汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機及其試驗方法
2023-05-04 17:17:06 4
專利名稱：汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機及其試驗方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機及其試驗方法，主要適用於汽車輪轂軸承單元防塵性能的模擬試驗和評價。
背景技術：
汽車輪轂軸承單元是汽車中關鍵零部件之一，其用在汽車的一個重要使用部位，是車輪定位的重要構件。現在國際上已經發展到第五代產品，即HUB、SPINDLE、ABS傳感器與軸承成為一體，而我國目前尚處於第三代產品的研發階段。作為汽車正常運行的保障，汽車輪轂軸承單元在使用的過程中除了經受住轉彎力、制動衝擊力、驅動力等載荷和轉速變化帶來的隨機考驗外，還必須要經受住來自風沙、泥漿、高溫、低溫等惡劣環境的嚴峻考驗。國外要求輪轂軸承單元的壽命為十年或16萬公裡，而國內的輪轂軸承壽命不到其一半。隨著汽車性能的不斷提升，對汽車輪轂軸承單元的防塵性能要求也越來越高。國內的汽車輪轂軸承單元生產企業也已開始重視防塵性能這一重要的性能指標，但是目前只有國外少數幾個軸承強國對汽車輪轂軸承單元的防塵性能有所研究並擁有相關的試驗設備，但實驗設備的價格極其昂貴。在國內，目前還沒有使用該類試驗設備。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有國內技術中存在的不足，而提供一種精度和穩定性好、成本低、智能化程度高、使用方便快捷的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機及其試驗方法。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是該汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機，其特徵在於設置有灰塵箱、風管、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件、機身、電氣系統和控制系統，灰塵箱、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件均安裝在機身上，風機安裝在灰塵箱的下方，風管的一端與灰塵箱連接，風管的另一端與風機連接，灰塵箱與風管、風機、試驗頭部件相互連通，灰塵箱設置有內膽、蓋板、加熱板、摺疊防護罩和溫度傳感器，內膽上設有一層保溫層，加熱板設置在灰塵箱下部，溫度傳感器用來測量灰塵箱內溫度並輸出到控制系統，摺疊防護罩用來防止灰塵箱內熱量和灰塵介質的洩漏，加載機構與試驗頭部件連接，提供試驗所需要的載荷和力矩，動力部件與試驗頭部件相連，提供試驗所需動力，電氣系統提供動力電源和電氣保護，控制系統與灰塵箱、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件和電氣系統均連接，控制系統用來監控機器的運行狀態和對試驗參數進行編程，並適時進行控制反饋。
本發明所述的加載機構設置有加載手輪、梯形絲槓、梯形絲母、中心軸、加載彈簧、S型稱重傳感器、撞頭、加載杆、導向杆、加力杆、絲杆、直線軸承，加載手輪與梯形絲槓匹配連接，梯形絲槓與中心軸之間安裝有直線軸承，用來有效減小轉動和移動而產生的摩擦力，梯形絲母固定安裝在機身上，加載彈簧套在中心軸上，中心軸分別與S型稱重傳感器、撞頭連接，撞頭與加載杆連接，加載杆與加力杆連接，梯形絲槓在與梯形絲母的相互作用下，壓縮加載彈簧，施加預定載荷，加載彈簧包括大、小兩隻套裝的彈簧，S型稱重傳感器用來測量所施加載荷的大小並輸出到控制系統，撞頭用來實現S型稱重傳感器和加載杆之間載荷的傳遞，導向杆用來防止中心軸轉動，絲杆用來方便地徑向移動加載機構，通過調整帶有伸縮套的加力杆的長度，從而調整加載預定的試驗力矩，加力杆與試驗軸承連接並設置有摺疊防護罩。
本發明所述的試驗頭部件設置有連接板、固定座和試驗芯軸，試驗軸承通過連接板與加載機構連接，獲得試驗載荷和試驗力矩。
