角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸承溫度、軸向熱位移的測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試裝置包括：墊鐵、實(shí)驗(yàn)基體、T型基板、微位移調(diào)節(jié)器、微位移調(diào)節(jié)器安裝板、色散共焦位移計(jì)、下軸承座、上軸承座、軸系、軸向加力器及測(cè)試機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、伺服電機(jī)、熱電阻傳感器、紅外測(cè)溫儀、計(jì)算機(jī)等。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)試裝置簡(jiǎn)單；軸向加載器精度高，操作方便；軸承轉(zhuǎn)速由plc編程控制，無極可調(diào)；通用性強(qiáng)，軸承采用軸承套進(jìn)行安裝，通過更換軸承套可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同內(nèi)、外徑等參數(shù)的軸承進(jìn)行測(cè)試；測(cè)試原理清晰，傳感器簡(jiǎn)單易用，數(shù)值均通過數(shù)顯儀、顯示器進(jìn)行顯示，可自由讀取。
【專利說明】角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置及實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，機(jī)床進(jìn)給速度得到進(jìn)一步提升，作為進(jìn)給系統(tǒng)主要生熱部件的角接觸球軸承生熱量快速提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)熱變形造成的加工誤差占到機(jī)床總誤差高達(dá)70%，同時(shí)軸承溫度異常上升，會(huì)引起接觸面材料回火軟化，最終導(dǎo)致軸承過早疲勞失效。
[0003]雖然有很多研究學(xué)者對(duì)角接觸球軸承的溫度場(chǎng)和熱變形進(jìn)行了深入的研究分析，但多半停留在理論分析和軟件仿真方面，實(shí)際情況中，軸承邊界的對(duì)流換熱系數(shù)及潤(rùn)滑劑的粘度變化系數(shù)難以確定，因此從實(shí)驗(yàn)的角度分析處于不同轉(zhuǎn)速、軸向力下的角接觸球軸承的溫度、軸向熱位移顯得格外重要。
[0004]目前，雖有部分研究人員對(duì)電主軸軸承的溫度進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，但也只是停留在采集軸承外圈外圓柱面的溫度層次上，而對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)角接觸球軸承的溫度、軸向熱位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)幾乎為空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于提供一種角接觸球軸承的溫度及軸向熱位移量的測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)裝置，它可以快速的測(cè)量出軸承處于不同轉(zhuǎn)速、軸向載荷下的熱參數(shù)，可以加快對(duì)軸承制造質(zhì)量的改進(jìn)，也可為機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)絲杠預(yù)拉伸量提供理論依據(jù)。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:一種角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，包括墊鐵、實(shí)驗(yàn)基體、T型基板、電機(jī)底座、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、軸系、軸向加力器、熱電阻傳感器、上軸承座、下軸承座、色散共焦位移計(jì)、微位移調(diào)節(jié)器、微位移調(diào)節(jié)器安裝板、圓頭導(dǎo)向平鍵、定位銷、PC機(jī)、熱電阻傳感器顯示儀、力傳感器顯示儀、變頻器、紅外測(cè)溫儀；
墊鐵的數(shù)量為四塊，該四塊墊鐵設(shè)置在實(shí)驗(yàn)基體的底部，實(shí)驗(yàn)基體的上方固連T型基板，T型基板的上方固連電機(jī)底座，伺服電機(jī)通過高度調(diào)節(jié)墊片安裝在電機(jī)底座上，電機(jī)軸通過聯(lián)軸器與軸系相連；T型基板的上方還固連兩個(gè)下軸承座，每個(gè)下軸承座上方均固連一個(gè)上軸承座，軸系位于兩套上軸承座和下軸承座之間，軸向加力器的數(shù)量為兩個(gè)，該兩個(gè)軸向加力器對(duì)稱設(shè)置在軸系的兩側(cè)；軸系的軸承外圈上設(shè)置熱電阻傳感器；
實(shí)驗(yàn)基體的上方還設(shè)置微位移調(diào)節(jié)器安裝板，微位移調(diào)節(jié)器安裝板的上方固連微位移調(diào)節(jié)器，色散共焦位移計(jì)裝夾在微位移調(diào)節(jié)器上，用于測(cè)量軸系的軸向位移，圓頭導(dǎo)向平鍵、定位銷位于下軸承座和T型基板之間，用于提高下軸承座軸向的導(dǎo)向精度并降低水平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)誤差；
