CN117074024B - 一种外圈旋转轴承加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴承的测试技术领域，尤其涉及一种外圈旋转轴承加载试验装置。一种外圈旋转轴承加载试验装置，包括安装底座、固定主轴、试验轴承固定座、试验轴承转动座，试验轴承固定座和试验轴承转动座之间具有用于安装试验轴承的安装空间，试验轴承转动座两侧分别连接有加载轴承座，加载轴承座与固定主轴之间具有径向间隔，加载轴承座包括内旋转衬套和外加载衬套，试验轴承转动座与内旋转衬套固定连接，其中一侧的内旋转衬套上连接有传动结构，两侧的外加载衬套上分别连接有用于对试验轴承模拟实际工况施加径向载荷的径向加载结构，和/或施加弯矩载荷的弯矩加载结构，实现模拟试验轴承外圈旋转、径向载荷、弯矩加载等复杂的实际使用工况。

Description

一种外圈旋转轴承加载试验装置

技术领域

本发明涉及轴承的测试技术领域，尤其涉及一种外圈旋转轴承加载试验装置。

背景技术

轨道交通机车全悬挂轴承作为轨道交通机车的一个关键零部件，它的性能和寿命直接影响轨道交通的安全行驶和质量高低。因此，此类轴承在制造完成后都需要进行性能测试，以保证其性能的可靠性。

申请公布号为CN114235400A公开了一种风电滑动轴承性能测试装置，包括转动轴、测试轴承座、设于转动轴与测试轴承座之间的测试轴承、提供测试轴承弯矩作用力的弯矩加载单元、提供测试轴承径向作用力的径向加载单元、以及驱动转动轴小角度摆动的摆动加载单元，其中，所述弯矩加载单元包括两组加载部件，两组所述加载部件布置于所述测试轴承的轴向两侧，并作用于所述测试轴承座的对角；所述径向加载单元连接于所述测试轴承座的下方；所述摆动加载模块在摆动测试时与所述转动轴的一端连接，该发明具有真实模拟风电滑动轴承各种实际工况，且布局合理等优点。

但是，轨道交通机车全悬挂轴承需要对外圈旋转转速、载荷等力学疲劳参数进行模拟，上述的发明的测试装置只能实现内圈旋转转速、载荷等力学疲劳参数的模拟，并不能模拟轨道交通机车全悬挂轴承使用过程中其外圈旋转、径向载荷、弯矩加载的工况，不能适用于需要外圈旋转进行测试的测试需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外圈旋转轴承加载试验装置，用于解决现有的轴承加载试验装置不能模拟轨道交通机车全悬挂轴承使用过程中其外圈旋转、径向载荷、弯矩加载的工况的问题。

本发明的外圈旋转轴承加载试验装置采用如下技术方案：一种外圈旋转轴承加载试验装置，包括安装底座，安装底座上固定安装有固定主轴，固定主轴上固定安装有固定试验轴承内圈的试验轴承固定座，试验轴承固定座外侧设有驱动试验轴承外圈转动的试验轴承转动座，试验轴承固定座和试验轴承转动座之间具有用于安装试验轴承的安装空间，试验轴承转动座沿固定主轴方向的两侧分别连接有加载轴承座，加载轴承座与固定主轴之间具有径向间隔，所述加载轴承座包括内旋转衬套和外加载衬套，试验轴承转动座与内旋转衬套固定连接，其中一侧的内旋转衬套上连接有用于驱动内旋转衬套转动的传动结构，两侧的外加载衬套上分别连接有用于对试验轴承模拟实际工况施加径向载荷的径向加载结构，和/或两侧的加载轴承座上分别连接有用于对试验轴承模拟实际工况施加弯矩载荷的弯矩加载结构。

本发明的外圈旋转轴承加载试验装置为一种新型的外圈旋转轴承加载试验装置，本发明的外圈旋转轴承加载试验装置在使用时，固定主轴安装在安装底座上，试验轴承固定座固定在固定主轴上，试验轴承内圈与试验轴承固定座固定连接，试验轴承转动座与试验轴承外圈连接，加载轴承的内圈旋转外圈固定，传动结构将转动力传递给加载轴承座的内旋转衬套上，通过内旋转衬套将转动力传递给试验轴承转动座，最后传递给试验轴承，加载轴承座位于试验轴承两侧，径向加载结构可以对加载轴承座的外加载衬套提供径向同向加载力以测试载荷的工况，弯矩加载结构可以对加载轴承座的外加载衬套提供径向反向加载力以测试弯矩加载的工况，可以根据需要实现模拟试验轴承外圈旋转、径向载荷、弯矩加载等复杂的实际使用工况，进而测试轨道交通机车全悬挂轴承的性能、寿命研究。

