CN119374905B - 可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承试验技术领域,具体涉及可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，包括：外圈夹持装置、滚动体偏转与夹紧装置、内圈导向装置、轴向游隙调整装置、径向及弯矩加载装置及被测轴承；通过对轴承轴向游隙以及滚动体位置调整，实现对滚动体与滚道的接触角以及位置角的调整，并结合外圈边界约束装置、内圈导向装置以及径向力与弯矩加载装置，实现滚动体单体边界等效约束条件下的复合加载，进一步采用测试装置能够获得轴承内圈位移、滚道附近布置应变片，获得轴承的径向刚度以及接触角刚度、滚动体引起接触应变分布，实现轴承承载单元在改变滚动体与滚道接触角和位置角等效约束边界条件下以及轴承加载下轴承的位移、刚度应变。

Description

可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置

技术领域

本发明属于轴承试验技术领域，具体涉及可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置。

背景技术

角接触球轴承是滚动体与内外圈滚道接触与法线形成接触角球轴承，由多个滚动体对轴承起到承载作用，组成滚动体承载单元；且接触角随着径向游隙发生变化，且与随着轴承运转温度升高，造成滚动体接触角发生变化。而滚动体随着旋转状态下会引起滚动体周向位置发生变化，引起滚动体位置角发生变化，均会对轴承的力学性能产生较大影响。因此弄清多个承载滚动体接触角、位置角的力学特性具有重要作用。

然而虽然目前存在一些针对角接触球轴承的仿真分析，例如论文：结构参数影响的角接触球轴承接触特性及生热分析，提出了结构参数对轴承受力状态的影响，缺少了对于所建立模型实验部分的验证。专利：一种测量四点角接触轴承接触角的装置及方法，提出了接触角的测量方法，缺少了对于轴承接触角变化而引起轴承位移以及应变的测试。

目前角接触球轴承滚动体与滚道的接触角以及位置角对轴承变形的影响，大多数以有限元仿真为主，缺乏调整接触角与位置角的可变接触状态角接触球轴承滚动体承载单元试验装置。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的不足，提出一种可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，能够对多个承载滚动体单元测试试验，能够用于研究多个滚动体承载时的力学特性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，包括，轴向游隙调整装置以及滚动体偏转与夹持装置，通过对轴承轴向游隙以及滚动体位置调整，实现对滚动体与滚道的接触角以及位置角的调整，并结合外圈边界约束装置、内圈导向装置以及径向力与弯矩加载装置，实现滚动体单体边界等效约束条件下的复合加载，进一步采用测试装置能够获得轴承内圈位移、滚道附近布置应变片，获得轴承的径向刚度以及接触角刚度、滚动体引起接触应变分布，实现轴承承载单元在改变滚动体与滚道接触角和位置角的等效约束边界条件下以及轴承加载下轴承的位移、刚度应变。

本方案通过对整体角接触球轴承在承受径向载荷时计算载荷分布情况，选取受力较大的滚动体以及滚动体对应的内外圈作为本发明的角接触球轴承承载单元。并且为了有效模拟模型在有限元中的仿真情况，需要对轴承外圈进行自由度的限制，实现本发明中对轴承外圈的全约束，需要对滚动体的自由度进行限制，实现本发明中对滚动体公转自由度的限制。由于轴承内圈为主要加载部分，需要对轴承内圈进行导向，实现本发明中对轴承内圈的导向功能。通过径向及弯矩加载装置来施加径向力F _r1以及径向力F _r2，当F _r1=F _r2时，此时液压缸施加的力只有径向力，当F _r1<F _r2时，此时两个液压缸施加的力为弯矩及径向力，弯矩大小为（F _r2-F _r1）*d，此公式中的d为两个液压缸的中心距，在本发明中液压缸的安装板下安装有第二滑块以及导轨装置，可以实现对跨距d的调整，实现本发明中对力的施加方式。

本发明的角接触球轴承承载单元为单个滚动体所在的轴承的扇形区域内的部分轴承结构，包括扇形区域的外圈、扇形区域的内圈及两者之间的部分滚动体，相邻的两个扇形区域的外圈、内圈端面为剖分面；