色散共焦位移計(jì)與PC機(jī)相連，將色散共焦位移計(jì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)，PC機(jī)通過變頻器與伺服電機(jī)相連，控制伺服電機(jī)工作，熱電阻傳感器與熱電阻傳感器顯示儀相連，軸向加力器與力傳感器顯示儀相連，紅外測(cè)溫儀位于軸系的端部，用于測(cè)量軸系中軸承內(nèi)圈的溫度。
[0007]軸系包括鍵、軸和兩套相同的軸承組件，該兩套軸承組件對(duì)稱設(shè)置在軸的兩端，每套軸承組件均包括軸承、軸端螺母和軸承套；其中第一軸承組件包括第一軸承套、軸承、軸端螺母，第一軸承套上設(shè)置三個(gè)螺栓孔，第二軸承組件中的軸承套上對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)定位銷孔；
其中軸承內(nèi)圈與軸為過盈配合，軸承的內(nèi)圈通過軸端螺母鎖緊在軸上，軸承外圈與第一軸承套過盈配合，軸承套通過螺栓固定在上軸承座和下軸承座之間。
[0008]軸向加力器包括軸向橡膠環(huán)、軸向橡膠環(huán)安裝底板、軸向右螺桿、軸向加載螺母、軸向左螺桿、力傳感器安裝底板、力傳感器、加力桿；
其中，軸向右螺桿端部的小圓柱穿過軸向橡膠環(huán)安裝底板中間的圓柱通孔，并插入到軸向橡膠環(huán)中，軸向右螺桿通過外螺紋與軸向加載螺母的一側(cè)內(nèi)螺紋配合，加力桿插入到軸向加載螺母中，軸向加載螺母通過其另一側(cè)內(nèi)螺紋與軸向左螺桿進(jìn)行配合，軸向左螺桿與力傳感器安裝底板為間隙配合，軸向左螺桿通過端部的小圓柱插入到力傳感器安裝底板的圓柱通孔中，力傳感器安裝底板與力傳感器通過四個(gè)螺栓進(jìn)行固連，力傳感器通過導(dǎo)線與力傳感器顯示儀進(jìn)行連接，最終施加的軸向力數(shù)值通過力傳感器顯示儀進(jìn)行顯示。
[0009]微位移調(diào)節(jié)器包括徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕、徑向移動(dòng)板、徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽、色散共焦位移計(jì)安裝底座、軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽、軸向移動(dòng)板、軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕、微位移調(diào)節(jié)底板、高度調(diào)節(jié)墊板、彈簧、擰緊螺栓；
其中，微位移調(diào)節(jié)底板位于高度調(diào)節(jié)墊板的頂部，徑向移動(dòng)板通過徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽與微位移調(diào)節(jié)底板進(jìn)行連接，并且通過彈簧與微位移調(diào)節(jié)底板進(jìn)行彈性連接，徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕固連在徑向移動(dòng)板上，軸向移動(dòng)板通過軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽與徑向移動(dòng)板進(jìn)行連接，軸向移動(dòng)板內(nèi)部通過彈簧與徑向移動(dòng)板進(jìn)行彈性連接，軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕固連在軸向移動(dòng)板上，色散共焦位移計(jì)安裝底座通過4個(gè)螺栓緊固在軸向移動(dòng)板上，擰緊螺栓位于色散共焦位移計(jì)安裝底座上，色散共焦位移計(jì)裝在色散共焦位移計(jì)安裝底座圓柱孔內(nèi)，并通過擰緊螺栓進(jìn)行夾緊。
[0010]熱電阻傳感器的數(shù)量為六個(gè)，該六個(gè)熱電阻傳感器均勻布置在軸承外圈側(cè)面，通過高溫膠進(jìn)行膠結(jié)，內(nèi)圈測(cè)溫點(diǎn)同樣為六個(gè)，均勻分布在軸承內(nèi)圈側(cè)面，通過紅外溫度測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量。
[0011]一種基于上述角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試方法及實(shí)驗(yàn)裝置，包括以下步驟:
5101、對(duì)被檢測(cè)軸承施加軸向力，通過電機(jī)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)；具體方法為:將加力桿加力桿插入到軸向加載螺母的孔中并旋轉(zhuǎn)；利用PLC進(jìn)行編程，使軸承轉(zhuǎn)動(dòng)；
5102、檢測(cè)被檢測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值，獲取軸承內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移檢測(cè)數(shù)據(jù)；最終獲得軸承的內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移值與時(shí)間的關(guān)系；數(shù)據(jù)采集完成后，根據(jù)被檢測(cè)軸承的內(nèi)外圈溫度-時(shí)間及軸向熱位移值-時(shí)間關(guān)系，得到軸承的熱剛度；
