滚动轴承多功能疲劳寿命试验台制造技术

本发明专利技术公开了一种滚动轴承多功能疲劳寿命试验台，它由驱动部分、试验部分、加载部分、控制部分、数据采集部分组成；驱动部分由电动机、多楔带轮、多楔带、特制多楔带轮组成；试验部分由试验主轴、支撑轴承、支撑轴承座、试验轴承、试验轴承箱、试验轴承箱架、试验轴承箱架固定桁架、轴承止推环、油封圈组成；加载部分由拉杆、衔铁、电磁铁阵、电磁铁阵底座、螺母、若干砝码组成；控制部分由由计算机、电流控制器、程控电源组成，数据采集部分由由振动传感器、温度传感器、压力传感器和振动、温度、压力数据采集系统组成。采用本发明专利技术可对单套或多套滚动轴承进行疲劳寿命试验，且可对各套滚动轴承分别施加不同加载方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对滚动轴承进行疲劳寿命试验的装置，尤其是一种可对单套或多套滚动轴承进行疲劳寿命试验，并且可对各套滚动轴承分别施加恒定应力、步进应力、序进 应力、序降应力、伪随机应力和循环应力等不同加速退化方式的多功能疲劳寿命试验的装置。
技术介绍
滚动轴承是机械产品中重要的零部件，是旋转机械中的关键部件之一，具有传递 运动和承受载荷等功能。但是，滚动轴承也是机械产品中主要故障源之一，有统计资料分析 结果表明旋转机械30%的故障与轴承失效有关，轴承可靠性的高低和寿命的长短直接影 响机械系统的整体性能。因此针对滚动轴承的加速寿命试验和加速退化试验，对于探寻滚 动轴承的失效机理和故障演化规律具有非常重要的意义。20世纪30年代到40年代，Lundberg和Palmgren针对材料为52100轴承钢的滚 动轴承做了大量的试验，根据1500多套球轴承、滚子轴承的寿命试验结果，在Weibull分布 理论的基础上，通过统计分析获得了负载与寿命的关系式，俗称L-P公式。随着轴承制造技 术不断发展，轴承的制造精度和几何结构得到了不断的提高和改进。目前，有近百种不同类 型的滚动轴承。另外随着材料科学的发展，当代的52100轴承钢与以前相比，其纯度和材料 一致性都较L-P做实验时的52100轴承钢为好，而且现在轴承材料的选择已经不仅仅局限 于轴承钢。目前制备轴承的材料有轴承钢、合金钢、陶瓷甚至塑料等。因此，为了评估新材 料、新的材料处理工艺和新几何结构滚动轴承的疲劳寿命，还需要对滚动轴承进行疲劳寿 命试验。随着材料科学的发展，加工工艺水平的提高，使用过程中润滑条件的改进，轴承的 寿命越来越长。另外来自武器、工业等方面的需求也推动轴承向长寿命方向发展。如自来 水设备、矿山排水设备、发电设备等要求轴承24小时连续无故障运转100000 200000小 时，相当于连续无故障运转11 22年，即使是如家用电器、电动工具、一般机械等对寿命要 求相对较低的使用场合也要求轴承在间断或不间断运转下无故障工作4000 8000小时。 因此，在绝大多数情况下，若分析轴承的寿命，必须采用加速疲劳寿命试验来获取轴承在高 应力水平下的疲劳寿命，并通过加速模型估计不同应力水平下的疲劳寿命，以缩短试验时 间和节约试验成本。目前，针对滚动轴承的强化试验机有很多，如SKF公司的R2、R3滚动轴承疲劳寿命 强化试验机、杭州轴承试验研究中心有限公司的ABLT-1A、ABLT-2A滚动轴承疲劳寿命强化 试验机，但这些强化试验机均不能对单个轴承进行疲劳寿命试验，并且只能进行恒定应力 和步进应力两种加载方式进行试验。如ABLT-1A、R2和R3的试验部分由试验主轴、试验轴 承和三块外圈套板组成，试验主轴的直径与试验轴承的内径相同，外圈套板为方形钢板，中 间开有圆形通孔，通孔直径与试验轴承外径相同，其中两块外圈套板厚度相同，比试验轴承 高度略大，另外一块外圈套板的厚度比试验轴承高度两倍略大。试验主轴上等间距安装试 验轴承，将最厚的外圈套板套住中间两套试验轴承，将另外两块外圈套板分别套在两侧试验轴承上，对中间外圈套板进行加载，两侧外圈套板进行支撑。这种试验机只能对4套滚动 轴承进行疲劳寿命试验。ABLT-IA加载部分由砝码、液压装置组成，其中液压装置包括油泵、 液压油和液压推力器组成。砝码的重量通过油泵作用于液压油上，增大液压油的压强，液压 油通过液压推力器产生相应的径向加载力和轴向加载力分别作用在试验部分的中间外圈 套板和两侧外圈套板上。