專利名稱：滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機及其試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，主要適用于滾動軸承壽命及可靠性的強化試驗和快速評價。
背景技術(shù)：
20世紀早期，我國軸承行業(yè)一直沿用前蘇聯(lián)的ZS型軸承壽命試驗機進行軸承壽命試驗。隨著科學技術(shù)及軸承制造技術(shù)的發(fā)展，這種試驗機的性能已明顯落后于實際試驗發(fā)展的需要，其存在的主要問題是精度和穩(wěn)定性差、成本高、體積大、智能化程度低、使用不方便。從美國引進的F&M 5”B型滾動軸承疲勞壽命試驗機除了價格昂貴外，還采用氣動高壓動力源和60Hz的電頻率，不太適合中國的國情。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供一種精度和穩(wěn)定性好、成本低、智能化程度高、使用方便快捷的滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機及其試驗方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，包括加載機構(gòu)、試驗頭部件、潤滑機構(gòu)、控制系統(tǒng)和傳動機構(gòu)，試驗頭部件設置有試驗頭和試驗頭座，試驗頭安裝在試驗頭座里，試驗頭與傳動機構(gòu)、加載機構(gòu)連接，控制系統(tǒng)與傳動機構(gòu)、加載機構(gòu)、潤滑機構(gòu)連接，其特征在于試驗頭設置有螺母、隔離套、拆卸環(huán)、中載荷體、墊塊、主軸和端載荷體，螺母、隔離套、拆卸環(huán)、中載荷體、墊塊、端載荷體和試驗軸承均安裝在主軸上，傳動機構(gòu)與主軸連接，提供試驗所需動力，加載機構(gòu)與中載荷體、端載荷體連接，提供試驗所需載荷，潤滑機構(gòu)使試驗軸承在正常情況下充分潤滑和降溫，控制系統(tǒng)控制電氣操作和保護，記錄試驗參數(shù)，監(jiān)控試驗的運行情況，分析試驗過程和結(jié)果并適時進行控制反饋。
本發(fā)明所述的加載機構(gòu)設置有液壓泵站、蓄能器、電接點壓力表、第一節(jié)止閥、第二節(jié)止閥、第一調(diào)壓閥、第二調(diào)壓閥、第一換向閥、第二換向閥、第一液壓壓力表、第二液壓壓力表、徑向加載油缸、軸向加載油缸，液壓泵站、蓄能器、電接點壓力表、第一節(jié)止閥、第二節(jié)止閥相互連接，第一節(jié)止閥與第一調(diào)壓閥連接，第一調(diào)壓閥與第一換向閥連接，第一換向閥、第一液壓壓力表、徑向加載油缸相互連接，徑向加載油缸與中載荷體連接，第二節(jié)止閥與第二調(diào)壓閥連接，第二調(diào)壓閥與第二換向閥連接，第二換向閥、第二液壓壓力表、軸向加載油缸相互連接，軸向加載油缸與端載荷體連接，控制系統(tǒng)與徑向加載油缸、軸向加載油缸連接，液壓泵站提供工作壓力，蓄能器用于緩解加載、卸載和油路不穩(wěn)定時的沖擊，并進行供油壓力的補償，電接點壓力表與控制系統(tǒng)連接，用于反饋壓力信號，自動控制液壓泵站的工作，徑向加載油缸提供徑向試驗載荷并通過中載荷體加載于試驗軸承上，軸向加載油缸提供軸向試驗載荷并通過端載荷體加載于試驗軸承上。
本發(fā)明所述的徑向加載油缸、軸向加載油缸均設置有加載油口、加載薄膜、排氣口、加載活塞、加載球頭、鑲塊、卸載油口、調(diào)整螺母和調(diào)整墊，排氣口用于排出加載腔中的空氣，加載活塞與加載球頭連接，加載球頭與鑲塊連接，實現(xiàn)無泄露加載，調(diào)整螺母和調(diào)整墊用于試驗頭部件的裝配調(diào)節(jié)和補償，保證試驗裝配的精度。
本發(fā)明所述的傳動機構(gòu)設置有皮帶輪、電動機，皮帶輪與電動機連接，皮帶輪與主軸連接，電動機與控制系統(tǒng)連接。