本發明控制系統設置有工業控制計算機，實現對試驗條件的編程控制和調節，對溫度信號、加載信號的獲取和處理，並適時進行控制反饋。
本發明解決上述技術問題所採用的技術方案還包括一種如上所述的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機的試驗方法，其特徵在於包括以下步驟試驗準備，電氣系統、控制系統啟動，啟動電機、分機開始試驗，試驗載荷加載至預置載荷，等待試驗時間和循環次數分別達到預置時間和預置次數，存儲試驗結果，停止電機、風機，卸載，關閉電氣系統、控制系統，取下試驗軸承和試驗芯軸。
本發明設計合理、結構緊湊、測試精確，可以精確地設置試驗溫度、試驗噴沙、循環次數、試驗時間等參數，測試過程智能、準確、直觀、快速。
圖1為本發明實施例的正視示意圖。
圖2為本發明實施例的俯視示意圖。
圖3為本發明實施例的左視示意圖。
圖4為本發明實施例灰塵箱的正視示意圖。
圖5為本發明實施例灰塵箱的左視示意圖。
圖6為本發明實施例加載機構的俯視示意圖。
圖7為本發明實施例加載結構的正視示意圖。
圖8本發明實施例的控制流程圖。
圖1～7中1-灰塵箱，2-風機，3-加載機構，4-試驗頭部件，5-動力部件，6-機身，8-電氣控制箱，9-內膽，10-蓋板，11-保溫層，12-加熱板，13-摺疊防護罩，14-溫度傳感器，15-風管，16-風機電機，18-加載手輪，19-梯形絲槓，20-梯形絲母，21-中心軸，22-加載彈簧，23-S型稱重傳感器，24-撞頭，25-加載杆，26-導向杆，27-加力杆，28-絲杆，29-連接板，30-固定座，31-試驗芯軸，32-試驗軸承，33-直線軸承。
具體實施例方式參見圖1～圖7，本發明實施例汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機設置有灰塵箱1、風機2、加載機構3、試驗頭部件4、動力部件5、機身6和電氣控制箱8，電氣系統和控制系統均安裝在電氣控制箱8中，電氣系統和控制系統的工作狀態在電氣控制箱8的上部顯示出來，灰塵箱1、風機2、加載機構3、試驗頭部件4、動力部件5均安裝在機身6上，風機2安裝在灰塵箱1的下方，風管15的一端與灰塵箱1連接，風管15的另一端與風機2連接，灰塵箱1與風機2、風管15、試驗頭部件4相互連通，風機2設置有風機電機16、傳動軸、葉輪，將灰塵箱1中的灰塵和溫度環境送至試驗頭部件4，提供試驗所需要的灰塵和溫度環境，加載機構3與試驗頭部件4連接，提供試驗所需要的載荷和力矩，動力部件5與試驗頭部件4相連，動力部件5包括主軸和電機，提供試驗所需動力，電機可採用普通電機、變頻電機或者變頻器和電機的組合，電氣系統提供動力電源和電氣保護，控制系統與灰塵箱1、風機2、加載機構3、試驗頭部件4、動力部件5和電氣系統均連接，控制系統用來監控本實施例的運行狀態和對試驗參數進行編程，並根據試驗參數和運行狀態的結果適時進行控制反饋。
本發明實施例的灰塵箱1設置有內膽9、蓋板10、加熱板12、摺疊防護罩13和溫度傳感器14，內膽9上設有一層保溫層11，起到保溫的作用，加熱板12安裝在灰塵箱1下部，起到加熱循環空氣和灰塵介質的作用，溫度傳感器14與控制系統連接，用來測量灰塵箱1內溫度並輸出到控制系統，摺疊防護罩13安裝在加載機構3上，用來有效地減小灰塵箱1內熱量和灰塵介質的洩漏。
本發明實施例的加載機構3設置有加載手輪18、梯形絲槓19、梯形絲母20、中心軸21、加載彈簧22、S型稱重傳感器23、撞頭24、加載杆25、導向杆26、加力杆27、絲杆28和直線軸承33，手輪18通過鍵和螺母與梯形絲槓19固定在一起，梯形絲槓19與中心軸21之間安裝有直線軸承33，梯形絲母20和直線軸承33外圈緊間隙配合，直線軸承33內圈和中心軸21緊間隙配合，梯形絲母20固定在機身6上，加載彈簧22套在中心軸21上，中心軸21通過螺釘分別與S型稱重傳感器23、撞頭24連接，撞頭24通過螺釘加載杆25連接，加載杆25通過鉸鏈與加力杆27連接。轉動加載手輪18可帶動梯形絲槓19轉動，直線軸承33用來有效減小轉動和移動而產生的摩擦力，梯形絲槓19在與梯形絲母20的相互作用下，壓縮加載彈簧22，施加預定載荷，加載彈簧22包括大、小兩隻套裝的彈簧，S型稱重傳感器23用來測量所施加載荷的大小並輸出到控制系統，撞頭24用來實現S型稱重傳感器23和加載杆25之間載荷的傳遞，導向杆26用於防止中心軸21轉動，絲杆28用來方便地徑向移動加載機構3，通過調整帶有伸縮套的加力杆27的長度，從而調整加載預定的試驗力矩(偏載)，加力杆27與試驗軸承32連接並設置有摺疊防護罩13。