本方案所述的试验装置，包括：试验台架体，所述试验台架体上集成有外圈夹持装置、滚动体偏转与夹紧装置、内圈导向装置、轴向游隙调整装置、径向及弯矩加载装置及被测轴承；所述试验台架体包括：底部的矩形框架和位于矩形框架上部的双杠式架体，双杠式架体中依次设置外圈夹持装置、滚动体偏转与夹紧装置、内圈导向装置和轴向游隙调整装置；外圈夹持装置与内圈导向装置之间放置被测轴承，所述轴向游隙调整装置位于被测轴承的一侧；位于内圈导向装置下部的矩形框架中设置径向及弯矩加载装置，内圈导向装置中设置用于径向及弯矩加载装置穿设的通孔，所述径向及弯矩加载装置的伸缩端与被测轴承内圈接触，径向及弯矩加载装置的末端滑动安装在矩形框架的底部梁上；

进一步的，所述试验台架体的矩形框架及双杠式架体均是通过方形管焊接而成；

进一步的，所述的轴向游隙调整装置，包括：第一旋钮、第一滑块、固定块、千分尺、固定螺栓以及安装板；第一滑块内部设有固定块，第一滑块的一端设置第一旋钮，与第一旋钮相对的第一滑块一端安装千分尺，通过固定螺栓将轴向游隙调整装置固定在安装板上，安装板通过螺栓安装在试验台架体的双杠式架体上，从而实现对轴向游隙调整装置的安装；

使用时，通过转动第一旋钮，第一滑块可以在固定滑道上进行位移，从而带动第一滑块沿着轴向移动，进而推动轴承内圈使内圈移动，移动量通过千分尺进行手动测量，从而实现对轴承轴向位移量δ的精确控制；

本方案上述结构通过调整轴向游隙调整装置位移量δ实现对轴向游隙的调整，从而实现滚动体与滚道接触角调整。

进一步的，所述的滚动体偏转与夹紧装置，包括：矩形块夹紧挡板、第一六角螺栓、推动六角螺栓；所述矩形块夹紧挡板位于保持架上部，所述保持架上安装有保持架偏转指针；使用时，保持架通过推动六角螺栓进行夹紧，推动六角螺栓安装在矩形块夹紧挡板上，通过六角螺栓将矩形块夹紧挡板固定在可分离式箱体上，可分离式箱体通过夹紧机构固定在试验台架体上，实现对滚动体公转自由度的约束；通过拧紧推动六角螺母进而推动保持架，保持架带动滚动体在滚道上偏转，得到滚动体的偏转位置角θ _y ，实现了对于滚动体的偏转；

本方案上述的滚动体偏转与夹紧装置，推动滚动体相对于内外圈在法线方向上的夹角变化，能够调整滚动体与载荷方向的位置角，来实现对滚动体与滚道位置角θy的调整，用于模拟滚动体转动引起的位置角度的变化；滚动体夹紧装置通过矩形块对保持架的夹持实现滚动体公转自由度的限制。

进一步的，所述的外圈夹持装置，包括：虎钳装配体和位于虎钳装配体下方的可分离式箱体，可分离式箱体为四周分别设置夹持板且上下开放贯通的腔体结构，轴承承载单元配合于腔体内；虎钳装配体设置于可分离式箱体上，所述虎钳装配体包括固定钳身和移动钳身；虎钳装配体的移动钳身靠近于可分离式箱体一侧的夹持板上；固定钳身固定设置，移动钳身移动设置在固定钳身上，固定钳身连接在移动钳身所连接的夹持板相对侧的另一个夹持板；移动钳身带动夹持板向固定钳身方向的夹持板靠近或远离来对轴承夹紧；所述两个夹持板分布在轴承承载单元的两端且用于夹持轴承承载单元的外圈两端的两个剖分面上；