进一步地，所述安装底座上设置有朝向所述两侧的外加载衬套施加径向同向和径向反向的总加载结构，总加载结构同时构成所述径向加载结构和弯矩加载结构。通过总加载结构一个加载结构可以测试径向载荷和弯矩载荷，使用方便，节约成本。

进一步地，所述试验轴承转动座包括处于试验轴承外侧的试验轴承安装衬套和处于试验轴承安装衬套两端的试验轴承端盖，试验轴承安装衬套和试验轴承端盖围成开口朝内的环槽型结构，环槽型结构内部具有安装试验轴承和试验轴承固定座的空间，试验轴承端盖与内旋转衬套连接。设置成开口朝内的环槽型结构一方面方便与加载轴承座传动连接，另一方便保证转动过程的稳定性。

进一步地，所述传动结构包括通过传动轴承转动安装在固定主轴上的传动轴承座以及设置在传动轴承座上的传动输入端，传动轴承座与内旋转衬套传动连接。通过传动轴承座与内旋转衬套传动连接，传动输入端在传动过程中会对被传动件产生径向作用力，通过传动轴承座传动避免影响传动效果，固定主轴保持固定，外圈的传动轴承座便于与传动轴承传动连接。

进一步地，所述传动输入端为设置在传动轴承座上的传动皮带槽。通过传动皮带槽与传动轴承座传动连接结构简单，可实现同步转动，且带传动传动过程平稳，具有一定柔性能起到缓冲作用。

进一步地，所述内旋转衬套和传动轴承座之间通过弹性联轴器传动连接。通过弹性联轴器将内旋转衬套和传动轴承座传动连接，由于联轴器具有弹性使得传动过程可以发生小的偏移，保护结构之间的互相作用力。

进一步地，与所述传动结构相背一侧的加载轴承座上还连接有用于对试验轴承模拟实际工况施加轴向载荷的轴向加载结构。在传动结构相背一侧的加载轴承座上设置轴向加载结构不影响对径向和弯矩的模拟，也不影响传动效果，且实现了轴向载荷模拟。

进一步地，所述轴向加载结构包括关于固定主轴对称设置的轴向加载连杆，轴向加载连杆的远离试验轴承的一端连接有轴向加载盘，轴向加载盘上在与固定主轴同轴的位置处连接有轴向施力机构，轴向加载连杆与外加载衬套连接。轴向加载结构通过轴向加载盘和对称设置的轴向加载连杆保证轴向力的平衡性，使得模拟效果更加良好。

进一步地，所述轴向施力机构包括轴向加载油缸，轴向加载油缸通过轴向力传感器、关节轴承与轴向加载盘连接。关节轴承在轴向力传递过程中可以允许产生一点偏转而不会影响轴向力的传递，保证结构的灵活性，轴向力传感器便于监测轴向载荷情况，便于对试验轴承的分析。

附图说明

图1为本发明的外圈旋转轴承加载试验装置实施例一的结构示意图。

图中：1、安装底座；2、轴向加载油缸；3、轴向力传感器；4、关节轴承；5、轴向加载盘；6、左衬套；7、轴向加载连杆；8、加载轴承端盖；9、左加载衬套；10、左加载轴承；11、左旋转衬套11；12、试验轴承安装衬套；13、试验轴承；14、试验轴承端盖；15、右加载衬套；16、右旋转衬套；17、左联轴节；18、右联轴节；19、传动轴承旋转衬套；20、传动皮带槽；21、传动轴承；22、右衬套；23、固定主轴；24、固定端盖；25、径向和弯矩加载力传感器；26、径向和弯矩加载油缸；27、固定支撑架；28、径向内凸环。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的外圈旋转轴承加载试验装置的具体实施例一：

本发明的外圈旋转轴承加载试验装置如图1所示，一种外圈旋转轴承加载试验装置，包括安装底座1，安装底座1上固定安装有固定主轴23，固定主轴23上设置有固定试验轴承内圈的试验轴承固定座，试验轴承固定座外侧套设有驱动试验轴承外圈转动的试验轴承转动座，试验轴承固定座和试验轴承转动座之间具有安装有试验轴承13的安装空间，试验轴承转动座沿固定主轴23方向的两侧分别连接有左加载轴承座和右加载轴承座，右加载轴承座上连接有传动结构，左加载轴承座上连接有用于对试验轴承13模拟实际工况施加轴向载荷的轴向加载结构，左加载轴承座和右加载轴承座上连接有用于对试验轴承13模拟实际工况施加径向同向或径向反向的总加载结构，根据需要实现试验轴承13外圈旋转转速、轴向载荷、径向载荷、弯矩加载等复杂的实际使用工况，进而测试轨道交通机车全悬挂轴承的性能、寿命研究。

