一種圓柱滾子軸承內外圈同時轉動的試驗方法與流程
2023-12-02 14:17:51 1
本發明涉及軸承試驗技術領域，具體的說是一種圓柱滾子軸承內外圈同時轉動的試驗方法。
背景技術：
軸承是應用廣泛的核心機械基礎件，廣泛應用於國民經濟和國防事業各個領域，在國民經濟中軸承被稱為「工業的關節」。軸承作為一種標準化、專業化程度極高的產品，工況條件複雜，有時候即使外形做得一樣甚至精度做得很高也不見得能達到實際要求，必須有一些特殊的檢測試驗設備模擬工況進行試驗才能考核其是否達到所需的技術要求。因此在軸承的研發過程中，對軸承的試驗是非常重要的一個環節。
現有技術中的軸承試驗方法大概可以分為三大類。一是內圈旋轉而外圈固定的試驗方法，因為普通軸承的工作模式大多數都是內圈旋轉外圈固定，所以現有的多數軸承試驗機均採用該試驗方法；二是內圈固定而外圈轉動的試驗方法，如中國專利「CN201010254885.X」公開了一種「外圈旋轉內圈固定的滾動軸承模擬試驗方法」，重點通過速度和徑向載荷兩個方面對軸承進行試驗；三是內圈和外圈同時轉動的試驗方法，如對航空發動機的中介軸承進行試驗，但是因為這類軸承應用場合特殊，使用量少，而且設計難度和試驗難度高，因此現有技術中針對這類軸承的試驗方法及試驗機都比較少。
技術實現要素：
為了解決現有技術中的不足，本發明提供一種圓柱滾子軸承內外圈同時轉動的試驗方法，採用內外圈同時轉動的方式，並且能夠有效提高試驗轉速，以滿足各種不同型號圓柱滾子軸承的試驗需求。
為了實現上述目的，本發明採用的具體方案為：
一種圓柱滾子軸承內外圈同時轉動的試驗方法，用於該試驗方法的試驗裝置包括基座，還包括設置在基座上方驅動試驗軸承內圈轉動的內圈迴轉系統和驅動試驗軸承外圈轉動的外圈迴轉系統，內圈迴轉系統的迴轉中心線和外圈迴轉系統的迴轉中心線位於同一條直線上；所述外圈迴轉系統包括外圈主軸，外圈主軸的一端軸向固定、另一端與試驗軸承的外圈固定連接，在外圈主軸的中部還套設有陪試軸承；所述內圈迴轉系統包括內圈主軸，內圈主軸的一端軸向固定、另一端與試驗軸承的內圈固定連接，在內圈主軸的中部還套設有徑向加載軸承；在所述外圈主軸和內圈主軸的軸向固定端上均設有起支承作用的支承軸承，兩個支承軸承的外圈均通過支承軸承座與試驗裝置的基座固定連接；在兩個支承軸承的外側均設有用於對其施加軸向載荷的軸向施力軸承，在軸向施力軸承和支承軸承之間設置有用於傳遞軸向載荷的隔套，所述兩個軸向施力軸承的外側均設置有軸向施力裝置；所述徑向加載軸承的上方設置有徑向加載裝置；所述陪試軸承的上方設置有傳感器安裝架，傳感器安裝架上固定設置有非接觸式傳感器組；所述內圈主軸和外圈主軸的軸向固定端還分別通過聯軸器與變頻電機連接；所述試驗裝置還包括潤滑系統和控制系統，所述軸向施力裝置、徑向加載裝置、潤滑系統均與控制系統相連接。
所述試驗方法的具體步驟為：
步驟一、根據試驗軸承的試驗需要，設定載荷譜，在載荷譜中包含內圈轉速、外圈轉速、潤滑油油量、供油溫度、試驗時間和徑向加載力六個參數；
步驟二、根據載荷譜，在控制系統上調整徑向加載力和變頻電機的轉向，先啟動潤滑系統，後啟動變頻電機；
步驟三、兩個變頻電機分別通過聯軸器驅動內圈主軸和外圈主軸旋轉，進而帶動試驗軸承的內圈和外圈同時轉動，根據載荷譜，控制系統自動調整徑向加載裝置的輸出載荷，徑向加載裝置向徑向加載軸承施加徑向載荷並通過內圈主軸傳遞至試驗軸承；
