電機軸上，通過螺旋彈簧對兩個配對軸承的外圈施加軸向載荷，通過一對質(zhì)量不等的砝碼對配對軸承施加徑向載荷；在螺旋彈簧和后置配對軸承之間安裝定位卡環(huán)，對配對軸承和套筒之間的位置關系進行輔助定位。

所述鎖緊部分由片彈簧、鎖緊滑塊和鎖緊螺母組成，片彈簧具有一定的彈性和一定的剛度，能夠定心地鎖緊套筒，也能夠還原松開套筒，片彈簧上開有兩個對稱的方形孔，一對鎖緊滑塊由里到外分別依次穿過片彈簧的方形孔、支座上對稱分布的方形槽和圓形通孔；鎖緊滑塊由方形部分和圓形部分組成，分別與支座兩側(cè)的方形槽和圓形通孔配合，方形部分與方形槽的配合防止鎖緊部分傾轉(zhuǎn)；鎖緊滑塊的圓柱末端有螺紋，鎖緊螺母分別貼緊支座的兩側(cè)并與鎖緊滑塊末端的螺紋配合，通過擰緊或者擰松鎖緊螺母來控制鎖緊滑塊向外或向內(nèi)平移，并使片彈簧定心收緊或還原。

作為本發(fā)明優(yōu)選的技術方案，減少兩個配對軸承的球數(shù)，加快配對軸承的磨損。鎖緊套筒后，通過非接觸式線位移傳感器在線測量前置配對軸承內(nèi)圈端面和外圈端面的軸向位移，并用軸向位移來計算配對軸承的動態(tài)磨損。在前置配對軸承的保持架上做標記，通過非接觸式線位移傳感器測量前置配對軸承保持架的轉(zhuǎn)速，通過測得的保持架轉(zhuǎn)速計算配對軸承的滑差率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點：

1.本發(fā)明裝置使用高精度高速后置電機作為試驗機的驅(qū)動部分，能克服一般軸承試驗機功率分配和轉(zhuǎn)速與實際工況不符合的缺點，使試驗環(huán)境更貼合實際工況，試驗結(jié)果更加真實可靠；

2.本發(fā)明裝置將配對軸承進行串聯(lián)安裝，外圈通過套筒連接，套筒可以保證配對軸承和軸承外圈的同電機軸度，本發(fā)明將配對軸承進行背對背安裝，通過在配對軸承外圈之間放置螺旋彈簧就可實現(xiàn)電機軸向載荷的施加；

3．本發(fā)明專利可以對軸承的動態(tài)磨損和打滑率進行在線測量，且測量精度高，結(jié)構簡單，安裝方便；

4.本發(fā)明專利僅用一臺設備就能對配對軸承的振動和摩擦力矩進行測量，其他研究員的試驗設備只能對其中的某一項進行測量；

5.本發(fā)明專利除了可以對配對軸承的動態(tài)性能進行測量外，還可以用來研究配對軸承摩擦力矩與主機功率之間的關系。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構及測量部分示意圖。

圖2為本發(fā)明中加載方案示意圖。

圖3為本發(fā)明中鎖緊部分安裝方案示意圖。

圖4為本發(fā)明中支座結(jié)構示意圖。

圖5為本發(fā)明中鎖緊部分結(jié)構示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件、具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

參見圖1-圖5，一種配對角接觸球軸承動態(tài)磨損測試裝置，包括驅(qū)動部分、傳動部分、加載部分、鎖緊部分和測量部分。用高精度高速電機17后置于支座20上作為驅(qū)動部分，傳動部分包括電機軸16和氣浮軸套15；電機軸16安裝在氣浮軸套15中，并通過電機軸16的右軸肩和電機軸16左側(cè)的定位螺母14實現(xiàn)軸向定位，當試驗機工作時，電機軸16在氣浮軸套15中以極低的摩擦轉(zhuǎn)動，電機軸16的左端和電機轉(zhuǎn)子18聯(lián)接，右端和配對軸承6、13的內(nèi)圈聯(lián)接，將轉(zhuǎn)子18的轉(zhuǎn)矩傳遞到配對軸承6、13的內(nèi)圈上，從而帶動整個試驗部分轉(zhuǎn)動。加載部分包括套筒7和螺旋彈簧8，一對配對軸承6、13背對背安裝在套筒8的兩端，內(nèi)圈安裝在電機軸16上，并通過螺旋彈簧8和一對質(zhì)量不等的砝碼2、3施加軸向載荷和徑向載荷。鎖緊部分由片彈簧9、鎖緊滑塊22、23和鎖緊螺母21、24組成；在套筒7被鎖緊的狀態(tài)下測配對軸承6、13的動態(tài)磨損：配對軸承6、13磨損后游隙變大，軸承外圈在螺旋彈簧8軸向力的作用下向外平移，安裝在前置配對軸承6端面外側(cè)的非接觸式線位移傳感器5能夠?qū)崟r且同時地探測到前置配對軸承6內(nèi)圈、外圈以及保持架的外端面相對于非接觸式線位移傳感器5探頭的距離變化，通過測量這些距離變化，可以計算配對軸承6、13的動態(tài)磨損。

如圖4-5所示，片彈簧9呈近圓形，并且兩端開有方形通孔，支座20上開有方形槽和圓形通孔，鎖緊滑塊22、23分別由內(nèi)向外地穿過片彈簧9的方形通孔和支座20上的方形槽和圓形通孔，并通過末端的螺紋部分與貼緊支座20的螺母配合，當需要測后置配對軸承13的溫度和振動時，擰緊鎖緊螺母21、24，片彈簧9將套筒7鎖緊，當需要測配對軸承6、13的摩擦力矩時擰松鎖緊螺母21、24將套筒7松開。

如圖1所示，功率計19安裝在高精度高速后置電機17、18的電源回路中，通過功率計19測電機的總功率，套筒7上安裝有摩擦力矩測量裝置1、2、3、4，擰松鎖緊螺母21、24使套筒7松開，通過功率計19測量高精度高速后置電機17、18的功率，再通過摩擦力矩測量裝置1、2、3、4測出同一時刻配對軸承6、13的摩擦力矩；建立二者的對應關系后，在實際工作中無需將配對軸承6、13拆下來就可以通電機的功率準確知道配對軸承6、13的摩擦力矩。

在前置配對軸承6保持架上做出標記，通過非接觸式線位移傳感器5測出保持架的實際轉(zhuǎn)速，保持架滑差率是保持架實際轉(zhuǎn)速相對理論轉(zhuǎn)速的打滑率，假設保持架理論轉(zhuǎn)速ωc，測得的保持架實際轉(zhuǎn)速ωct，則滑差率sc=(ωc-ωct)/ωc×100%。