滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置

摘要

一种滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置，包括主轴，其前端安装在前端轴承支座上，前端轴承支座端面上安装有三个激光位移传感器测试探头，前端轴承支座内安装试验轴承上，通过径向加载液压缸和轴向加载液压缸加载；主轴后端安装在后端轴承支座上，后端轴承支座上安装成对角接触轴承，角接触轴承之间设置有集成监测环和预紧推块，实现轴承自适应预紧；主轴上安装有偏心质量激振盘施加轴承激励；主轴通过变频电机驱动。本发明用于检测多种型号轴承及主轴系统动静态性能的影响，克服现有的滚动轴承主轴试验台的被测试轴承的型号单一、集成度太低及信号处理粗糙的特点，可以进行多项试验研究，提高了滚动轴承主轴试验台的灵活性。

权利要求

1.滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置，包括主轴(11)，其特征在于：

该主轴(11)是阶梯轴的形式，其前端安装在前端轴承支座(9)上，前端轴承支座(9)端面上安装有三个激光位移传感器测试探头(16)，前端轴承支座(9)上安装待测试的试验轴承(17)，试验轴承(17)的径向上设置有径向加载液压缸(4)，轴向上设置有轴向加载液压缸(6)，主轴(11)后端安装在后端轴承支座(12)上，后端轴承支座(12)上背对背安装有两个角接触轴承(18)，两个角接触轴承(18)之间设置有集成监测环(19)和预紧推块(20)，集成监测环(19)和预紧推块(20)共同形成液压腔(21)；主轴(11)上安装有两个轴向移动的偏心质量激振盘(10)，偏心质量激振盘(10)通过涨紧的方式紧固在主轴(11)上，主轴(11)通过联轴器(13)与带轮轴(15)连接，带轮轴(15)置于带轮轴支座(14)上，变频电机(2)上的大带轮(1)通过皮带驱动带轮轴(15)；

所述的集成监测环(19)包括角接触轴承(18)中设置的内圈隔套(22)和外圈隔套(23)，在外圈隔套(23)径向上沿着圆周方向靠近内圈隔套(22)处布置有三个电涡流位移传感器(24)，外圈隔套(23)轴向上设置有一个电涡流位移传感器(24)，外圈隔套(23)的外沿设置有加速度传感器(25)和温度传感器(26)。

说明书

滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测试实验装置，特别涉及一种滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置。

背景技术

[0002] 轴承的动力特性对转子-轴承系统的动力特性有重要的影响。但至今，滚动轴承的动力特性，仍缺乏系统的资料，一般按经验公式估算其刚度特性或简化为定常的弹性元件，但误差较大。现有的关于滚动轴承的试验台主要轴承内径为2～180mm的滚动轴承寿命试验台，基于滚动轴承-轴系特性测试的多功能实验台尚未有专利产品。

[0003] 滚动轴承动力特性主要有两种测试方法，间接测试与直接测试法，其中，直接测量法针对滚动轴承在运转情况下，直接施加与转速同步的径向载荷，同时测定轴承中心所产生的相应的位移向量，便可直接求得其动力特性——等效刚度与等效阻尼(黄太平等.滚动轴承动力特性测试方法[J].振动、测试与诊断，1996)。

[0004] 基于与上述相同的原理，唐云冰设计了滚动轴承的试验装置，对陶瓷轴承的等效刚度进行测试(唐云冰等.高速陶瓷滚动轴承等效刚度分析与试验[J].航空动力学报，1995)，但该试验装置，只能对单个滚动轴承进行动态特性测试，并且，其采用试验测试系统由正交电涡流式位移传感器，主轴的圆度误差对试验数据结构影响较大。

[0005] 东北大学张镭等建立回转体零件频域三测头法误差分离数学模型，采用离散傅里叶变换法对误差分离基本方程进行求解，并验证了频域三测头误差分离方法基本上能实现各项误差的完全分离，适于在位测量，并可获得较高的在位测量精度(张镭等.三测头法误差分离技术的理论与试验[J].机械工程学报，2009)。

[0006] 因而，目前滚动轴承-主轴系统动态特性类实验装置存在如下缺点：

[0007] 1、现有的滚动轴承-主轴系统动态特性类实验装置功能过于单一，仅仅是测试某项试验性能，如滚动轴承的静刚度、寿命或者滚动轴承的动刚度，无法验证轴承特性对轴承-主轴系统性能的影响，没有实现将其综合在一个试验台；没有实现预紧对其刚度、温度等轴承特性的影响的测试以及主轴加工精度影响的研究。

[0008] 2、现有的滚动轴承试验台，只有疲劳寿命类试验机能够实现系列内径的轴承寿命测试，没有针对轴承对主轴性能影响的专用实验台。

[0009] 3、现有滚动轴承类试验台通常采用正交电涡流位移传感器测量主轴振动位移，不能有效的分离结构的形位误差对试验结果的影响。

发明内容

[0010] 为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是在于提供一种滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置，该装置能够测试径向及轴向载荷作用下多种型号的滚动轴承的动静特性；同时，该装置模拟机床主轴支撑结构及切削载荷作用，通过自适应预紧，研究滚动轴承的预紧力对滚动轴承特性及滚动轴承-主轴系统的性能的影响；该装置克服现有的滚动轴承主轴试验台的被测试轴承的型号单一、集成度太低及信号处理粗糙的特点，可以进行多项试验研究，提高了滚动轴承主轴试验台的灵活性。

