[發(fā)明專利]一種滾動軸承三維動剛度試驗(yàn)裝置及其測試方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110889154.0
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113607416B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫保崗;燕敬祥;張旭;翟敬宇;馮冰;韓清凱
• 申請（專利權(quán)）人: 大連工業(yè)大學(xué);山東凱美瑞軸承科技有限公司
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21102
• 代理人: 楊植

1.一種滾動軸承三維動剛度試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的滾動軸承三維動剛度試驗(yàn)裝置包括底座(1)、電機(jī)組件(2)、軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)、離心載荷激振裝置(4)、環(huán)境模擬試驗(yàn)箱(5)、待測軸承裝置(6)和位移測試裝置(7)；其中，

所述電機(jī)組件(2)、軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)、離心載荷激振裝置(4)、環(huán)境模擬試驗(yàn)箱(5)、待測軸承裝置(6)、位移測試裝置(7)設(shè)置于底座(1)上，其中，軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)設(shè)于旋轉(zhuǎn)軸上，提供軸向載荷，軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)的左端與電機(jī)組件(2)連接，軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)的右端依次與提供徑向載荷的離心載荷激振裝置(4)以及待測軸承裝置(6)連接，環(huán)境模擬試驗(yàn)箱(5)設(shè)置于待測軸承裝置(6)周圍實(shí)現(xiàn)溫度模擬，位移測試裝置(7)設(shè)置于待測軸承裝置(6)的左、右軸承端蓋上，用于測量軸向、垂直、水平方向的位移變化情況；

所述電機(jī)組件(2)包括電機(jī)支撐座(21)、電機(jī)(22)和聯(lián)軸器(23)；所述電機(jī)支撐座(21)的下部與底座(1)連接，電機(jī)支撐座(21)的上部固定電機(jī)(22)；所述電機(jī)(22)右部連接聯(lián)軸器(23)；

所述軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)包括支撐軸承組件(31)和軸向載荷加載裝置(32)；所述支撐軸承組件(31)用于支撐試驗(yàn)裝置，并且通過旋轉(zhuǎn)軸向待測軸承提供由軸向載荷加載裝置(32)所傳遞的軸向載荷，所述支撐軸承組件(31)的下方左、右兩側(cè)配有凸型導(dǎo)軌(313)與軸向載荷加載裝置(32)連接；所述軸向載荷加載裝置(32)提供軸向載荷，其底部與底座(1)連接，頂部左、右兩側(cè)配有滑道，用于支撐軸承組件(31)的軸向移動；

所述離心載荷激振裝置(4)包括激振盤(41)、葉片(42)和脹緊套(43)；其中，所述激振盤(41)的盤面布有呈環(huán)狀的通孔，用于連接質(zhì)量螺栓；所述葉片(42)設(shè)置在激振盤(41)的軸向上；所述脹緊套(43)固定在旋轉(zhuǎn)軸上同時與激振盤(41)配合，為激振盤(41)提供由電機(jī)(22)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；

所述環(huán)境模擬試驗(yàn)箱(5)包括支撐座(51)、加熱下箱體(52)、加熱上箱體(53)和加熱柱(54)；所述支撐座(51)底部與底座(1)連接固定，支撐座(51)上部用于支撐連接加熱箱；所述加熱下箱體(52)、加熱上箱體(53)設(shè)置有加熱柱(54)，所述加熱下箱體(52)、加熱上箱體(53)由螺栓連接；

所述待測軸承裝置(6)包括三向力傳感器(61)、軸承支座(62)、左側(cè)軸承端蓋(63)、待測軸承(64)、補(bǔ)償環(huán)(65)和右側(cè)軸承端蓋(66)；其中，所述三向力傳感器(61)用于測量由軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)傳遞給待測軸承(64)的軸向載荷、離心載荷激振裝置(4)傳遞給待測軸承(64)的徑向載荷和水平載荷；所述軸承支座(62)底部與三向力傳感器(61)連接；所述左側(cè)軸承端蓋(63)、右側(cè)軸承端蓋(66)分別位于待測軸承(64)的兩側(cè)，用于待測軸承(64)外圈的軸向定位，所述左側(cè)軸承端蓋(63)、右側(cè)軸承端蓋(66)設(shè)置有環(huán)狀凸出部分，環(huán)狀凸出部分設(shè)置有裝載孔；所述待測軸承(64)內(nèi)圈一端與旋轉(zhuǎn)軸軸肩配合，另一端與補(bǔ)償環(huán)(65)連接，實(shí)現(xiàn)其內(nèi)圈的軸向定位；所述補(bǔ)償環(huán)(65)為套筒式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)圈、外圈大小與軸肩大小一致，所述補(bǔ)償環(huán)(65)頂部具有螺栓端孔，底部與待測軸承(64)內(nèi)圈接觸；通過旋轉(zhuǎn)螺栓端孔中的螺栓，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償環(huán)(65)固定在旋轉(zhuǎn)軸；