进一步的，所述的固定钳身内部嵌入有丝杆，丝杆上螺纹配合连接有丝母，丝母与移动钳身固定连接，丝杆一端从固定钳身的一端旋入并设置第二旋钮，丝杆另一端伸出固定钳身并通过开口销固定；固定钳身的两端设置固定钳身定位孔，用于与试验台架体的固定；使用时，通过转动固定钳身的第二旋钮，实现丝杆的转动，丝杆带动与之配合的丝母，丝母上方通过销轴与移动钳身连接，实现对夹持板距离的控制；

进一步的，可分离式箱体的另外两个相对的两个夹持板分别与固定钳身两端的定位孔同向；其中一个夹持板方向的一端还设置加强筋挡板，加强筋挡板通过螺栓与可分离式箱体固定；

安装时，首先将固定钳身通过螺栓穿过固定孔固定在试验台架体上，将移动钳身带动可分离式箱体的夹持板向相对侧进行移动进行夹紧；实现对轴承外圈Y方向自由度的限制；通过内六角螺栓与加强筋挡板将可分离式箱体进行夹紧，实现对轴承外圈X、Z方向自由度的限制；从而实现轴承外圈自由度的完全约束。

进一步的，所述的内圈导向装置，包括：导向块以及第二六角螺栓、弹性垫圈以及与之对应的六角螺母；所述导向块为顶部凹槽的二级阶梯台结构，顶部凹槽内用于嵌设内圈，底部的阶梯台表面分别设置两个第二六角螺栓，通过两个第二六角螺栓将内圈导向装置固定在试验台架体上，所述导向块顶部凹槽中开设用于弯矩加载装置加载的矩形孔；第二六角螺栓与导向块接触通过弹性垫圈的设置，可以起到缓冲、减震的作用；

本方案上述的内圈导向装置，通过导向块的导向功能实现对轴承内圈轴向与径向的加载以及周向约束。

进一步的，所述的径向及弯矩加载装置，包括：两个液压缸、液压缸安装板、平头六角螺栓、平级垫圈、第二滑块、导轨、自调心浮动接口；液压缸通过螺栓安装在液压缸安装板上，液压缸通过平头六角螺栓以及平级垫圈与第二滑块相连，第二滑块安装在导轨上，所述导轨通过螺栓安装在试验台架体上，实现导轨与试验台架体的连接；液压缸顶部设置自调心浮动接口；

当两个液压缸施加的力相等时，转变为只施加径向载荷，当两个液压缸的力大小不同时，施加力大的与施加力小的差值大小与两个液压缸中心跨距距离即为弯矩大小，通过调整两个液压缸的中心距离，实现对跨距的控制，进而控制弯矩的大小；实现了被测轴承在各种复杂工况下的模拟。

本方案上述的径向及弯矩加载装置，通过对两个液压缸的配合使用，来实现对滚动轴承径向力以及弯矩的加载；进一步实现对滚动轴承在复杂工况下的加载。

进一步的，所述自调心浮动接口中含有球形顶块，主要用来补偿活塞杆和缸体之前的偏心误差，防止由于偏心或偏角导致的系统故障，如漏油或活塞杆卡死。其次自调心浮动接口通过减少由于不精确装配或运动引起的摩擦和磨损，有助于延长液压缸的使用寿命。实现了对液压缸的保护。

进一步的，所述试验台架体包括，夹持板固定孔、加强筋安装挡板连接面、底部导轨固定孔、轴向游隙调整装置固定孔以及内圈导向装置连接面；所述夹持板固定孔通过螺栓与夹持板的固定钳身连接，使其固定于试验台架体上；所述加强筋安装挡板连接面通过螺栓与加强筋安装挡板连接，使其固定在试验台架体上；所述底部导轨固定孔通过螺栓与导轨连接，使其固定在试验台架体上；所述轴向游隙调整装置固定孔通过螺栓与安装板连接，使其固定在试验台架体上；所述内圈导向装置连接面通过螺栓与试验台架体连接，使其固定在试验台架体上；通过不同的连接方式使各部分装置固定于试验台架体，保证各部分正常工作。