5103、判斷軸承的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值是否達(dá)到穩(wěn)定值或者波動(dòng)，若達(dá)到穩(wěn)定值，則進(jìn)入步驟S104，若波動(dòng)，則返回步驟S102 ;在測(cè)定被檢測(cè)軸承的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值后，當(dāng)軸承內(nèi)外圈溫度在±0.2°C范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，結(jié)束檢測(cè)試驗(yàn)； S104、讀取軸承的內(nèi)、外圈溫度及軸向熱位移數(shù)值，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中采集的數(shù)據(jù)制作軸承內(nèi)、外圈溫度-時(shí)間，軸向熱位移-時(shí)間的瞬態(tài)曲線，通過多次試驗(yàn),獲得軸承內(nèi)、外圈溫度-轉(zhuǎn)速，軸向熱位移-轉(zhuǎn)速，軸承內(nèi)、夕卜圈溫度-軸向力，軸向熱位移-軸向力的穩(wěn)態(tài)曲線。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:(I)通用性強(qiáng)，本發(fā)明所提供的轉(zhuǎn)速及軸向力大小均能滿足機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)軸承的轉(zhuǎn)速及預(yù)拉伸力。(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方便快捷，本發(fā)明通過PLC編程控制私服電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制角接觸球軸承轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍廣，精度高。(3)軸向加力機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單易行，成本低，通過螺旋加力，無極可調(diào)，并通過軸兩側(cè)對(duì)稱加力，防止產(chǎn)生彎矩，以滿足進(jìn)給系統(tǒng)軸承受單向軸向力的情況。(4)微位移調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)精度高，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)旋鈕及更換高度調(diào)節(jié)墊片，能滿足色散共焦位移計(jì)與軸系的同軸度，并能將色散共焦位移計(jì)的焦點(diǎn)固定在軸端面。(5)軸系結(jié)構(gòu)通用性強(qiáng)，本設(shè)計(jì)通過更換軸承套能滿足對(duì)不同軸徑軸承進(jìn)行測(cè)試的目的，通過軸承套面A與軸承座內(nèi)孔的間隙配合，能夠?qū)崿F(xiàn)軸向力的連續(xù)加載。(6)所選儀器可操作性強(qiáng)，所測(cè)試結(jié)果均通過數(shù)值顯示，可直接讀取，無需后處理，方便快捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置試驗(yàn)方法流程圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置總體結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置軸系結(jié)構(gòu)圖，其中(a)為總裝圖，(b)為剖面圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置軸向加載及測(cè)試機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
[0017]圖5為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置微位移調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖6為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置傳感器布置結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖7為本發(fā)明的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置控制系統(tǒng)流程圖。
[0020]具體實(shí)施方法
本發(fā)明是用于測(cè)試內(nèi)徑Φ30?Φ60，外徑Φ55?Φ 110范圍內(nèi)的角接觸球軸承在不同轉(zhuǎn)速及軸向載荷下的內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移等參數(shù)。
[0021 ] 本發(fā)明的核心思想是，對(duì)被檢測(cè)軸承施加一軸向預(yù)緊力，并由電機(jī)帶動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)時(shí)地檢測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移值，用以據(jù)此測(cè)定軸承的熱剛度。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]參見圖1，表示本發(fā)明軸承溫度、軸向熱位移檢測(cè)試驗(yàn)方法的流程圖。該試驗(yàn)方法主要包括以下步驟:
