[發明專利]一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 201310478427.8
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103543012A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 李小虎;吳文武;洪軍;李歡鋒;趙宏
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明屬于主軸-軸承系統的性能測試領域，具體涉及一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法。

背景技術

軸承剛度是主軸系統中一個非常重要的性能參數，在主軸-軸承系統中，軸承的剛度主要受軸承預緊配置方式、預緊力的大小、軸承配對方式、軸承與軸的配合、主軸轉速和軸承溫升等因素決定。隨著高速高精密加工技術的發展，對主軸-軸承系統就提出了更多的要求，特別是要通過精確地控制軸承預緊力來保證主軸-軸承系統具有最佳的剛度，因此，研究預緊力的配置方式和預緊力的大小對軸承剛度的影響以及準確測試軸承的剛度顯得十分重要。

然而，現在還沒有一種能夠精確進行滾動軸承剛度測試的裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法，通過精確調整滾動軸承的預緊力來實現對滾動軸承剛度的動態測試。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，包括液壓初始預緊模塊、壓電致動器預緊力調整模塊和頻響函數測試模塊；所述的液壓初始預緊模塊包括液壓系統、液壓缸、拉力傳感器、拉力顯示器和主軸；其中，液壓缸固定在實驗平臺上；液壓缸的活塞桿與拉力傳感器左側相連；拉力傳感器右側與主軸相連；拉力顯示器與拉力傳感器相連；所述的壓電致動器預緊力調整模塊包括若干第一壓力傳感器、若干壓電致動器、致動器孔座、滾動軸承、端蓋和軸承座；其中，軸承座固定在實驗平臺上；主軸穿過軸承座；主軸的軸肩左側依次設置有滾動軸承和致動器孔座；若干第一壓力傳感器和壓電致動器沿主軸周向均勻裝在致動器孔座里，第一壓力傳感器和壓電致動器通過螺釘擰緊并緊頂住滾動軸承的外圈；設置在致動器孔座左側的端蓋固定在軸承座上；所述的頻響函數測試模塊包括若干加速度傳感器、若干第二壓力傳感器、若干激振器、數據采集儀、計算機和信號發生器；所述加速度傳感器設置于主軸上，用于測量主軸的加速度；所述激振器設置于主軸上，用于給主軸施加激振力；第二壓力傳感器設置于對應激振器端部；信號發生器連接激振器，第二壓力傳感器通過數據采集儀連接計算機；加速度傳感器通過數據采集儀連接計算機。

本發明進一步的改進在于：所述計算機用于根據第二壓力傳感器和加速度傳感器采集到的數據算出主軸-軸承系統的頻率響應函數，進而采用模態試驗技術識別出主軸-軸承系統的模態參數，然后計算滾動軸承軸向剛度和/或徑向剛度。

本發明進一步的改進在于：所述的頻響函數測試模塊包括三個加速度傳感器、三個第二壓力傳感器和三個激振器；兩個激振器以滾動軸承為中心對稱布置在主軸的徑向端部，另一個激振器和一個加速度傳感器沿主軸軸線布置在主軸端面；另兩個加速度傳感器對稱布置在主軸的徑向另一側，并和徑向布置的兩個激振器分別對應。

本發明進一步的改進在于：液壓缸的活塞桿依次通過第一帶銷孔螺釘、第一鋼絲、螺釘與拉力傳感器左側相連；拉力傳感器右側依次通過第二帶銷孔螺釘、第二鋼絲、第三帶銷孔螺釘與主軸相連。

本發明進一步的改進在于：所述滾動軸承包括內圈、外圈，以及設置在內圈和外圈之間的滾動體。

一種滾動軸承剛度測試實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟：

1）通過液壓系統控制液壓缸的活塞桿運動，帶動主軸運動，并依據拉力顯示器上的數值，給滾動軸承施加一個初始預緊力；

2）分別給各個壓電致動器通電并調節其電壓值，同時根據各個第一壓力傳感器的數據使滾動軸承的預緊力達到預定值；

3）啟動信號發生器產生正弦激振電壓信號，該正弦激振電壓信號使激振器產生正弦激振力并施加到主軸上；

當測試滾動軸承的軸向剛度時，僅給軸向布置的激振器通電，使其產生軸向激振力；當測試滾動軸承的徑向剛度時，僅給徑向布置的激振器通電，使其產生徑向激振力；

然后，第二壓力傳感器和加速度傳感器分別獲取輸入的力信號和輸出的加速度響應信號并通過數據采集儀導入到計算機中，計算機根據采集到的力信號和加速度信號計算兩者的互功率譜以及力信號的自功率譜，互功率譜與自功率譜之比即為主軸-軸承的頻率響應函數；

4）對上述頻率響應函數進行模態識別，計算出主軸-軸承系統的固有頻率、模態剛度和模態阻尼；

5）對滾動軸承的徑向剛度：通過測試得出的主軸-軸承的頻率響應函數，識別出其固有頻率和徑向總剛度為K^r；再根據簡支梁等效模型，算出主軸的彎曲剛度在徑向將主軸與滾動軸承等效成并聯的彈簧系統，由公式：導出滾動軸承的徑向剛度