进一步的，采用测试装置能够获得轴承内圈位移、滚道附近布置应变片，获得轴承的径向刚度以及接触角刚度、滚动体引起接触应变分布；其手段是通过在轴承内圈安装径向位移传感器，并通过设置采集装置与外部的电脑连接。

本发明的角接触球轴承滚动体单元测试试验装置，结合加载装置以及边界载荷约束装置实现对滚动轴承内圈的位移提取、应变提取。通过对角接触球轴承在有限元中进行仿真分析，实现对单体载荷的研究并与理论模型进行对比，进一步实现对滚动轴承滚动体单元承载的有效性验证。

采用本发明的试验装置的有益效果是：

（1）发明了一种滚动体承载单元的试验装置，能够对多个承载滚动体单元测试试验，能够用于研究多个滚动体承载时的力学特性。

（2）具有轴向游隙调整装置以及滚动体偏转装置，通过调整轴向游隙调整装置位移量实现对轴向游隙的调整，从而实现滚动体与滚道接触角调整。

（3）具有滚动体偏转装置，推动滚动体相对于内外圈在法相线方向上的夹角变化，能够调整滚动体与载荷方向的位置角，来实现对滚动体与滚道位置角的调整，用于模拟滚动体转动引起的位置角度的变化。

（4）具有外圈夹持装置、滚动体夹持装置、内圈导向装置，外圈夹持装置通过夹持板以及挡板对可分离式箱体的夹持实现轴承外圈自由度的全约束。滚动体夹紧装置通过矩形块对保持架的夹持实现滚动体公转自由度的限制。内圈导向装置通过导向块的导向功能实现对轴承内圈轴向与径向的加载以及周向约束。结合以上装置进一步实现对滚动轴承的边界载荷约束。

（5）具有径向及弯矩加载装置。径向及弯矩加载装置通过对两个液压缸的配合使用，来实现对滚动轴承径向力以及弯矩的加载。进一步实现对滚动轴承在复杂工况下的加载。

（6）具有角接触球轴承滚动体单元测试试验装置，结合加载装置以及边界载荷约束装置实现对滚动轴承内圈的位移提取、应变提取。通过对角接触球轴承在有限元中进行仿真分析，实现对单体载荷的研究并与理论模型进行对比，进一步实现对滚动轴承滚动体单元承载的有效性验证。

附图说明

图1为整体轴承加载原理正视图。

图2为整体轴承载荷分布原理图。

图3为滚动体单元载荷分布原理图。

图4为本发明整体结构轴测图。

图5为图4局部的侧视图（未装配试验台架体）。

图6为轴向游隙调整装置轴测图。

图7为轴向游隙调整装置功能图。

图8为轴向游隙调整装置原理图。

图9为滚动体偏转与夹紧装置结构图。

图10为滚动体偏转与夹紧装置功能图。

图11为外圈夹持装置结构图。

图12为图11的局部结构图。

图13为内圈导向装置结构图。

图14为径向及弯矩加载装置结构图。

图15为径向及弯矩加载装置原理图。

图16为试验台架体轴测图。

图17为滚动轴承滚动体单元承载试验装置走线图。

图18滚动轴承滚动体单元承载试验装置测试原理图。

图19为应变片布置图。

图20为应变片布置原理图。

图中：1为外圈夹持装置；2为滚动体偏转与夹紧装置；3为内圈导向装置；4为径向及弯矩加载装置；5为轴向游隙调整装置；6为被测轴承；7为试验台架体；11为第一旋钮；12为第一滑块；13为固定块；14为千分尺；15为固定螺栓；16为安装板；21为矩形块夹紧挡板；22为第一六角螺栓；23为推动六角螺栓；24为保持架偏转指针；25为保持架；30为固定钳身；301为移动钳身；31为丝母；32为固定钳身定位孔；33为第二旋钮；34为夹持板；35为内六角螺栓；36为加强筋挡板；37为螺母；38为开口销；39为丝杆；40为可分离式箱体；41为导向块；42为第二六角螺栓；43为弹性垫圈；44为六角螺母；51为自调心浮动接口；52为液压缸；53为液压缸安装板；54为平头六角螺栓；55为平级垫圈；56为第二滑块；57为导轨； 71为夹持板固定孔；72为加强筋安装挡板连接面；73为底部导轨固定孔；74为轴向游隙调整装置固定孔；75为内圈导向装置连接面； 81为径向位移传感器；82为采集装置；83为电脑；86为应变片。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，结合附图4、5所示，其主要包括轴向游隙调整装置5，滚动体偏转与夹紧装置2，外圈夹持装置1，内圈导向装置3，径向及弯矩加载装置4，被测轴承6与试验台架体7；