[0011] 为了达到以上目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0012] 滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置，包括主轴11，该主轴11是阶梯轴的形式，其前端安装在前端轴承支座9上，前端轴承支座9端面上安装有三个激光位移传感器测试探头16，前端轴承支座9上安装待测试的试验轴承17，试验轴承17的径向上设置有径向加载液压缸4，轴向上设置有轴向加载液压缸6；主轴11后端安装在后端轴承支座12上，后端轴承支座12上背对背安装有两个角接触轴承18，两个角接触轴承18之间设置有集成监测环19和预紧推块20，集成监测环19和预紧推块20共同形成液压腔21；主轴11上安装有两个轴向移动的偏心质量激振盘10，偏心质量激振盘10通过涨紧的方式紧固在主轴11上，主轴11通过联轴器13与带轮轴15连接，带轮轴15置于带轮轴支座14上，变频电机2上的大带轮1通过皮带驱动带轮轴15。

[0013] 所述的集成监测环19包括角接触轴承18中设置的内圈隔套22和外圈隔套23，在外圈隔套23径向上沿着圆周方向靠近内圈隔套22处布置有三个电涡流位移传感器24，外圈隔套23轴向上设置有一个电涡流位移传感器24，外圈隔套23的外沿设置有加速度传感器25和温度传感器26。

[0014] 本发明与现有的技术相比，具有以下优点：

[0015] 1、采用本发明可进行不同系列轴承的动刚度的测试，可以测试预紧力对滚动轴承动刚度的影响，可以研究预紧力对滚动轴承-主轴系统动态性能的影响。测试项目主要有主轴的轴心轨迹，主轴的轴向位移，主轴的轴承的温升等。提高试验台的利用效率。

[0016] 2、采用测试滚动轴承的动刚度，实现模拟滚动轴承实际受载工况，测试数据更加接近工程实际。

[0017] 3、采用本发明可完全模拟机床主轴的支撑特点及载荷条件，用于研究轴承特性对主轴实际工作状态的影响，为高精度主轴的设计提供依据。

附图说明

[0018] 图1为本发明的结构示意图。

[0019] 图2为前端轴承支座端面的传感器安装图。

[0020] 图3为图1中前端支撑轴承结构剖面图。

[0021] 图4为图1中后端支撑轴承结构剖面图。

[0022] 图5为集成监测环19的结构示意图。

[0023] 图6为偏心激振质量盘10在主轴11上的示意图。

[0024] 图7为本发明改变加载液压缸和变频电机位置变换的结构示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0026] 滚动轴承-主轴系统动静态特性综合测试实验装置，参照图1，包括主轴11，该主轴11是阶梯轴的形式，其前端安装在前端轴承支座9上，参照图2，前端轴承支座9端面上安装有三个激光位移传感器测试探头16，参照图3，前端轴承支座9上安装待测试的试验轴承17，任意的试验轴承17的型号均能与前端轴承支座9适配，试验轴承17的径向上设置有径向加载液压缸4，轴向上设置有轴向加载液压缸6，径向加载液压缸4坐落于径向液压缸支座3上，轴向加载液压缸6设置于轴向液压缸支座8上；参照图4，主轴11后端安装在后端轴承支座12上，后端轴承支座12上背对背安装有两个角接触轴承18，两个角接触轴承18之间设置有集成监测环19和预紧推块20，集成监测环19和预紧推块20共同形成液压腔21；参照图1，前端轴承支座9和后端轴承支座12通过键与T型槽安装在试验台底座7上，主轴11上安装有两个轴向移动的偏心质量激振盘10，偏心质量激振盘10通过涨紧的方式紧固在主轴11上，主轴11通过联轴器13与带轮轴15连接，带轮轴15置于带轮轴支座14上，变频电机2上的大带轮1通过皮带驱动带轮轴15。

[0027] 参照图5，所述的集成监测环19包括角接触轴承18中设置的内圈隔套22和外圈隔套23，在外圈隔套23径向上沿着圆周方向靠近内圈隔套22处布置有三个电涡流位移传感器24，外圈隔套23轴向上设置有一个电涡流位移传感器24，外圈隔套23的外沿设置有加速度传感器25和温度传感器26。

[0028] 参照图6，偏心激振质量盘10通过在圆盘外围固定螺栓的形式，通过在偏心盘上孔中固定不同的螺栓及螺母，而实现改变偏心质量的大小，偏心质量盘通过涨紧套和两个挡环其安装在主轴11上，位置可调。

[0029] 参照图7，当要测试后端轴承支座12上的两个角接触轴承18轴向和径向上的变化时，可直接将本发明改装成图7所示，直接将轴向加载液压缸6和径向加载液压缸4作用于两个角接触轴承18轴向和径向上，而将原先位置的变频电机2改装到前端轴承支座的位置进行驱动。

[0030] 本发明的工作原理为：本发明集成了测试对象和测试传感器，并保证其相对位置满足测试所需要求。测试对象分别为前端轴承支座上的试验轴承17和后端轴承支座上的角接触轴承18。轴向加载液压缸6和径向加载液压缸4作用于试验轴承17上，三个激光位移传感器测试探头16记录下所需测量的信号；主轴上的偏心激振质量盘10实现改变偏心质量的大小；后端轴承支座上的角接触轴承18通过预紧推块20作用于其上，然后通过集成监测环19上的传感器检测其状态。当角接触轴承18也需要施加外力测量时，则可将轴向加载液压缸6和径向加载液压缸4改装到后端轴承支座处，实验测试原理与测量前端轴承支座上试验轴承17的原理相同。