SlOl、對(duì)被檢測(cè)軸承施加一定的軸向力，通過電機(jī)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。具體方法為將加力桿8h加力桿插入到軸向加載螺母8d的合適孔中并旋轉(zhuǎn)；利用PLC進(jìn)行編程，使軸承在預(yù)訂的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]S102、檢測(cè)被檢測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值,獲取軸承內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移檢測(cè)數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，可簡(jiǎn)單地通過溫度傳感器檢測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)外圈溫度，通過色散共焦位移計(jì)讀出軸承軸向熱位移值。最終獲得軸承的內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移值與時(shí)間的關(guān)系。數(shù)據(jù)采集完成后，根據(jù)被檢測(cè)軸承的內(nèi)外圈溫度-時(shí)間及軸向熱位移值-時(shí)間關(guān)系，可以得到軸承的熱剛度。
[0024]S103、判斷軸承的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值在一段時(shí)間內(nèi)是否維持穩(wěn)定的值或在某一范圍內(nèi)波動(dòng)，若是，則進(jìn)入步驟S104，若否，則返回步驟S102，一般的，可以設(shè)定溫度、軸向熱位移值中的一個(gè)條件或任意組合作為試驗(yàn)停機(jī)的條件。在本例中，在測(cè)定被檢測(cè)軸承的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值后，當(dāng)軸承內(nèi)外圈溫度在±0.2°C范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，結(jié)束檢測(cè)試驗(yàn)。
[0025]S104、讀取軸承在一定軸向力、轉(zhuǎn)速工況下的內(nèi)、外圈溫度及軸向熱位移數(shù)值，并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中采集的數(shù)據(jù)制作軸承內(nèi)、外圈溫度-時(shí)間，軸向熱位移-時(shí)間的瞬態(tài)曲線。通過單一變量法改變測(cè)試軸承的軸向力或轉(zhuǎn)速，多次試驗(yàn)，可以獲得軸承內(nèi)、外圈溫度-轉(zhuǎn)速，軸向熱位移-轉(zhuǎn)速，軸承內(nèi)、外圈溫度-軸向力，軸向熱位移-軸向力的穩(wěn)態(tài)曲線。
[0026]以下針對(duì)實(shí)現(xiàn)該試驗(yàn)方法的試驗(yàn)裝置的具體結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行說明。
[0027]參見圖2，一種角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，包括墊鐵1、實(shí)驗(yàn)基體2、T型基板3、電機(jī)底座4、伺服電機(jī)5、聯(lián)軸器6、軸系7、軸向加力器8、熱電阻傳感器9、上軸承座10、下軸承座11、色散共焦位移計(jì)12、微位移調(diào)節(jié)器13、微位移調(diào)節(jié)器安裝板14、圓頭導(dǎo)向平鍵15、定位銷16、PC機(jī)17、熱電阻傳感器顯示儀18、力傳感器顯示儀19、變頻器20、紅外測(cè)溫儀21 ；
墊鐵I的數(shù)量為四塊，該四塊墊鐵設(shè)置在實(shí)驗(yàn)基體2的底部，實(shí)驗(yàn)基體2的上方固連T型基板3，T型基板3的上方固連電機(jī)底座4，伺服電機(jī)5通過高度調(diào)節(jié)墊片安裝在電機(jī)底座4上，電機(jī)軸通過聯(lián)軸器6與軸系7相連；T型基板3的上方還固連兩個(gè)下軸承座11，每個(gè)下軸承座11上方均固連一個(gè)上軸承座10，軸系7位于兩套上軸承座10和下軸承座11之間，軸向加力器8的數(shù)量為兩個(gè)，該兩個(gè)軸向加力器對(duì)稱設(shè)置在軸系7的兩側(cè)；軸系7的軸承外圈上設(shè)置熱電阻傳感器9 ；
實(shí)驗(yàn)基體2的上方還設(shè)置微位移調(diào)節(jié)器安裝板14，微位移調(diào)節(jié)器安裝板14的上方固連微位移調(diào)節(jié)器13，色散共焦位移計(jì)12裝夾在微位移調(diào)節(jié)器13上，用于測(cè)量軸系7的軸向位移，圓頭導(dǎo)向平鍵15、定位銷16位于下軸承座11和T型基板3之間，用于提高下軸承座11軸向的導(dǎo)向精度并降低水平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)誤差；
色散共焦位移計(jì)12與PC機(jī)17相連，將色散共焦位移計(jì)12檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)17,PC機(jī)17通過變頻器20與伺服電機(jī)5相連，控制伺服電機(jī)5工作，熱電阻傳感器9與熱電阻傳感器顯示儀18相連，軸向加力器8與力傳感器顯示儀19相連，紅外測(cè)溫儀21位于軸系7的端部，用于測(cè)量軸系7中軸承內(nèi)圈的溫度。