其具体结构如下：

轴向游隙调整装置；

如图6-8所示，所述的轴向游隙调整装置，包括：第一旋钮11、第一滑块12、固定块13、千分尺14、固定螺栓15以及安装板16；第一滑块12内部设有固定块13，第一滑块12的一端设置第一旋钮11，与第一旋钮11相对的滑块12一端安装千分尺14，通过固定螺栓15将轴向游隙调整装置固定在安装板16上，安装板16通过螺栓安装在试验台架体7的双杠式架体上，从而实现对轴向游隙调整装置的安装；使用时，通过转动第一旋钮11，第一滑块12可以在固定滑道上进行位移，从而带动第一滑块12沿着轴向移动，进而推动轴承内圈使内圈移动，移动量通过千分尺14进行手动测量，从而实现对轴承轴向位移量δ的精确控制；

在无载荷状态下，轴承会存在轴向游隙与径向游隙，消除轴向游隙后，将使球和滚道发生接触并于径向平面形成倾斜角，从而产生一个不等于0°的接触角α ⁰。角接触球轴承就是专门专为承受推力载荷而设计的，轴承的初始接触角将由无载荷时的游隙和滚道沟曲率共同确定。图8表明了消除轴向游隙后轴承的几何关系。从中可以看出，内、外沟曲率中心O′和O′′之间的距离为A=r ₀+r _i-D，其中D为球直径，代入r=fD得：A=（f ₀ +f _i -1）D，式中B=（f ₀ + f _i -1）是轴承的总曲率。从图中还可以看出初始接触角是球与内外滚道接触点连线和垂直于轴承旋转轴线的径向平面之间的夹角。初始接触角的大小可由下式确定：cosα ⁰=（A/2-P _d /4）/（A/2）或α ⁰=cos ^-1（1-P _d /2A）。如果轴承装配采用过盈配合，则必须改变套圈的直径以减少径向游隙，这样才能得到初始接触角。所以α ⁰=cos ^-1（1-（P _d +∆P _d ）/2A），由于存在径向游隙，向心轴承在无载荷状态下可以在轴向自由浮动。初始轴向游隙定义为零载荷下内圈相对于外圈的最大轴向移动量。由图得：P _e =2Asinα ⁰通过以上公式可以发现轴向游隙与接触角之间的关系，结合轴向游隙调整装置从而实现对轴向游隙的调整。

滚动体偏转与夹紧装置；

如图9-10所示，所述的滚动体偏转与夹紧装置，包括：矩形块夹紧挡板21、第一六角螺栓22、推动六角螺栓23；所述矩形块夹紧挡板21位于保持架25上部，所述保持架25上安装有保持架偏转指针24；使用时，保持架25通过推动六角螺栓23进行夹紧，推动六角螺栓23安装在矩形块夹紧挡板21上，通过第一六角螺栓22将矩形块夹紧挡板21固定在可分离式箱体40上，可分离式箱体40通过夹紧机构固定在试验台架体7上，实现对滚动体公转自由度的约束；通过拧紧推动六角螺母23进而推动保持架25，保持架25带动滚动体在滚道上偏转，得到滚动体的偏转位置角θ _y ，实现了对于滚动体的偏转；

滚动体偏转与夹紧装置的设置，推动滚动体相对于内外圈在法线方向上的夹角变化，能够调整滚动体与载荷方向的位置角，来实现对滚动体与滚道位置角θy的调整，用于模拟滚动体转动引起的位置角度的变化；滚动体夹紧装置通过矩形块对保持架的夹持实现滚动体公转自由度的限制。