本發(fā)明所述的潤滑機構(gòu)設置有壓力繼電器、節(jié)流閥、壓力表、溢流閥、潤滑油泵、油泵電機、濾油器，壓力繼電器與壓力表連接，濾油器與節(jié)流閥連接，潤滑油泵與溢流閥、油泵電機、濾油器連接，控制系統(tǒng)與壓力繼電器連接，潤滑油泵提供潤滑油循環(huán)動力，溢流閥控制循環(huán)壓力，節(jié)流閥控制循環(huán)流量，濾油器對潤滑油純凈度進行過濾控制，流經(jīng)試驗頭的潤滑油通過泄油口泄出。
本發(fā)明設計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動可靠，可以在不改變試驗軸承失效機理的前提下，揭示出軸承的結(jié)構(gòu)設計、制造工藝、材料及潤滑等質(zhì)量水平，同時試驗條件、試驗參數(shù)可以進行預設、測控、自動記錄，試驗出現(xiàn)失效或異常時，自動報警停機并打印出停機原因，為提高軸承壽命性能提供了依據(jù)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為本發(fā)明實施例試驗頭部件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例加載機構(gòu)的原理圖。
圖4為本發(fā)明實施例軸向加載油缸的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例潤滑系統(tǒng)的原理圖。
圖6為本發(fā)明實施例的控制流程圖。
圖1～6中1-加載機構(gòu)，2-試驗頭部件，3-控制數(shù)據(jù)線，4-潤滑機構(gòu)，5-控制系統(tǒng)，6-傳動機構(gòu)，7-皮帶輪，8-電動機，9-鎖緊螺母，10-隔離套，11-拆卸環(huán)，12-中載荷體，13-墊塊，14-主軸，15-墊塊，16-端載荷體，17-試驗軸承，18-液壓泵站，19-蓄能器，20-電接點壓力表，21-第一節(jié)止閥，22-第一調(diào)壓閥，23-第一換向閥，24-第一液壓壓力表，21’-第二節(jié)止閥，22’-第二調(diào)壓閥，23’-第二換向閥，24’-第二液壓壓力表，25-徑向加載油缸，26-軸向加載油缸，28-壓力繼電器，29-節(jié)流閥，30-壓力表，31-傳動軸承，32-溢流閥，33-潤滑油泵，34-油泵電機，35-濾油器，36-加載油口，37-加載薄膜，38-排氣口，39-加載球頭，40-調(diào)整螺母，41-調(diào)整墊，42-鑲塊，43-加載活塞，44-卸載油口。
具體實施例方式參見圖1、圖2，本發(fā)明實施例滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機包括加載機構(gòu)1、試驗頭部件2、潤滑機構(gòu)4、控制系統(tǒng)5(包括電氣控制系統(tǒng)、工業(yè)計算機監(jiān)控系統(tǒng))和傳動機構(gòu)6，試驗頭部件2設置有試驗頭和試驗頭座，試驗頭安裝在試驗頭座里，試驗頭設置有鎖緊螺母9、隔離套10、拆卸環(huán)11、中載荷體12、墊塊13、主軸14和端載荷體16，鎖緊螺母9、隔離套10、拆卸環(huán)11、中載荷體12、墊塊13、端載荷體16和試驗軸承17均安裝在主軸14上，隔離套10隔開試驗軸承17并使其保持預緊，拆卸環(huán)11的設置有利于試驗軸承17的拆卸，墊塊13起到保護試驗軸承17的作用并可用于安裝溫度和振動傳感器，控制系統(tǒng)5與加載機構(gòu)1、潤滑機構(gòu)4、傳動機構(gòu)6通過控制數(shù)據(jù)線3連接，傳動機構(gòu)6與主軸14連接，加載機構(gòu)1與中載荷體12、端載荷體16連接，潤滑機構(gòu)4使試驗軸承17在正常情況下充分潤滑和降溫，控制系統(tǒng)5控制電氣操作和保護，記錄試驗過程中的特征參數(shù)，監(jiān)控試驗運行的歷史情況，分析試驗過程和結(jié)果并適時進行控制反饋。
