工具機主軸軸承配置性能實驗裝置的製作方法

2023-09-11 08:18:25

專利名稱：工具機主軸軸承配置性能實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於工具機主軸軸承配置對主軸性能影響的實驗研究裝置，涉及一種軸承數目可變、安裝方向可變、軸承在軸上位置可變的工具機主軸和監測主軸的振動加速度、主軸徑向位移、軸向位移、軸承振動加速度、軸承溫度以及主軸迴轉精度特性的實驗裝置。
背景技術：
滾動軸承是現代數控工具機主軸內部最常用的關鍵支承部件，在實際應用中，滾動軸承可通過各種不同的組配方式，以適應各種不同的工具機應用場合。對速度變化範圍較窄的磨床，可以針對其特定的速度、溫度、剛度和壽命要求得到最優的主軸設計，選擇合適的軸承結構和最佳截面參數，而對於數控車床、銑床和加工中心等加工範圍大適用面很廣的工具機，主軸轉速、剛性將隨加工精度要求而有所不同，有些要求甚至是相互矛盾的，所以軸承的選擇只能根據加工精度、剛度、載荷和壽命等要求綜合評定後再定。因此，採用行之有效的實驗方法準確測量在不同軸承配置形式下，主軸的剛度、迴轉精度和溫升等性能，分析軸承的類型、數目、方向以及在軸上的位置對主軸性能的影響規律，進而提高軸承配置設計的合理性和主軸的服役性能具有十分重要的意義。傳統的主軸性能實驗，往往只針對特定結構的主軸，實驗過程中軸承的配置形式不變，無法得到不同軸承配置的性能規律，軸承使用手冊上也僅給出定性的軸承配置使用範圍。為此，國內外諸多研究與學術機構就軸承配置對主軸性能的影響開展了研究，如南斯拉夫Novi Sad公司運用實驗和仿真方法研究了高速主軸的動靜特性，並著重考察前支承軸承排列方式對主軸特性的影響，莫斯科國立工業大學的Igor Zverv對不同軸承配置的主軸進行了理論建模，普渡大學的Hongq1. Li設計了簡單的兩軸承支承主軸，考察軸承的配置方向對主軸結構固有頻率的影響。但是，單純的考察兩支承軸承配置方向對主軸固有頻率的影響，不能有效的得到軸承配置對主軸綜合性能的影響規律，也就無法滿足對主軸進行更加科學設計的要求。各個著名軸承產品生產商雖然給出了不軸承配置的定性描述，如高剛性、高轉速、低溫生等，但是沒有更多具體的定量化的描述，主軸軸承配置仍然缺乏定量的設計指導。因此，開發出能夠對多種滾動軸承配置的性能進行靜動態特性和溫升特性測試的實驗臺，對各種配置進行深入研究是非常有必要的。

發明內容
本發明提供了一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，通過更換軸承的配置和軸上定位元件，實現主軸軸承不同數目、不同方向、以及不同跨距的配置方式，在軸端施加恆定的軸向載荷、徑向載荷，可以得到不同軸承配置下主軸的迴轉精度、軸向位移、徑向位移、軸承的溫升和軸承的振動，在軸端安裝偏心質量塊產生激勵，可以測得主軸系統的動態特性。為實現上述目的，本發明採用以下技術方案予以實現。一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，包括主軸座以及安裝在主軸座內的實驗主軸，所述實驗主軸上安裝有多組被測軸承，所述相鄰被測軸承組之間通過第一隔圈隔離，所述被測軸承組之間通過第二隔圈隔離，通過長隔圈和短隔圈的組合，實現被測軸承跨距的改變，以此實現不同軸承配置下，主軸性能的測試。作為本發明的優選實施例，所述第一隔圈包括第一外隔圈和第一內隔圈，所述第二隔圈包括第二外隔圈和第二內隔圈，所述第二隔圈的寬度與被測軸承的寬度一致。作為本發明的優選實施例，所述實驗裝置進一步包括有軸向測試環和調整隔圈，所述軸向測試環作為軸向位移測試基準件，所述測試環在前端鎖緊螺母的作用下壓緊軸承內圈，安裝在主軸座上的前端蓋壓緊調整隔圈，調整隔圈壓緊軸承外圈。作為本發明的優選實施例，所述實驗主軸有前後兩個支撐段，每個支撐段上安裝一組被測軸承，且所述兩個支撐段之間的試驗主軸的直徑略小於前後兩個支撐段的試驗主軸的直徑。作為本發明的優選實施例，所述實驗主軸前後兩個支撐段的直徑相等。作為本發明的優選實施例，所述被測軸承與主軸座之間設置有冷卻水套，所述冷卻水套與主軸座之間通過螺釘連接。作為本發明的優選實施例，所述冷卻水套內壁沿軸向開有不同長度的槽，該槽與待測軸承的數量相等位置對應，且在徑向均勻分布，所述槽內安裝溫度傳感器。作為本發明的優選實施例，所述安裝溫度傳感器的槽內塗抹有導熱矽膠以減少槽與軸承之間的空隙。作為本發明的優選實施例，所述實驗裝置進一步有軸向位移傳感器、徑向位移傳感器，以及軸承振動傳感器，所述軸向位移傳感器和徑向位移傳感器安裝在前端蓋上，所述軸承振動傳感器安裝在最外端的被測軸承的外端面，導線通過被測軸承與主軸座間的冷卻水套出，通過徑向位移傳感器測量主軸的徑向跳動，通過軸向位移傳感器測量主軸的軸向跳動。作為本發明的優選實施例，所述主軸前端安裝有加載模塊，所述加載模塊為加載套筒或偏心質量塊。與現有技術相比，本發明工具機主軸軸承配置性能實驗裝置至少具有以下優點本發明採用長短隔圈結合的方式，實現主軸軸承的不同軸承配置。