本發明實施例的試驗頭部件4設置有連接板29、固定座30和試驗芯軸31，試驗軸承32通過螺栓、墊塊、連接板29與加載機構3連接，獲得試驗載荷和試驗力矩，試驗軸承32通過螺栓、鍵、固定座30與試驗芯軸31連接，獲得試驗所需要的動力。
本發明實施例的控制系統設置有工業控制計算機，實現對電機試驗轉速的控制和調節，接受溫度傳感器14的溫度信號、S型稱重傳感器23的加載信號並進行處理，並根據試驗情況進行控制反饋。
本發明實施例試驗軸承32的內徑範圍為φ20～φ60mm；試驗軸承32的轉速範圍為500～3000r/min；試驗軸承32的最大軸向載荷為5kN，加載誤差應小於±2％；灰塵箱1的溫度範圍為20～160℃，溫度誤差±5℃。
參看圖8，本發明解決上述技術問題所採用的技術方案還包括一種如上所述的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機的試驗方法，包括以下步驟試驗準備，電氣系統、控制系統啟動，啟動電機、風機2開始試驗，試驗載荷F加載至預置載荷F0，等待試驗時間T和循環次數M分別達到預置時間T0和預置次數M0，存儲試驗結果，停止電機、風機2，卸載，關閉電氣系統、控制系統，取下試驗軸承32和試驗芯軸31。
試驗準備工作包括試驗芯軸31的安裝、試驗軸承32的安裝和固定、加載機構3位置的調整等操作。首先將試驗芯軸31裝入動力部件5的主軸，用螺栓和固定座30將試驗軸承32固定連接在試驗芯軸31上，並用螺釘壓緊，使試驗軸承32與試驗芯軸31成為一體，用螺栓和連接板29將試驗軸承32和加力杆27連接，用鉸鏈將加載杆25和加力杆27連接，調整加載機構3的位置，使加力杆27伸縮到預定的長度，將試驗灰塵加入灰塵箱1內。
電氣系統、控制系統啟動包括接通電源，工業控制計算機的初始化、工業控制計算機的設置，在工業控制計算機內對其信息欄進行試驗日期、試驗軸承型號、試驗軸承編號、檢查員姓名、試驗轉速N等信息的初始化，對試驗軸承32的試驗溫度、噴砂、試驗時間T、循環次數M、試驗轉速N、試驗載荷F等參數進行編程，對電機(或變頻器)進行初始化，然後檢查試驗機是否處於正常狀態、各處的接線是否正確牢靠、試驗參數設置是否正確，當不正常時進行調整直至一切正常。
然後啟動電機、風機2開始試驗，試驗載荷F加載至預置載荷F0包括轉動加載手輪18，將試驗載荷F加至預置載荷F0。
試驗時，工業控制計算機對試驗過程進行監測，當試驗時間T和循環次數M分別達到預置時間T0和預置次數M0時，存儲試驗結果，停止電機、風機2和主軸，反向搖動加載手輪18，進行卸載，關閉電氣系統和控制系統，等灰塵箱1溫度降低後取下試驗軸承32和試驗芯軸31，試驗結束。
本發明試驗方法的依據如下汽車輪轂軸承單元防塵性能是指其在灰塵飛揚的環境中運轉，軸承單元本身能防止灰塵顆粒侵入其內部的能力。汽車輪轂軸承單元防塵性能是指將其置於特定的灰塵環境中，以設定的轉速和載荷運轉一段時間後，根據灰塵顆粒是否進入軸承單元以及進入其內部的情況來判別其防塵性能的試驗。本發明的單套汽車輪轂軸承單元防塵性能評分標準如表1所示。經本發明試驗後的軸承樣品的最終檢驗參照行業標準SH/T0336(顯微鏡法)進行，同時從已經試驗過的軸承樣品兩端分別取樣，對比檢查得出灰塵侵入量。
表1 單套汽車輪轂軸承單元防塵性能評分標準。
權利要求