本發(fā)明實施例的傳動機構(gòu)6設置有皮帶輪7、電動機8，皮帶輪7與電動機8連接，皮帶輪7與主軸14連接。傳動機構(gòu)6用于帶動試驗頭按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足試驗的要求，并可通過更換皮帶輪7或?qū)﹄妱訖C8變頻調(diào)速的辦法實現(xiàn)變速。
參見圖3，本發(fā)明實施例的加載機構(gòu)1設置有液壓泵站18、蓄能器19、電接點壓力表20、第一節(jié)止閥21、第二節(jié)止閥21’、第一調(diào)壓閥22、第二調(diào)壓閥22’、第一換向閥23、第二換向閥23’、第一液壓壓力表24、第二液壓壓力表24’、徑向加載油缸25、軸向加載油缸26，液壓泵站18、蓄能器19、電接點壓力表20、第一節(jié)止閥21、第二節(jié)止閥21’相互連接，第一節(jié)止閥21與第一調(diào)壓閥22連接，第一調(diào)壓閥22與第一換向閥23連接，第一換向閥23、第一液壓壓力表24、徑向加載油缸25相互連接，徑向加載油缸25與中載荷體12連接，第二節(jié)止閥21’與第二調(diào)壓閥22’連接，第二調(diào)壓閥22’與第二換向閥23’連接，第二換向閥23’、第二液壓壓力表24’、軸向加載油缸26相互連接，軸向加載油缸26與端載荷體16連接，控制系統(tǒng)5與徑向加載油缸25、軸向加載油缸26連接，液壓泵站18提供工作壓力，蓄能器19用于緩解加載、卸載和油路不穩(wěn)定時的沖擊，并進行供油壓力的補償，電接點壓力表20與控制系統(tǒng)5連接，用于反饋壓力信號，自動控制液壓泵站18的工作，第一調(diào)壓閥22用于調(diào)整徑向加載時的液壓，并通過第一液壓壓力表24顯示壓力大小，第二調(diào)壓閥22’用于調(diào)整軸向加載時的液壓，并通過第二液壓壓力表24’顯示壓力大小，徑向加載油缸25提供徑向試驗載荷并通過中載荷體12加載于試驗軸承17上，軸向加載油缸26提供軸向試驗載荷并通過端載荷體16加載于試驗軸承17上。
本發(fā)明實施例加載系統(tǒng)的軸向加載油缸26和徑向加載油缸25均采用專門設計的薄膜油缸，可實現(xiàn)無泄露加載。下面以軸向加載油缸26為例進行說明，參見圖4，軸向加載油缸26設置有加載油口36、加載薄膜37、排氣口38、加載活塞43、加載球頭39、鑲塊42、卸載油口44、調(diào)整螺母40和調(diào)整墊41，排氣口38用于排出加載腔中的空氣，加載活塞43與加載球頭39連接，加載球頭39與鑲塊42連接，實現(xiàn)無泄露加載，調(diào)整螺母40和調(diào)整墊41用于試驗頭部件2的裝配調(diào)節(jié)和補償，保證試驗裝配的精度。加載時壓力油通過加載油口36向加載薄膜37施加壓力，使其凸起而加載于軸向加載油缸26，若加載薄膜37處有空氣時，可通過排氣口38排除加載腔內(nèi)的氣體，使加載穩(wěn)定，軸向加載油缸26通過加載活塞43推動加載球頭39，加載球頭39加力于鑲塊42，即施加軸向試驗載荷于端載荷體16，從而實現(xiàn)試驗軸承17的軸向加載。卸載時壓力油由卸載油口44進入油腔，則加載油口36開始排油，加載活塞43后退，從而實現(xiàn)卸載，便于裝卸試驗頭。徑向加載油缸25的結(jié)構(gòu)和工作原理與軸向加載油缸26的結(jié)構(gòu)和工作原理相似。
參見圖5，本發(fā)明的潤滑機構(gòu)4設置有壓力繼電器28、節(jié)流閥29、壓力表30、溢流閥32、潤滑油泵33、油泵電機34、濾油器35，壓力繼電器28與壓力表30連接，濾油器35與節(jié)流閥29連接，潤滑油泵33與溢流閥32、油泵電機34、濾油器35連接，控制系統(tǒng)5與壓力繼電器28連接，潤滑油泵33提供潤滑油循環(huán)動力，溢流閥35控制循環(huán)壓力，節(jié)流閥29控制循環(huán)流量，濾油器35對潤滑油純凈度進行過濾控制，流經(jīng)試驗頭的潤滑油通過泄油口泄出，潤滑機構(gòu)4的作用在于使試驗軸承17和主軸14在正常情況下得到充分潤滑和降溫。