外圈夹持装置；

如图11-12所示，所述的外圈夹持装置，包括：虎钳装配体和位于虎钳装配体下方的可分离式箱体40，可分离式箱体为四周分别设置夹持板34且上下开放贯通的腔体结构，轴承承载单元配合于腔体内；虎钳装配体设置于可分离式箱体40上，所述虎钳装配体包括固定钳身30和移动钳身301；虎钳装配体的移动钳身301靠近于可分离式箱体40一侧的夹持板34上；固定钳身30固定设置，移动钳身301移动设置在固定钳身30上，固定钳身30连接在移动钳身301所连接的夹持板相对侧的另一个夹持板；移动钳身301带动夹持板向固定钳身30方向的夹持板靠近或远离来对轴承夹紧；所述两个夹持板分布在轴承承载单元的两端且用于夹持轴承承载单元的外圈两端的两个剖分面上；

进一步的，所述的固定钳身30内部嵌入有丝杆39，丝杆39上螺纹配合连接有丝母31，丝母31与移动钳身301固定连接，丝杆39一端从固定钳身30的一端旋入并设置第二旋钮33，丝杆39另一端伸出固定钳身30并通过开口销38固定；固定钳身30的两端设置固定钳身定位孔32，用于与试验台架体7的固定；使用时，通过转动固定钳身30的第二旋钮33，实现丝杆39的转动，丝杆39带动与之配合的丝母31，丝母31上方通过销轴与移动钳身301连接，实现对夹持板距离的控制；

进一步的，可分离式箱体40的另外两个相对的两个夹持板分别与固定钳身30两端的定位孔32同向；其中一个夹持板方向的一端还设置加强筋挡板36，加强筋挡板36通过螺栓35与可分离式箱体40固定；

安装时，首先将固定钳身30通过螺栓穿过定位孔32固定在试验台架体7上，将移动钳身301带动可分离式箱体40的夹持板向相对侧进行移动进行夹紧；实现对轴承外圈Y方向自由度的限制；通过内六角螺栓35与加强筋挡板36将可分离式箱体40进行夹紧，实现对轴承外圈X、Z方向自由度的限制；从而实现轴承外圈自由度的完全约束。

内圈导向装置；

如图13所示，所述的内圈导向装置，包括：导向块41以及第二六角螺栓42、弹性垫圈43以及与之对应的六角螺母44；所述导向块41为带顶部凹槽的二级阶梯台结构，顶部凹槽内用于嵌设内圈，底部的阶梯台表面分别设置两个六角螺栓42，通过两个第二六角螺栓42将内圈导向装置固定在试验台架体7上，所述导向块41顶部凹槽中开设用于弯矩加载装置加载的矩形孔；第二六角螺栓42与导向块41接触通过弹性垫圈43的设置，可以起到缓冲、减震的作用；

上述的内圈导向装置，通过导向块41的导向功能实现对轴承内圈轴向与径向的加载以及周向约束，δry=0， θrx=0，θrz=0。

径向及弯矩加载装置；

如图14-15所示，所述的径向及弯矩加载装置，包括：两个液压缸52、液压缸安装板53、平头六角螺栓54、平级垫圈55、第二滑块56、导轨57、自调心浮动接口51；液压缸52通过螺栓安装在液压缸安装板53上，液压缸52通过平头六角螺栓54以及平级垫圈55与第二滑块56相连，第二滑块56安装在导轨57上，所述导轨57通过螺栓安装在试验台架体7上，实现导轨57与试验台架体7的连接；液压缸52顶部设置自调心浮动接口51；

当两个液压缸52施加的力相等时，转变为只施加径向载荷，当两个液压缸52的力大小不同时，施加力大的与施加力小的差值大小与两个液压缸52中心跨距距离即为弯矩大小，通过调整两个液压缸52的中心距离，实现对跨距的控制，进而控制弯矩的大小；实现了被测轴承在各种复杂工况下的模拟。