[0028]軸系7包括鍵7a、軸7c和兩套相同的軸承組件，該兩套軸承組件對(duì)稱設(shè)置在軸7c的兩端，每套軸承組件均包括軸承、軸端螺母和軸承套；其中第一軸承組件包括第一軸承套7f、軸承7d、軸端螺母7e，第一軸承套7f上設(shè)置三個(gè)螺栓孔，第二軸承組件中的軸承套7b上對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)定位銷孔7g ；
其中軸承7d內(nèi)圈與軸7c為過盈配合，軸承7d的內(nèi)圈通過軸端螺母7e鎖緊在軸7c上，軸承7d外圈與第一軸承套7f過盈配合，軸承套7f通過螺栓固定在上軸承座10和下軸承座11之間。[0029]軸向加力器8包括軸向橡膠環(huán)8a、軸向橡膠環(huán)安裝底板8b、軸向右螺桿8c、軸向加載螺母8d、軸向左螺桿8e、力傳感器安裝底板8f、力傳感器8g、加力桿8h ；
其中，軸向右螺桿8c端部的小圓柱穿過軸向橡膠環(huán)安裝底板8b中間的圓柱通孔,并插入到軸向橡膠環(huán)8a中，軸向右螺桿Sc通過外螺紋與軸向加載螺母8d的一側(cè)內(nèi)螺紋配合，加力桿8h插入到軸向加載螺母8d中，軸向加載螺母8d通過其另一側(cè)內(nèi)螺紋與軸向左螺桿Se進(jìn)行配合，軸向左螺桿Se與力傳感器安裝底板8f為間隙配合，軸向左螺桿Se通過端部的小圓柱插入到力傳感器安裝底板8f的圓柱通孔中，力傳感器安裝底板8f與力傳感器Sg通過四個(gè)螺栓進(jìn)行固連，力傳感器Sg通過導(dǎo)線與力傳感器顯示儀19進(jìn)行連接，最終施加的軸向力數(shù)值通過力傳感器顯示儀19進(jìn)行顯示。
[0030]微位移調(diào)節(jié)器13包括徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13a、徑向移動(dòng)板13b、徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13c、色散共焦位移計(jì)安裝底座13d、軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13e、軸向移動(dòng)板13f、軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13g、微位移調(diào)節(jié)底板13h、高度調(diào)節(jié)墊板131、彈簧13j、擰緊螺栓13k ；
其中，微位移調(diào)節(jié)底板13h位于高度調(diào)節(jié)墊板13i的頂部，徑向移動(dòng)板13b通過徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13c與微位移調(diào)節(jié)底板13h進(jìn)行連接，并且通過彈簧13 j與微位移調(diào)節(jié)底板13h進(jìn)行彈性連接，徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13a固連在徑向移動(dòng)板13b上，軸向移動(dòng)板13f通過軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13e與徑向移動(dòng)板13b進(jìn)行連接，軸向移動(dòng)板13f內(nèi)部通過彈簧與徑向移動(dòng)板13b進(jìn)行彈性連接，軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13g固連在軸向移動(dòng)板13f上，色散共焦位移計(jì)13d安裝底座通過4個(gè)螺栓緊固在軸向移動(dòng)板13f上，擰緊螺栓13k位于色散共焦位移計(jì)安裝底座13d上，色散共焦位移計(jì)12裝在色散共焦位移計(jì)安裝底座13d圓柱孔內(nèi)，并通過擰緊螺栓13k進(jìn)行夾緊。
[0031]熱電阻傳感器9的數(shù)量為六個(gè)，該六個(gè)熱電阻傳感器9均勻布置在軸承7d外圈側(cè)面，通過高溫膠進(jìn)行膠結(jié)，內(nèi)圈測(cè)溫點(diǎn)同樣為六個(gè)，均勻分布在軸承7d內(nèi)圈側(cè)面，通過紅外溫度測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量。
[0032]軸向力的施加通過軸向加力器8來實(shí)現(xiàn)，軸承轉(zhuǎn)速通過PC機(jī)17利用PLC進(jìn)行編程控制，溫度傳感器采用熱電阻傳感器9及紅外溫度傳感器21，通過在軸承外圈側(cè)面均勻布置6個(gè)熱電阻傳感器，并采用高溫膠進(jìn)行粘結(jié)，最終求其平均值，以此得到軸承外圈溫度值，軸承內(nèi)圈溫度通過紅外測(cè)溫儀測(cè)6點(diǎn)溫度，采用求平均值的方法獲得。軸向熱位移通過色散共焦位移計(jì)12進(jìn)行采集，熱位移值通過PC機(jī)17附帶軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
[0033]參見圖3，軸系7中軸承7d內(nèi)圈與軸7c為過盈配合，內(nèi)圈通過軸端螺母7e進(jìn)行鎖緊，外圈與軸承套7f為過盈配合，軸承套7f通過螺栓固定于上軸承座10、下軸承座11之間，軸承套7b安裝時(shí)，面A與上軸承座10、下軸承座11間的圓柱孔為間隙配合，面B與上軸承座10、下軸承座11側(cè)面留有一定的間隙，并通過兩個(gè)對(duì)稱分布的圓柱銷與上軸承座10、下軸承座11進(jìn)行定位，便于軸向力的連續(xù)施加。