步驟四、根據內圈主軸和外圈主軸的轉速，控制系統自動調整兩個軸向施力裝置的輸出載荷，軸向施力裝置向軸向施力軸承施加載荷並通過隔套傳遞至支承軸承；
步驟五、通過非接觸式傳感器組對試驗軸承的運行狀態進行監測，監測信息傳輸給控制系統；
步驟六、載荷譜的內容試驗完畢，控制系統自動關閉變頻電機，內圈主軸和外圈主軸停止轉動，試驗結束。
所述軸向施力軸承和支承軸承均為角接觸軸承，所述徑向加載軸承和陪試軸承均為圓柱滾子軸承。
所述軸向施力裝置施加的軸向載荷沿支承軸承的圓周方向均勻分布。
所述兩個變頻電機分別通過聯軸器驅動內圈主軸和外圈主軸做同向同速、同向異速、反向同速或者反向異速的旋轉。
所述徑向加載軸承的外圈固定連接有軸承座，所述徑向加載裝置通過軸承座向徑向加載軸承施加徑向加載力。
所述非接觸式傳感器組由兩個溫度傳感器、一個振動傳感器和一個噪聲傳感器組成，兩個溫度傳感器分別用於監測試驗軸承內圈和外圈的溫度。
所述溫度傳感器為紅外溫度傳感器，振動傳感器為電渦流式振動傳感器，噪聲傳感器為電容式拾音器。
有益效果：
1、軸承的內圈和外圈同時轉動，根據試驗需求可以調整變頻電機，使內圈和外圈做同向同速、同向異速、反向同速或者反向異速轉動，以滿足不同軸承的試驗要求；
2、固定端採用角接觸軸承作為支承軸承，同時設置軸向施力軸承和軸向施力裝置向支承軸承施加軸向載荷，以使支承軸承能夠保持穩定運行，進而保證試驗機在較大的轉速範圍內（0~30000rpm）平穩可靠運行；
3、整機結構簡單可靠，可滿足多種內外徑圓柱滾子軸承試驗；
4、優化了各部分的位置及結構關係，能在較大的轉速範圍保障試驗軸承有效加載的同時平穩運行。
附圖說明
圖1為試驗裝置結構示意圖。
附圖標記：1、內圈主軸，2、軸向施力裝置，3、軸向施力軸承，4、隔套，5、支承軸承，6、徑向加載軸承，7、試驗軸承，8、陪試軸承，9、外圈主軸，10、徑向加載裝置，11、非接觸式傳感器組，12、傳感器安裝架，13、聯軸器，14、變頻電機，15、支承軸承座。
具體實施方式
下面根據附圖具體說明本發明的實施方式。
如圖1所示，一種圓柱滾子軸承內外圈同時轉動的試驗方法，用於該試驗方法的試驗裝置包括基座，還包括設置在基座上方驅動試驗軸承7內圈轉動的內圈迴轉系統和驅動試驗軸承7外圈轉動的外圈迴轉系統，內圈迴轉系統的迴轉中心線和外圈迴轉系統的迴轉中心線位於同一條直線上；所述外圈迴轉系統包括外圈主軸9，外圈主軸9的一端軸向固定、另一端與試驗軸承7的外圈固定連接，在外圈主軸9的中部還套設有陪試軸承8；所述內圈迴轉系統包括內圈主軸1，內圈主軸1的一端軸向固定、另一端與試驗軸承7的內圈固定連接，在內圈主軸1的中部還套設有徑向加載軸承6；在所述外圈主軸9和內圈主軸1的軸向固定端上均設有起支承作用的支承軸承5，兩個支承軸承5的外圈均通過軸承座與試驗裝置的基座固定連接；在兩個支承軸承5的外側均設有用於對其施加軸向載荷的軸向施力軸承3，在軸向施力軸承3和支承軸承5之間設置有用於傳遞軸向載荷的隔套4，所述兩個軸向施力軸承3的外側均設置有軸向施力裝置2；所述徑向加載軸承6的上方設置有徑向加載裝置10；所述陪試軸承8的上方設置有傳感器安裝架12，傳感器安裝架12上固定設置有非接觸式傳感器組11；所述內圈主軸1和外圈主軸9的軸向固定端還分別通過聯軸器13與變頻電機14連接；所述試驗裝置還包括潤滑系統和控制系統，所述軸向施力裝置2、徑向加載裝置10、潤滑系統均與控制系統相連接。