本方案上述的径向及弯矩加载装置，通过对两个液压缸52的配合使用，来实现对滚动轴承径向力以及弯矩的加载；进一步实现对滚动轴承在复杂工况下的加载。

如图16所示，所述试验台架体包括，夹持板固定孔71、加强筋安装挡板连接面72、底部导轨固定孔73、轴向游隙调整装置固定孔74以及内圈导向装置连接面75；所述夹持板固定孔71通过螺栓固定钳身30连接，使其固定于试验台架体7上；所述加强筋安装挡板连接面通72过螺栓与加强筋安装挡板36连接，使其固定在试验台架体7上；所述底部导轨固定孔73通过螺栓与导轨57连接，使其固定在试验台架体7上；所述轴向游隙调整装置固定孔74通过螺栓与安装板16连接，使其固定在试验台架体7上；所述内圈导向装置连接面75通过螺栓与试验台架体7连接，使其固定在试验台架体7上。

如图17-20所示，本试验装置采用测试装置能够获得轴承内圈位移、滚道附近布置应变片86，获得轴承的径向刚度以及接触角刚度、滚动体引起接触应变分布；其手段是通过在轴承内圈安装径向位移传感器81，并通过设置采集装置82与外部的电脑83连接。

所施加的径向载荷为Fr1以及Fr2，测得轴承内圈的径向变形量分别为δ1和δ2，总的径向变形量δz=（δ1+δ2）/2，得到轴承内圈的径向刚度Kr=（Fr1+Fr2）/δz，在Fr1以及Fr2不相等时，轴承内圈的偏转角度θ=（δ2-δ1）/d，通过力矩M以及偏转角度θ得到轴承内圈接触角刚度Sr=M/θ，以及轴承的应变量ε=ε1+ε2+ε3，通过各部分相互配合可以完成多种复杂工况条件下的模拟实验。

Claims (7)

1.可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于，包括：试验台架体，所述试验台架体上集成有外圈夹持装置、滚动体偏转与夹紧装置、内圈导向装置、轴向游隙调整装置、径向及弯矩加载装置及被测轴承；所述试验台架体包括：底部的矩形框架和位于矩形框架上部的双杠式架体，双杠式架体中依次设置外圈夹持装置、滚动体偏转与夹紧装置、内圈导向装置和轴向游隙调整装置；外圈夹持装置与内圈导向装置之间放置被测轴承，所述轴向游隙调整装置位于被测轴承的一侧；位于内圈导向装置下部的矩形框架中设置径向及弯矩加载装置，内圈导向装置中设置用于径向及弯矩加载装置穿设的通孔，所述径向及弯矩加载装置的伸缩端与被测轴承内圈接触，径向及弯矩加载装置的末端滑动安装在矩形框架的底部梁上；

所述的轴向游隙调整装置，包括：第一旋钮、第一滑块、固定块、千分尺、固定螺栓以及安装板；第一滑块内部设有固定块，第一滑块的一端设置第一旋钮，与第一旋钮相对的第一滑块一端安装千分尺，通过固定螺栓将轴向游隙调整装置固定在安装板上，安装板通过螺栓安装在试验台架体的双杠式架体上，从而实现对轴向游隙调整装置的安装；

所述的滚动体偏转与夹紧装置，包括：矩形块夹紧挡板、第一六角螺栓、推动六角螺栓；所述矩形块夹紧挡板位于保持架上部，所述保持架上安装有保持架偏转指针；使用时，保持架通过推动六角螺栓进行夹紧，推动六角螺栓安装在矩形块夹紧挡板上，通过第一六角螺栓将矩形块夹紧挡板固定在可分离式箱体上，可分离式箱体通过夹紧机构固定在试验台架体上，实现对滚动体公转自由度的约束；通过拧紧推动六角螺母进而推动保持架，保持架带动滚动体在滚道上偏转，得到滚动体的偏转位置角θ _y ，实现了对于滚动体的偏转；