[0034]參見圖4，裝配時(shí)，軸向右螺桿8c端部的小圓柱穿過軸向橡膠環(huán)安裝底板8b中間的圓柱通孔，并插入到軸向橡膠環(huán)8a中，軸向右螺桿Sc通過外螺紋與軸向加載螺母8d的一側(cè)內(nèi)螺紋進(jìn)行配合，加力桿8h插入到軸向加載螺母8d中，軸向加載螺母8d通過其另一側(cè)內(nèi)螺紋與軸向左螺桿Se進(jìn)行配合，軸向左螺桿Se與力傳感器安裝底板8f為間隙配合，軸向左螺桿Se通過端部的小圓柱插入到力傳感器安裝底板8f的圓柱通孔中，力傳感器安裝底板8f與力傳感器Sg通過四個(gè)螺栓進(jìn)行固連，力傳感器Sg通過導(dǎo)線與力傳感器顯示儀19進(jìn)行連接，最終施加的軸向力數(shù)值通過力傳感器顯示儀19進(jìn)行顯示。
[0035]軸向加載螺母8d中，左右側(cè)分別為右旋、左旋內(nèi)螺紋，分別與軸向右螺桿8c、軸向左螺桿Se相連，通過將加力桿8h插入軸向加載螺母8d的不同孔中旋轉(zhuǎn)螺母來進(jìn)行加力，軸向橡膠環(huán)8a與軸承套緊密相連既可以使軸承套受力均勻，又可以防止軸向右螺桿Sc隨加載螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，力傳感器Sg與軸承套相接觸，測(cè)量數(shù)值通過力傳感器顯示儀19進(jìn)行顯示，通過將軸系兩側(cè)的力傳感器測(cè)的的軸向力相加，即為軸承所受的軸向力。
[0036]參見圖5，微位移調(diào)節(jié)器13中，微位移調(diào)節(jié)底板13h位于高度調(diào)節(jié)墊板13i位于的頂部，徑向移動(dòng)板13b通過徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13c與微位移調(diào)節(jié)底板13h進(jìn)行配合，并且通過彈簧13j進(jìn)行彈性連接，通過旋轉(zhuǎn)徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13a來實(shí)現(xiàn)徑向移動(dòng)板13b與微位移調(diào)節(jié)底板13h的相對(duì)徑向移動(dòng)，軸向移動(dòng)板13f通過軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13e與徑向移動(dòng)板13b進(jìn)行配合，內(nèi)部通過彈簧進(jìn)行彈性連接，通過旋轉(zhuǎn)軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13g來實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)板13f與徑向移動(dòng)板13b之間的相對(duì)軸向移動(dòng)，通過軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽13e保證其精度。色散共交位移計(jì)13d安裝底座通過4個(gè)螺栓緊固在軸向移動(dòng)板13f上，色散共焦位移計(jì)12裝在色散共焦位移計(jì)13d安裝底座圓柱孔內(nèi)，并通過擰緊螺栓13k進(jìn)行夾緊。
[0037]通過擰緊螺栓13k將色散共焦位移計(jì)12緊固在色散共焦位移計(jì)13d安裝底座上，調(diào)節(jié)徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13a及更換高度調(diào)節(jié)墊板13i來保證色散共焦位移計(jì)12和軸系7的同軸度，通過調(diào)節(jié)軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕13g將色散共焦位移計(jì)12的焦點(diǎn)固定于軸的端面，最終測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)在PC機(jī)17附帶的軟件上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并能自動(dòng)記錄其數(shù)值。
[0038]參見圖6，熱電阻傳感器9均勻布置在軸承7d外圈側(cè)面，數(shù)量為6個(gè)，通過高溫膠進(jìn)行膠結(jié)，溫度值通過熱電阻傳感器顯示儀18進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，內(nèi)圈溫度通過紅外溫度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)布置在軸承7d內(nèi)圈側(cè)面，溫度值通過紅外溫度測(cè)量?jī)x顯示窗口進(jìn)行顯
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[0039]在軸承7d外圈側(cè)面均勻布置6個(gè)測(cè)試點(diǎn)，并采用高溫膠將熱電阻傳感器9粘結(jié)在測(cè)試點(diǎn)O上，測(cè)量值通過熱電阻傳感器顯示儀18進(jìn)行顯示，軸承7d內(nèi)圈側(cè)面同樣均勻布置6個(gè)測(cè)試點(diǎn)I，利用紅外溫度測(cè)量?jī)x21測(cè)量軸承內(nèi)圈側(cè)面溫度作為軸承內(nèi)圈溫度，溫度值通過紅外溫度測(cè)量?jī)x顯示窗口讀取，最終結(jié)果采用六點(diǎn)取平均值法進(jìn)行處理，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0040]參見圖7，控制系統(tǒng)原理圖，包括PC機(jī)17、伺服電機(jī)5、軸承7d及含PLC控制器及變頻器的控制柜，其中，變頻器控制伺服電機(jī)的工作頻率，以便輸出預(yù)定的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0041]軸承通過伺服電機(jī)來拖動(dòng)，轉(zhuǎn)速通過PLC編程進(jìn)行控制，因此可以滿足軸承處于不同轉(zhuǎn)速下，對(duì)其內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移的測(cè)量。