圖1為本發明實驗裝置的一種實施例的主結構圖。圖2本發明溫度傳感器的布局圖。圖3本發明加速度傳感器的布局圖，其中圖3 (a)是側視圖，圖3 (b)為俯視圖。圖4本發明位移傳感器的分布結構圖，其中，圖4 Ca)是側視圖，圖4 (b)為俯視圖。圖5 (a)至圖5 (C)為相同長隔圈，軸承數量不同的實驗方案圖，其中，圖5 (a)為前後各一個軸承，圖5 (b)為前端兩個軸承,後端一個軸承，圖5 (C)為前端和後端均兩個軸承。圖6軸承之間有無短隔圈的結構圖。圖7 (Ia)至圖7 (5a)為軸承數量不同、方向不同的方案結構圖，其中，圖7 (Ia)為軸承DB配置的結構圖，圖7 (Ib)為軸承DF配置的結構圖，圖7 (2a)和圖7 (2b)為三個軸承配置的結構圖，圖7 (3a)為前端兩個軸承和後端兩個軸承串聯且面對面配置的結構圖，圖7 (3b)為前端兩個軸承和後端兩個軸承且前端軸承和後端軸承均為DF配置的結構圖，圖7 (3c)為前端兩個軸承和後端兩個軸承且前端軸承和後端軸承均為DB配置的結構圖，圖7 (4a)為前端三個軸承後端兩個軸承,且前端軸承為TT配置,後端軸承為DT配置的結構圖，圖7 (4b)為前端三個軸承後端兩個軸承,且前端軸承為TBT配置,後端軸承為DB配置的結構圖，圖7 (5a)為前端四個軸承後端兩個軸承,且前端軸承為QBC配置,後端軸承為DB配置的結構圖。圖8 (a)至圖8 (c)為不同類型軸承配置的實驗方案結構圖，其中，圖8 (a)為前端軸承為DB配置,後端軸承為單列圓柱滾子軸承，圖8 (b)為前端軸承為TBT配置,後端軸承為雙列圓柱滾子軸承，圖8 (c)為前端軸承為雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角角接觸球軸承，後端軸承為雙列圓柱滾子軸承。圖9 (a)和圖9 (b)為兩種不同跨距的實驗方案結構圖。圖1至圖9中的附圖標記列表為
權利要求
1.一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於該實驗裝置包括主軸座(12)以及安裝在主軸座內的實驗主軸(I )，所述實驗主軸上安裝有多組被測軸承，所述相鄰被測軸承組之間通過第一隔圈隔離，所述被測軸承組之間通過第二隔圈隔離，通過第一隔圈和第二隔圈的組合，實現被測軸承跨距的改變，以此實現不同軸承配置下，主軸性能的測試。
2.如權利要求1所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述第一隔圈包括第一外隔圈和第一內隔圈，所述第二隔圈包括第二外隔圈和第二內隔圈，所述第二隔圈的寬度與被測軸承的寬度一致。
3.如權利要求1或2所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述實驗裝置進一步包括有軸向測試環(4)和調整隔圈(8)，所述軸向測試環(4)作為軸向位移測試基準件，所述測試環(4)在前端鎖緊螺母(23)的作用下壓緊軸承內圈，安裝在主軸座上的前端蓋(2)壓緊調整隔圈，調整隔圈壓緊軸承外圈。
4.如權利要求1所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述實驗主軸有前後兩個支撐段，每個支撐段上安裝一組被測軸承，且所述兩個支撐段之間的試驗主軸的直徑略小於前後兩個支撐段的試驗主軸的直徑。
5.如權利要求4所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述實驗主軸前後兩個支撐段的直徑相等。
6.如權利要求1所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述被測軸承與主軸座(12)之間設置有冷卻水套(6)，所述冷卻水套(6)與主軸座(12)之間通過螺釘連接。
7.如權利要求6所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述冷卻水套內壁沿軸向開有不同長度的槽，該槽與待測軸承的數量相等位置對應，且在徑向均勻分布，所述槽內安裝溫度傳感器。
8.如權利要求7所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述安裝溫度傳感器的槽內塗抹有導熱矽膠以減少槽與軸承之間的空隙。
9.如權利要求3所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述實驗裝置進一步有軸向位移傳感器、徑向位移傳感器，以及軸承振動傳感器，所述軸向位移傳感器和徑向位移傳感器安裝在前端蓋(2)上，所述軸承振動傳感器安裝在最外端的被測軸承的外端面，導線通過被測軸承與主軸座(12)之間的冷卻水套(6)引出，通過徑向位移傳感器測量主軸的徑向跳動，通過軸向位移傳感器測量主軸的軸向跳動。
10.如權利要求1所述的一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，其特徵在於所述主軸前端安裝有加載模塊，所述加載模塊為加載套筒或偏心質量塊。
全文摘要
本發明提供了一種工具機主軸軸承配置性能實驗裝置，包括鑄鐵基座、實驗主軸組件、被測軸承；實驗主軸組件包括軸承座、實驗主軸、精密內長隔圈和外長隔圈、精密內短隔圈和外短隔圈、鎖緊螺母；多個被測軸承安裝在實驗主軸上。本發明通過更換軸承和軸上定位元件，實現主軸常用滾動軸承不同數目、不同方向以及不同跨距的配置方式，在主軸端部施加軸向載荷、徑向載荷，可以測試不同軸承配置下主軸的迴轉精度、軸承的溫升和軸承的振動，在軸端安裝偏心質量塊產生激勵，可以測得主軸系統的動態特性。
文檔編號G01M13/04GK103063432SQ201210498899
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者張秀華, 洪軍, 朱永生, 劉光輝, 李純潔, 吳文武 申請人:西安交通大學