固定主轴23上设置有固定支撑架，试验轴承固定座包括环状结构，环状结构的一端为径向内凸环28，径向内凸环28上开设有通孔，固定支撑架27上开设有连接盲孔，螺栓穿过通孔伸入连接盲孔将环状结构和固定支撑架27固定连接，试验轴承转动座包括处于试验轴承13外侧的试验轴承安装衬套12和处于试验轴承安装衬套12两端的试验轴承端盖14，试验轴承安装衬套12和试验轴承端盖14围成开口朝内的环槽型结构，环槽型结构内部用于安装试验轴承13和试验轴承固定座，环槽型结构一方面方便与加载轴承座传动连接，另一方便保证转动过程的稳定性。

左加载轴承座包括处于左加载轴承10内侧的左旋转衬套11和处于左加载轴承10外侧的左加载衬套9，右加载轴承座包括处于右加载轴承内侧的右旋转衬套16和处于右加载轴承外侧的右加载衬套15，两端的试验轴承端盖14分别与左旋转衬套11和右旋转衬套16通过螺栓连接，总加载结构为设置于安装底座1上与左加载衬套9和右加载衬套15连接的两个对称的加载结构，两加载结构径向同向施加作用力时构成径向加载，两加载结构径向反向施加作用力时构成弯矩加载，两加载结构同时构成径向加载结构和弯矩加载结构，两加载结构均包括径向和弯矩加载力传感器25和径向和弯矩加载油缸26。

传动结构包括传动轴承座，传动轴承座包括处于传动轴承外圈的传动轴承旋转衬套19，传动轴承内圈与固定主轴23固定，右旋转衬套16上连接有左联轴节17，传动轴承旋转衬套19上连接有右联轴节18，左联轴节17和右联轴节18之间通过弹性销连接，左联轴节17和右联轴节18构成弹性联轴器，右旋转衬套16和传动轴承旋转衬套19通过弹性联轴器传动连接，传动轴承旋转衬套19上设置有传动皮带槽20，传动皮带槽20可连接驱动电机。

轴向加载结构安装在安装底座1上，轴向加载结构包括轴向加载油缸2，轴向加载油缸2的右侧连接有轴向力传感器3，轴向力传感器3的右侧连接有关节轴承4，关节轴承4上连接有轴向加载盘5，轴向加载盘5的两端连接有对称设置的轴向加载连杆7，左加载轴承座还包括加载轴承端盖8，轴向加载连杆7与加载轴承端盖8通过螺栓连接。

具体地，安装底座1上包括沿竖直方向的相远离的两支座，两支座上分别设置有沿竖直方向的左衬套6和右衬套22，固定主轴23固定于左衬套6和右衬套22之间且两端穿过左衬套6和右衬套22，固定主轴23的两端均设置有固定端盖24，固定端盖24上设置有螺栓，通过螺栓将固定端盖24与左衬套6和右衬套22固定连接。

本发明的外圈旋转轴承加载试验装置在使用时，试验轴承13的内圈固定外圈可旋转，固定主轴23固定在左右衬套22上，传动皮带槽20上套设传动带，驱动电机驱动传动带转动，传动带与传动轴承旋转衬套19连接带动传动轴承旋转衬套19旋转，传动轴承旋转衬套19通过弹性联轴器和右旋转衬套16、试验轴承转动座、左旋转衬套11连接实现旋转功能，左加载轴承10和左加载衬套9安装在左旋转衬套11上，右加载轴承和右加载衬套15安装在右旋转衬套16上，轴向加载油缸2通过轴向力传感器3和轴向加载连杆7与左加载衬套9连接实现轴向加载，两个径向和弯矩加载油缸26通过径向和弯矩加载力传感器25分别与左加载衬套9和右加载衬套15连接实现径向加载或弯矩加载。驱动电机、轴向加载结构、径向和弯矩加载结构固定在安装底座1上通过电控和软件系统可以控制驱动电机实现转速、方向的精确控制以及对轴向加载油缸2的加载方向，响应速度和大小进行快速控制，同时可控制径向和弯矩加载油缸26加载力的大小和方向实现对试验轴承13的径向加载或弯矩加载。最终达到对试验轴承外圈旋转转速（变速、变向）、轴向载荷(载荷波形可以设置为矩形波、方波等交变载荷)、弯矩或径向载荷等工况。同时可以对试验轴承13的温度、振动、载荷、弯矩等实现实时的监测和记录，便于对试验轴承13的分析。