所述的外圈夹持装置，包括：虎钳装配体和位于虎钳装配体下方的可分离式箱体，可分离式箱体为四周分别设置夹持板且上下开放贯通的腔体结构，轴承承载单元配合于腔体内；虎钳装配体设置于可分离式箱体上，所述虎钳装配体包括固定钳身和移动钳身；虎钳装配体的移动钳身靠近于可分离式箱体一侧的夹持板上；固定钳身固定设置，移动钳身移动设置在固定钳身上，固定钳身连接在移动钳身所连接的夹持板相对侧的另一个夹持板；移动钳身带动夹持板向固定钳身方向的夹持板靠近或远离来对轴承夹紧；所述两个夹持板分布在轴承承载单元的两端且用于夹持轴承承载单元的外圈两端的两个剖分面上；

所述的固定钳身内部嵌入有丝杆，丝杆上螺纹配合连接有丝母，丝母与移动钳身固定连接，丝杆一端从固定钳身的一端旋入并设置第二旋钮，丝杆另一端伸出固定钳身并通过开口销固定；固定钳身的两端设置固定钳身定位孔，用于与试验台架体的固定；使用时，通过转动固定钳身的第二旋钮，实现丝杆的转动，丝杆带动与之配合的丝母，丝母上方通过销轴与移动钳身连接，实现对夹持板距离的控制；

可分离式箱体的另外两个相对的两个夹持板分别与固定钳身两端的固定钳身定位孔同向；其中一个夹持板方向的一端还设置加强筋挡板，加强筋挡板通过螺栓与可分离式箱体固定；

安装时，首先将固定钳身通过螺栓穿过固定孔固定在试验台架体上，将移动钳身带动可分离式箱体的夹持板向相对侧进行移动进行夹紧；实现对轴承外圈Y方向自由度的限制；通过内六角螺栓与加强筋挡板将可分离式箱体进行夹紧，实现对轴承外圈X、Z方向自由度的限制；从而实现轴承外圈自由度的完全约束。

2.根据权利要求1所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于：所述试验台架体的矩形框架及双杠式架体中均是通过方形管焊接而成。

3.根据权利要求1所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于：所述的内圈导向装置，包括：导向块以及第二六角螺栓、弹性垫圈以及与之对应的六角螺母；所述导向块为顶部凹槽的二级阶梯台结构，顶部凹槽内用于嵌设内圈，底部的阶梯台表面分别设置两个第二六角螺栓，通过两个第二六角螺栓将内圈导向装置固定在试验台架体上，所述导向块顶部凹槽中开设用于弯矩加载装置加载的矩形通孔。

4.根据权利要求1所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于：所述的径向及弯矩加载装置，包括：两个液压缸、液压缸安装板、平头六角螺栓、平级垫圈、第二滑块、导轨、自调心浮动接口；液压缸通过螺栓安装在液压缸安装板上，液压缸通过平头六角螺栓以及平级垫圈与第二滑块相连，第二滑块安装在导轨上，所述导轨通过螺栓安装在试验台架体上，实现导轨与试验台架体的连接；液压缸顶部设置自调心浮动接口。

5.根据权利要求4所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于：所述自调心浮动接口中含有球形顶块。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于：所述试验台架体包括，夹持板固定孔、加强筋安装挡板连接面、底部导轨固定孔、轴向游隙调整装置固定孔以及内圈导向装置连接面；所述夹持板固定孔通过螺栓与夹持板的固定钳身连接，使其固定于试验台架体上；所述加强筋安装挡板连接面通过螺栓与加强筋安装挡板连接，使其固定在试验台架体上；所述底部导轨固定孔通过螺栓与导轨连接，使其固定在试验台架体上；所述轴向游隙调整装置固定孔通过螺栓与安装板连接，使其固定在试验台架体上；所述内圈导向装置连接面通过螺栓与试验台架体连接，使其固定在试验台架体上。

7.根据权利要求1所述的可变接触状态的角接触球轴承滚动体承载单元试验装置，其特征在于：通过在轴承内圈安装径向位移传感器，并通过设置采集装置与外部的电脑连接。