[0042]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，上述優(yōu)選實(shí)施方式不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，其特征在于:包括墊鐵[I]、實(shí)驗(yàn)基體[2]、T型基板[3]、電機(jī)底座[4]、伺服電機(jī)[5]、聯(lián)軸器[6]、軸系[7]、軸向加力器[8]、熱電阻傳感器[9]、上軸承座[10]、下軸承座[11]、色散共焦位移計(jì)[12]、微位移調(diào)節(jié)器[13]、微位移調(diào)節(jié)器安裝板[14]、圓頭導(dǎo)向平鍵[15]、定位銷[16]、PC機(jī)[17]、熱電阻傳感器顯示儀[18]、力傳感器顯示儀[19]、變頻器[20]、紅外測(cè)溫儀[21]； 墊鐵[I]的數(shù)量為四塊，該四塊墊鐵設(shè)置在實(shí)驗(yàn)基體[2]的底部，實(shí)驗(yàn)基體[2]的上方固連T型基板[3]，T型基板[3]的上方固連電機(jī)底座[4]，伺服電機(jī)[5]通過高度調(diào)節(jié)墊片安裝在電機(jī)底座[4]上，電機(jī)軸通過聯(lián)軸器[6]與軸系[7]相連；Τ型基板[3]的上方還固連兩個(gè)下軸承座[11]，每個(gè)下軸承座[11]上方均固連一個(gè)上軸承座[10]，軸系[7]位于兩套上軸承座[10]和下軸承座[11]之間,軸向加力器[8]的數(shù)量為兩個(gè),該兩個(gè)軸向加力器對(duì)稱設(shè)置在軸系[7]的兩側(cè)；軸系[7]的軸承外圈上設(shè)置熱電阻傳感器[9]； 實(shí)驗(yàn)基體[2]的上方還設(shè)置微位移調(diào)節(jié)器安裝板[14]，微位移調(diào)節(jié)器安裝板[14]的上方固連微位移調(diào)節(jié)器[13]，色散共焦位移計(jì)[12]裝夾在微位移調(diào)節(jié)器[13]上，用于測(cè)量軸系[7]的軸向位移，圓頭導(dǎo)向平鍵[15]、定位銷[16]位于下軸承座[11]和T型基板[3]之間，用于提高下軸承座[11]軸向的導(dǎo)向精度并降低水平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)誤差； 色散共焦位移計(jì)[12]與PC機(jī)[17]相連，將色散共焦位移計(jì)[12]檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給PC機(jī)[17]，PC機(jī)[17]通過變頻器[20]與伺服電機(jī)[5]相連，控制伺服電機(jī)[5]工作，熱電阻傳感器[9]與熱電阻傳感器顯示儀[18]相連，軸向加力器[8]與力傳感器顯示儀[19]相連，紅外測(cè)溫儀[21]位于軸系[7]的端部，用于測(cè)量軸系[7]中軸承內(nèi)圈的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，其特征在于，軸系[7]包括鍵[7a]、軸[7c]和兩套相同的軸承組件，該兩套軸承組件對(duì)稱設(shè)置在軸[7c]的兩端，每套軸承組件均包括軸承、軸端螺母和軸承套；其中第一軸承組件包括第一軸承套[7f]、軸承[7d]、軸端螺母[7e]，第一軸承套[7f]上設(shè)置三個(gè)螺栓孔，第二軸承組件中的軸承套[7b]上對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)定位銷孔[7g]； 其中軸承[7d]內(nèi)圈與軸[7c]為過盈配合,軸承[7d]的內(nèi)圈通過軸端螺母[7e]鎖緊在軸[7c]上，軸承[7d]外圈與第一軸承套[7f]過盈配合，軸承套[7f]通過螺栓固定在上軸承座[10]和下軸承座[11]之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，其特征在于，軸向加力器[8]包括軸向橡膠環(huán)[8a]、軸向橡膠環(huán)安裝底板[8b]、軸向右螺桿[8c]、軸向加載螺母[8d]、軸向左螺桿[8e]、力傳感器安裝底板[8f]、力傳感器[8g]、加力桿[8h]； 其中，軸向右螺桿[8c]端部的小圓柱穿過軸向橡膠環(huán)安裝底板[8b]中間的圓柱通孔，并插入到軸向橡膠環(huán)[8a]中，軸向右螺桿[8c]通過外螺紋與軸向加載螺母[8d]的一側(cè)內(nèi)螺紋配合，加力桿[8h]插入到軸向加載螺母[8d]中，軸向加載螺母[8d]通過其另一側(cè)內(nèi)螺紋與軸向左螺桿[8e]進(jìn)行配合，軸向左螺桿[8e]與力傳感器安裝底板[8f]為間隙配合，軸向左螺桿[Se]通過端部的小圓柱插入到力傳感器安裝底板[8f]的圓柱通孔中，力傳感器安裝底板[8f]與力傳感器[Sg]通過四個(gè)螺栓進(jìn)行固連，力傳感器[Sg]通過導(dǎo)線與力傳感器顯示儀[19]進(jìn)行連接，最終施加的軸向力數(shù)值通過力傳感器顯示儀[19]進(jìn)行顯示。