參見圖6，本發(fā)明實施例的試驗方法包括以下步驟準備試驗樣品及相應的試驗頭裝配，傳動機構(gòu)6的調(diào)速，潤滑機構(gòu)4的調(diào)整，工業(yè)控制計算機檢測、存儲試驗過程參數(shù)(試驗軸承17轉(zhuǎn)速n、載荷、溫度t、振動v等)，并進行相應的處理和反饋，從而適時控制傳動機構(gòu)6、加載機構(gòu)1、潤滑機構(gòu)4。
首先，準備工作包括試驗軸承17的安裝、皮帶輪7的安裝、上電、工控機的初始化和變頻器的初始化等操作。其中試驗軸承17和中載荷體12、端載荷體16一起安裝在主軸14上，再安放于試驗頭部件2內(nèi)。然后工控機啟動試驗機工作，使得傳動機構(gòu)6調(diào)速到設定值，工控機采集溫度傳感器測量的試驗軸承17溫度信號t和振動傳感器測量的振動信號v(經(jīng)處理得到振動有效值RMS、振動峰值因數(shù)crest factor、峭度kurtosis)，然后判斷溫度信號t和振動信號v是否超過設定溫度信號上限值tmax和振動信號上限值vmax。如果超過，則工控機發(fā)出停機指令，使試驗機停止；工控機還可以獲得速度傳感器采集到的試驗軸承17的轉(zhuǎn)速n，然后判斷該轉(zhuǎn)速與預定的試驗轉(zhuǎn)速n0是否一致，從而對試驗轉(zhuǎn)速實施調(diào)節(jié)，最后將所測參數(shù)定期存儲(時間間隔可以設定)在指定的文件中，以備查閱和處理。
本發(fā)明實施例的試驗方法是在滾動接觸疲勞失效機理不變的情況下，提出了點接觸軸承強化試驗規(guī)范為P/C＝0.5，線接觸軸承強化試驗規(guī)范為P/C＝0.85，最大接觸應力為3430N/mm2。
本發(fā)明設計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動可靠，可以在不改變試驗軸承失效機理的前提下，揭示出軸承的結(jié)構(gòu)設計、制造工藝、材料及潤滑等質(zhì)量水平，同時試驗條件、試驗參數(shù)可以進行預設、測控、自動記錄，試驗出現(xiàn)失效或異常時，自動報警停機并打印出停機原因，為提高軸承壽命性能提供了依據(jù)。本發(fā)明可以實現(xiàn)試驗機的集中監(jiān)控(群控)管理和數(shù)據(jù)的自動收集、存儲和統(tǒng)計分析，使得試驗過程和方法多快好省，更為智能、準確、直觀、快速化。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，包括加載機構(gòu)、試驗頭部件、潤滑機構(gòu)、控制系統(tǒng)和傳動機構(gòu)，試驗頭部件設置有試驗頭和試驗頭座，試驗頭安裝在試驗頭座里，試驗頭與傳動機構(gòu)、加載機構(gòu)連接，控制系統(tǒng)與傳動機構(gòu)、加載機構(gòu)、潤滑機構(gòu)連接，其特征在于試驗頭設置有螺母、隔離套、拆卸環(huán)、中載荷體、墊塊、主軸和端載荷體，螺母、隔離套、拆卸環(huán)、中載荷體、墊塊、端載荷體和試驗軸承均安裝在主軸上，傳動機構(gòu)與主軸連接，提供試驗所需動力，加載機構(gòu)與中載荷體、端載荷體連接，提供試驗所需載荷，潤滑機構(gòu)使試驗軸承在正常情況下充分潤滑和降溫，控制系統(tǒng)控制電氣操作和保護，記錄試驗參數(shù)，監(jiān)控試驗的運行情況，分析試驗過程和結(jié)果并適時進行控制反饋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，其特征在于所述的加載機構(gòu)設置有液壓泵站、蓄能器、電接點壓力表、第一節(jié)止閥、第二節(jié)止閥、第一