通过上述对本发明的外圈旋转轴承加载试验装置的具体实施例一的描述，可以看出本发明的外圈旋转轴承加载试验装置，通过试验轴承内圈与试验轴承固定座固定连接，试验轴承转动座相对试验轴承外圈转动连接，传动结构将转动力传递给加载轴承座上，通过加载轴承座将转动力传递给试验轴承转动座，最后传递给试验轴承，加载轴承座位于试验轴承两侧，径向加载结构可以对加载轴承座提供径向同向加载力以测试载荷的工况，弯矩加载结构可以对加载轴承座提供径向反向加载力以测试弯矩加载的工况，可以根据需要实现模拟试验轴承外圈旋转、径向载荷、弯矩加载等复杂的实际使用工况，进而测试轨道交通机车全悬挂轴承的性能、寿命研究。

当然，本发明的外圈旋转轴承加载试验装置并不仅限于上述实施例。以下还列举了其他几种基于本发明的设计构思的外圈旋转轴承加载试验装置的实施方式。

例如在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，在两个加载结构的其中一个加载结构的相对方向上另外设置一个加载结构，共计三个加载结构，位于固定主轴同侧的两加载结构同时施力实现径向加载，位于固定主轴不同侧且轴向相错开的加载结构同时施力实现弯矩加载。

例如在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，将试验轴承固定座与固定主轴固定使得试验轴承转动座靠近固定主轴，不再设置有固定支撑架，将右加载轴承座与固定主轴间隔加大，试验轴承转动座为环形结构与右加载轴承座的内旋转衬套固定连接。

再例如在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，将内旋转衬套向右延伸加长，在延伸段外表面设有传动皮带槽，直接驱动内旋转轴套转动，不再设有传动轴承。

或者在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，传动轴承旋转衬套外部为齿轮结构，通过齿轮实现传动。

或者在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，将传动轴承座处的固定主轴直径缩小，使得传动轴承旋转衬套与右旋转衬套相接，然后通过螺栓固定连接。

再或者在其他实施方式中，与上述实施例一不同的是，轴向加载连杆通过端面轴承与内旋转衬套连接，并直接对内旋转衬套进行轴向加载，并传递给试验轴承。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，包括安装底座（1），安装底座（1）上固定安装有固定主轴（23），固定主轴（23）上固定安装有固定试验轴承内圈的试验轴承固定座，试验轴承固定座外侧设有驱动试验轴承外圈转动的试验轴承转动座，试验轴承固定座和试验轴承转动座之间具有用于安装试验轴承（13）的安装空间，试验轴承转动座沿固定主轴（23）方向的两侧分别连接有加载轴承座，加载轴承座与固定主轴（23）之间具有径向间隔，所述加载轴承座包括内旋转衬套和外加载衬套，试验轴承转动座与内旋转衬套固定连接，其中一侧的内旋转衬套上连接有用于驱动内旋转衬套转动的传动结构，两侧的外加载衬套上分别连接有用于对试验轴承（13）模拟实际工况施加径向载荷的径向加载结构，和/或两侧的加载轴承座上分别连接有用于对试验轴承（13）模拟实际工况施加弯矩载荷的弯矩加载结构。

2.根据权利要求1所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述安装底座（1）上设置有朝向所述两侧的外加载衬套施加径向同向和径向反向的总加载结构，总加载结构同时构成所述径向加载结构和弯矩加载结构。

3.根据权利要求1所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述试验轴承转动座包括处于试验轴承（13）外侧的试验轴承安装衬套（12）和处于试验轴承安装衬套（12）两端的试验轴承端盖（14），试验轴承安装衬套（12）和试验轴承端盖（14）围成开口朝内的环槽型结构，环槽型结构内部具有安装试验轴承（13）和试验轴承固定座的空间，试验轴承端盖（14）与内旋转衬套连接。

4.根据权利要求1所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述传动结构包括通过传动轴承（21）转动安装在固定主轴（23）上的传动轴承座以及设置在传动轴承座上的传动输入端，传动轴承座与内旋转衬套传动连接。

5.根据权利要求4所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述传动输入端为设置在传动轴承座上的传动皮带槽（20）。

6.根据权利要求4所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述内旋转衬套和传动轴承座之间通过弹性联轴器传动连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，与所述传动结构相背一侧的加载轴承座上还连接有用于对试验轴承（13）模拟实际工况施加轴向载荷的轴向加载结构。

8.根据权利要求7所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述轴向加载结构包括关于固定主轴（23）对称设置的轴向加载连杆（7），轴向加载连杆（7）的远离试验轴承（13）的一端连接有轴向加载盘（5），轴向加载盘（5）上在与固定主轴（23）同轴的位置处连接有轴向施力机构，轴向加载连杆（7）与外加载衬套连接。

9.根据权利要求8所述的外圈旋转轴承加载试验装置，其特征是，所述轴向施力机构包括轴向加载油缸（2），轴向加载油缸（2）通过轴向力传感器（3）、关节轴承（4）与轴向加载盘（5）连接。