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，其特征在于，微位移調(diào)節(jié)器[13]包括徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕[13a]、徑向移動(dòng)板[13b]、徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽[13c]、色散共焦位移計(jì)安裝底座[13d]、軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽[13e]、軸向移動(dòng)板[13f]、軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕[13g]、微位移調(diào)節(jié)底板[13h]、高度調(diào)節(jié)墊板[13i]、彈簧[13j]、擰緊螺栓[13k]； 其中，微位移調(diào)節(jié)底板[13h]位于高度調(diào)節(jié)墊板[13i]的頂部，徑向移動(dòng)板[13b]通過徑向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽[13c]與微位移調(diào)節(jié)底板[13h]進(jìn)行連接，并且通過彈簧[13j]與微位移調(diào)節(jié)底板[13h]進(jìn)行彈性連接，徑向移動(dòng)微調(diào)旋鈕[13a]固連在徑向移動(dòng)板[13b]上，軸向移動(dòng)板[13f]通過軸向移動(dòng)導(dǎo)向溝槽[13e]與徑向移動(dòng)板[13b]進(jìn)行連接，軸向移動(dòng)板[13f]內(nèi)部通過彈簧與徑向移動(dòng)板[13b]進(jìn)行彈性連接，軸向移動(dòng)微調(diào)旋鈕[13g]固連在軸向移動(dòng)板[13f]上，色散共焦位移計(jì)[13d]安裝底座通過4個(gè)螺栓緊固在軸向移動(dòng)板[13f]上，擰緊螺栓[13k]位于色散共焦位移計(jì)安裝底座[13d]上，色散共焦位移計(jì)[12]裝在色散共焦位移計(jì)安裝底座[13d]圓柱孔內(nèi)，并通過擰緊螺栓[13k]進(jìn)行夾緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置，其特征在于，熱電阻傳感器[9]的數(shù)量為六個(gè)，該六個(gè)熱電阻傳感器[9]均勻布置在軸承[7d]外圈側(cè)面，通過高溫膠進(jìn)行膠結(jié)，內(nèi)圈測(cè)溫點(diǎn)同樣為六個(gè)，均勻分布在軸承[7d]內(nèi)圈側(cè)面，通過紅外溫度測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量。
6.一種基于權(quán)利要求1所述角接觸球軸承溫度、軸向熱位移測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟: .5101、對(duì)被檢測(cè)軸承施加軸向力，通過電機(jī)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)；具體方法為:將加力桿[8h]加力桿插入到軸向加載螺母[8d]的孔中并旋轉(zhuǎn)；利用PLC進(jìn)行編程，使軸承轉(zhuǎn)動(dòng)； .5102、檢測(cè)被檢測(cè)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值，獲取軸承內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移檢測(cè)數(shù)據(jù)；最終 獲得軸承的內(nèi)外圈溫度、軸向熱位移值與時(shí)間的關(guān)系；數(shù)據(jù)采集完成后，根據(jù)被檢測(cè)軸承的內(nèi)外圈溫度-時(shí)間及軸向熱位移值-時(shí)間關(guān)系，得到軸承的熱剛度； .5103、判斷軸承的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值是否達(dá)到穩(wěn)定值或者波動(dòng)，若達(dá)到穩(wěn)定值，則進(jìn)入步驟S104，若波動(dòng)，則返回步驟S102 ;在測(cè)定被檢測(cè)軸承的內(nèi)外圈溫度及軸向熱位移值后，當(dāng)軸承內(nèi)外圈溫度在±0.2°C范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，結(jié)束檢測(cè)試驗(yàn)； .5104、讀取軸承的內(nèi)、外圈溫度及軸向熱位移數(shù)值，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中采集的數(shù)據(jù)制作軸承內(nèi)、外圈溫度-時(shí)間，軸向熱位移-時(shí)間的瞬態(tài)曲線，通過多次試驗(yàn)，獲得軸承內(nèi)、外圈溫度-轉(zhuǎn)速，軸向熱位移-轉(zhuǎn)速，軸承內(nèi)、外圈溫度-軸向力，軸向熱位移-軸向力的穩(wěn)態(tài)曲線。
【文檔編號(hào)】G01M13/04GK103743565SQ201310699723
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】胡小秋, 陳維福, 王連寶, 牛衛(wèi)朋, 馮朝暉, 孫士帥 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)