調(diào)壓閥、第二調(diào)壓閥、第一換向閥、第二換向閥、第一液壓壓力表、第二液壓壓力表、徑向加載油缸、軸向加載油缸，液壓泵站、蓄能器、電接點壓力表、第一節(jié)止閥、第二節(jié)止閥相互連接，第一節(jié)止閥與第一調(diào)壓閥連接，第一調(diào)壓閥與第一換向閥連接，第一換向閥、第一液壓壓力表、徑向加載油缸相互連接，徑向加載油缸與中載荷體連接，第二節(jié)止閥與第二調(diào)壓閥連接，第二調(diào)壓閥與第二換向閥連接，第二換向閥、第二液壓壓力表、軸向加載油缸相互連接，軸向加載油缸與端載荷體連接，控制系統(tǒng)與徑向加載油缸、軸向加載油缸連接，液壓泵站提供工作壓力，蓄能器用于緩解加載、卸載和油路不穩(wěn)定時的沖擊，并進行供油壓力的補償，電接點壓力表與控制系統(tǒng)連接，用于反饋壓力信號，自動控制液壓泵站的工作，徑向加載油缸提供徑向試驗載荷并通過中載荷體加載于試驗軸承上，軸向加載油缸提供軸向試驗載荷并通過端載荷體加載于試驗軸承上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，其特征在于所述的徑向加載油缸、軸向加載油缸均設置有加載油口、加載薄膜、排氣口、加載活塞、加載球頭、鑲塊、卸載油口、調(diào)整螺母和調(diào)整墊，排氣口用于排出加載腔中的空氣，加載活塞與加載球頭連接，加載球頭與鑲塊連接，實現(xiàn)無泄露加載，調(diào)整螺母和調(diào)整墊用于試驗頭部件的裝配調(diào)節(jié)和補償，保證試驗裝配的精度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，其特征在于所述的傳動機構(gòu)設置有皮帶輪、電動機，皮帶輪與電動機連接，皮帶輪與主軸連接，電動機與控制系統(tǒng)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，其特征在于所述的潤滑機構(gòu)設置有壓力繼電器、節(jié)流閥、壓力表、溢流閥、潤滑油泵、油泵電機、濾油器，壓力繼電器與壓力表連接，濾油器與節(jié)流閥連接，潤滑油泵與溢流閥、油泵電機、濾油器連接，控制系統(tǒng)與壓力繼電器連接，潤滑油泵提供潤滑油循環(huán)動力，溢流閥控制循環(huán)壓力，節(jié)流閥控制循環(huán)流量，濾油器對潤滑油純凈度進行過濾控制，流經(jīng)試驗頭的潤滑油通過泄油口泄出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滾動軸承壽命和可靠性強化試驗機，包括加載機構(gòu)、試驗頭部件、潤滑機構(gòu)、控制系統(tǒng)和傳動機構(gòu)，試驗頭部件設置有試驗頭和試驗頭座，試驗頭安裝在試驗頭座里，試驗頭與傳動機構(gòu)、加載機構(gòu)連接，控制系統(tǒng)與傳動機構(gòu)、加載機構(gòu)、潤滑機構(gòu)連接，傳動機構(gòu)提供試驗所需動力，加載機構(gòu)提供試驗所需載荷，潤滑機構(gòu)使試驗軸承在正常情況下充分潤滑和降溫，控制系統(tǒng)控制電氣操作和保護，記錄試驗參數(shù)，監(jiān)控試驗的運行情況，分析試驗過程和結(jié)果并適時進行控制反饋。本發(fā)明設計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動可靠，同時試驗條件、試驗參數(shù)可以進行預設、測控、自動記錄，試驗出現(xiàn)失效或異常時，自動報警停機并打印出停機原因，為提高軸承性能提供了依據(jù)。
文檔編號G01M13/04GK1900674SQ20061005244
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月13日
發(fā)明者李興林, 張燕遼, 曹茂來, 張仰平, 李建平, 李俊卿 申請人:杭州軸承試驗研究中心有限公司