因為徑向加載軸承6和陪試軸承8都無需承受軸向載荷，作為一種優選方案，所述徑向加載軸承6和陪試軸承8為圓柱滾子軸承。類似的，因為軸向施力軸承3和支承軸承5都需要承受軸向載荷，作為一種優選方案，所述軸向施力軸承3和支承軸承5為角接觸軸承，其中支承軸承5用於支承主軸並使主軸軸向限位，軸向施力軸承3則用於向支承軸承5傳遞軸向載荷以保證支承軸承5穩定工作。
所述兩個變頻電機14分別驅動內圈主軸1和外圈主軸9做同向同速、同向異速、反向同速或者反向異速的旋轉。提供多種旋轉方式，能夠對試驗軸承7的各種工況進行模擬，滿足不同試驗軸承7的試驗需求。
所述非接觸式傳感器組11由兩個溫度傳感器、一個振動傳感器和一個噪聲傳感器組成，兩個溫度傳感器分別用於監測試驗軸承7內圈和外圈的溫度。所述溫度傳感器為紅外溫度傳感器，振動傳感器為電渦流式振動傳感器，噪聲傳感器為電容式拾音器。
為了使試驗過程中支承軸承5不會因為載荷分布不均勻而產生振動從而對高速試驗結果造成不好的影響，因此軸向施力裝置2施加的軸向載荷沿軸向施力軸承3和支承軸承5的圓周方向均勻分布。
為了能夠實時監測整體的運行狀態，在軸向施力裝置2等關鍵部件處均設置感應裝置，用於監測各關鍵部件運行時的溫度或者振動等信息。
各個部件的位置關係如下：
取內圈主軸1與聯軸器13相連處為a點、第一支承軸承組為A點、徑向加載軸承6為B點、試驗軸承7為F點、陪試軸承8為C點、第二支承軸承組為D點，外圈主軸9與聯軸器13相連處為a』點，則各部分的位置關係可表示為：
BF=CF、AB=CD、aF=Da』，BF/AB=CF/CD=5.25，AB/aA=CD/Da』=2.47。
經過試驗，如上所述的優化的軸系設置，能夠在保障試驗軸承有效加載的同時，改善陪試軸承、徑向加載軸承的受力，顯著提高了軸系固有頻率，保證了整機運行平穩，延長整個裝置的使用壽命。
所述試驗方法的具體步驟為：
步驟一、根據試驗軸承7的試驗需要，設定載荷譜，在載荷譜中包含內圈轉速、外圈轉速、潤滑油油量、供油溫度、試驗時間、徑向加載力和軸向加載力七個參數；
步驟二、根據載荷譜，在控制系統上調整徑向加載力和變頻電機14的轉向，先啟動潤滑系統，後啟動變頻電機14；
步驟三、兩個變頻電機14分別通過聯軸器13驅動內圈主軸1和外圈主軸9旋轉，進而帶動試驗軸承7的內圈和外圈同時轉動，控制系統自動調整徑向加載裝置10的輸出載荷，徑向加載裝置10向徑向加載軸承6施加徑向載荷並通過內圈主軸1傳遞至試驗軸承7；
步驟四、根據內圈主軸1和外圈主軸9的轉速，控制系統自動調整兩個軸向施力裝置2的輸出載荷，軸向施力裝置2向軸向施力軸承3施加載荷並通過隔套4傳遞至支承軸承5；
步驟五、通過非接觸式傳感器組11對試驗軸承7的運行狀態進行監測，通過各關鍵部件處設置的感應裝置對各個關鍵部件的運行狀態進行監測，監測信息均傳輸給控制系統；
步驟六、載荷譜的內容試驗完畢，控制系統自動關閉變頻電機14，內圈主軸1和外圈主軸9停止轉動，試驗結束。
在本發明的其它實施方式中，可以使其中一個迴轉系統不動，只啟動單側的驅動電機14與相應的軸向施力裝置2，能夠單獨對試驗軸承7的內圈或者外圈進行試驗，適用範圍更加廣泛。