1.一種汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機，其特徵在於設置有灰塵箱、風管、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件、機身、電氣系統和控制系統，灰塵箱、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件均安裝在機身上，風機安裝在灰塵箱的下方，風管的一端與灰塵箱連接，風管的另一端與風機連接，灰塵箱與風管、風機、試驗頭部件相互連通，灰塵箱設置有內膽、蓋板、加熱板、摺疊防護罩和溫度傳感器，內膽上設有一層保溫層，加熱板設置在灰塵箱下部，溫度傳感器用來測量灰塵箱內溫度並輸出到控制系統，摺疊防護罩用來防止灰塵箱內熱量和灰塵介質的洩漏，加載機構與試驗頭部件連接，提供試驗所需要的載荷和力矩，動力部件與試驗頭部件相連，提供試驗所需動力，電氣系統提供動力電源和電氣保護，控制系統與灰塵箱、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件和電氣系統均連接，控制系統用來監控機器的運行狀態和對試驗參數進行編程，並適時進行控制反饋。
2.根據權利要求1所述的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機，其特徵在於所述的加載機構設置有加載手輪、梯形絲槓、梯形絲母、中心軸、加載彈簧、S型稱重傳感器、撞頭、加載杆、導向杆、加力杆、絲杆、直線軸承，加載手輪與梯形絲槓匹配連接，梯形絲槓與中心軸之間安裝有直線軸承，用來有效減小轉動和移動而產生的摩擦力，梯形絲母固定安裝在機身上，加載彈簧套在中心軸上，中心軸分別與S型稱重傳感器、撞頭連接，撞頭與加載杆連接，加載杆與加力杆連接，梯形絲槓在與梯形絲母的相互作用下，壓縮加載彈簧，施加預定載荷，加載彈簧包括大、小兩隻套裝的彈簧，S型稱重傳感器用來測量所施加載荷的大小並輸出到控制系統，撞頭用來實現S型稱重傳感器和加載杆之間載荷的傳遞，導向杆用來防止中心軸轉動，絲杆用來方便地徑向移動加載機構，通過調整帶有伸縮套的加力杆的長度，從而調整加載預定的試驗力矩，加力杆與試驗軸承連接並設置有摺疊防護罩。
3.根據權利要求1所述的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機，其特徵在於所述的試驗頭部件設置有連接板、固定座和試驗芯軸，試驗軸承通過連接板與加載機構連接，獲得試驗載荷和試驗力矩。
4.根據權利要求1所述的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機，其特徵在於控制系統設置有工業控制計算機，實現對試驗條件的編程控制和調節，對溫度信號、加載信號的獲取和處理，並適時進行控制反饋。
5.一種如權利要求1所述的汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機的試驗方法，其特徵在於包括以下步驟試驗準備，電氣系統、控制系統啟動，啟動電機、風機開始試驗，試驗載荷加載至預置載荷，等待試驗時間和循環次數分別達到預置時間和預置次數，存儲試驗結果，停止電機、風機，卸載，關閉電氣系統、控制系統，取下試驗軸承和試驗芯軸。
全文摘要
本發明涉及一種汽車輪轂軸承單元防塵性能模擬試驗機，包括灰塵箱、風管、風機、加載機構、試驗頭部件、動力部件、機身、電氣系統和控制系統，灰塵箱與風管、風機、試驗頭部件相互連通，灰塵箱設置有內膽、蓋板、加熱板、摺疊防護罩和溫度傳感器，內膽上設有一層保溫層，加熱板設置在灰塵箱下部，溫度傳感器用來測量灰塵箱內溫度，加載機構與試驗頭部件連接，提供試驗所需要的載荷和力矩，動力部件與試驗頭部件相連，提供試驗所需動力，電氣系統提供動力電源和電氣保護，控制系統用來監控機器的運行狀態和設置試驗參數，並適時進行控制反饋。本發明設計合理、結構緊湊，可以精確地設置試驗溫度、試驗噴沙、循環次數、試驗時間等參數，測試過程智能、準確、直觀、快速。
文檔編號G01M17/007GK101038237SQ20071006794
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月10日 優先權日2007年4月10日
發明者李興林, 張燕遼, 李俊卿, 王兆盛, 曹茂來, 張仰平 申請人:杭州軸承試驗研究中心有限公司