所述位移測試裝置(7)，位于左側(cè)軸承端蓋(63)、右側(cè)軸承端蓋(66)環(huán)狀凸出部分的裝載孔上，包括軸承左側(cè)垂直位移感應(yīng)器(71)、軸承右側(cè)垂直位移感應(yīng)器(72)、潤滑噴嘴(73)、45°軸向位移感應(yīng)器(74)、水平位移傳感器(75)和135°軸向位移傳感器(76)；

所述支撐軸承組件(31)包括支撐軸承(311)、軸承蓋(312)、凸型導(dǎo)軌(313)、鎖止螺栓孔(314)和軸承座(315)；其中，所述支撐軸承(311)內(nèi)圈一端與旋轉(zhuǎn)軸軸肩配合，通過旋轉(zhuǎn)軸傳遞軸向載荷；所述軸承蓋(312)用于固定支撐軸承(311)，以軸向定位軸承外徑；所述軸承座(315)作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械體的支撐，用于對支撐軸承(311)外徑的軸向和周向的定位；所述鎖止螺栓孔(314)位于凸型導(dǎo)軌(313)上，用于支撐軸承組件(31)在受到軸向載荷時發(fā)生軸向位移的鎖止作用；所述凸型導(dǎo)軌(313)與軸向載荷加載裝置(32)的滑道配合，以實(shí)現(xiàn)支撐軸承組件(31)的軸向移動；

所述軸向載荷加載裝置(32)包括把型加載裝置(321)和支撐底座(322)；所述把型加載裝置(321)底部與支撐底座(322)連接，把型加載裝置(321)右部端面與支撐底座(322)滑道一端面貼合；把型加載裝置(321)上設(shè)有多個環(huán)型軸向載荷螺栓孔，用于連接加載螺栓；所述支撐底座(322)的上方兩側(cè)配有的滑道，用于與凸型導(dǎo)軌(313)連接。

2.一種基于權(quán)利要求1所述的滾動軸承三維動剛度試驗(yàn)裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、搭建如權(quán)利要求1所述的滾動軸承三維動剛度試驗(yàn)裝置；

步驟二、通過電機(jī)組件(2)向旋轉(zhuǎn)軸提供轉(zhuǎn)矩，通過軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(3)向待測軸承提供軸向載荷，通過離心載荷激振裝置(4)向待測軸承提供垂直方向載荷和水平方向載荷，通過環(huán)境模擬試驗(yàn)箱(5)向待測軸承提供加熱環(huán)境模擬，通過待測軸承裝置(6)向待測軸承提供軸向載荷、垂直載荷、水平載荷的獲取，通過位移測試裝置(7)向待測軸承提供軸向位移、垂直位移、水平位移的獲取；

步驟三、根據(jù)三向力傳感器(61)測出軸向載荷F₁，45°軸向位移傳感器(74)和135°軸向位移傳感器(76)測出軸向位移δ_y，獲得待測軸承(64)的軸向動剛度K₁＝F₁/δ_y；δ_y＝(δ₁+δ₂)/2；δ_y為軸向激振后補(bǔ)償位移；δ₁為45°軸向位移感應(yīng)器(74)所測位移，δ₂為135°軸向位移傳感器(76)所測位移；

根據(jù)三向力傳感器(61)測出垂直載荷F₂，左側(cè)垂直位移感應(yīng)器(71)和右側(cè)垂直位移感應(yīng)器(72)測出垂直位移δ_z，獲得待測軸承(64)的垂直動剛度K₂＝F₂/δ_b；δ_z-(δ₃+δ₄)/2；δ_z為垂直方向補(bǔ)償后激振位移；δ₃為左側(cè)垂直位移感應(yīng)器(71)所測位移；δ₄軸承右側(cè)垂直位移感應(yīng)器(72)所測位移；

根據(jù)三向力傳感器(61)測出水平載荷F₃，水平位移傳感器(75)測出水平位移δ_x，即可獲得待測軸承(64)的水平動剛度K₃＝F₃/δ_x。