砝码质量的配置呈级数变化，不可能实现载荷连续可变，故这种试 验装置只能进行恒定应力和步进应力两种加载方式的滚动轴承疲劳寿命试验。但是随着统 计理论的发展，涌现一些序进应力、伪随机应力、循环应力等加载方式的处理方法，使得针 对这些加载方式的滚动轴承疲劳寿命强化试验的基础理论基本成熟，可惜目前尚未有公开 资料及产品涉及对滚动轴承采用这些加载方式的疲劳寿命试验装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可对单套或多套滚动轴承进行疲劳寿命试 验，并且可对各套滚动轴承分别施加恒定应力、步进应力、序进应力、序降应力、伪随机应力 和循环应力等不同加载方式的多功能疲劳寿命试验的装置。本专利技术的技术方案是本专利技术由驱动部分、试验部分、加载部分、控制部分、数据采 集部分组成。驱动部分的电动机主轴通过多楔带驱动试验部分的试验主轴。控制部分的电 流控制器通过导线与驱动部分的电动机相连，根据试验方案的要求控制驱动部分的电动机 转速对试验部分进行驱动；控制部分的程控电源与加载部分电磁铁绕线圈通过导线相连， 根据试验方案中试验轴承的加载方式和加载应力大小控制加载部分对试验部分的试验轴 承进行加载，加载部分根据控制部分发出的指令对试验轴承施加相应的加载方式和加载应 力。数据采集部分采集试验部分试验轴承实际所受的加载应力以及试验部分试验轴承的振 动、温度信号并反馈到控制部分，控制部分根据数据采集部分返回的加载应力的信息修正 向加载部分发出的加载方式和加载应力大小的指令，形成闭环控制回路。驱动部分由电动机、多楔带轮、多楔带、特制多楔带轮组成。多楔带轮通过螺钉固 定在电动机的转子上，与电动机转子主轴保持同步运动。特制多楔带轮通过螺钉固定在试 验部分的试验主轴的端面上。多楔带轮通过多楔带带动特制多楔带轮运转。电动机采用伺 服电机，转速要求在0 2000转/分范围内程控可调，电动机固定在地面上，位于试验部分 试验主轴驱动端的斜下方；多楔带轮直径不得超过电动机尾部鼠笼的直径，厚度略大于电 动机转子留出的长度。多楔带选用与多楔带轮和特制多楔带轮相匹配的多楔带，用于连接 多楔带轮和特制多楔带轮。特制多楔带轮的外形与多楔带轮相同，不同的是特制多楔带轮 中心不是一个带有键槽的通孔，而是以特制多楔带轮中心为圆心呈圆周均勻分布的L个通 孔，通孔直径大于螺钉螺杆的直径。特制多楔带轮的直径为多楔带轮的1/5 1/4，使得多 楔带轮驱动的特制多楔带轮的转速约为多楔带轮转速的4 5倍，通过调整多楔带轮直径 和特制多楔带轮直径之间的比例控制电动机的转速与试验部分的试验主轴的转速之间的 关系。L为4 6。试验部分由试验主轴、4套支撑轴承、2套支撑轴承座、2个支撑轴承止推环、2N-4 套试验轴承、2N-4套试验轴承箱、2N-4套试验轴承箱架、2N-4套试验轴承箱架桁架、2N-4个 试验轴承止推环、4N-8套油封圈组成。N为正整数，一般为3 5。试验主轴是采用合金钢制备的形如多个直径不同的圆柱体连接而成的整体，从中8间到两端，轴直径对称地跳跃式减小，过试验主轴中心线的剖视图形如阶梯，因此叫阶梯 轴，中间直径最大的圆柱体为第一阶梯，以第一阶梯为起点，向试验主轴两侧延伸的直径不 同的圆柱体依次为第2、3……N阶梯。位于试验主轴中心的轴直径最大的第一阶梯为支撑 轴承内侧的挡肩，位于第一阶梯两侧的两个第二阶梯的直径相同，其上分别套有2套支撑 轴承，第二阶梯的直径大小与支撑轴承的内径为过盈配合，过盈量参照相关轴承使用标准。 试验主轴上直径比第二阶梯轴直径更小的第3至第N阶梯上套有内径与其直径为过盈配合 的试验轴承，过盈量参照相关轴承使用标准。除第一阶梯外，其余阶梯在靠近轴两端的轴颈 处均开有凹槽，凹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滚动轴承多功能疲劳寿命试验台，其特征在于该试验台由驱动部分、试验部分、加载部分、控制部分、数据采集部分组成；驱动部分的电动机（１７）主轴通过多楔带（１９）驱动试验部分的试验主轴（１６），控制部分的电流控制器（３６）通过导线与驱动部分的电动机（１７）相连，根据试验方案的要求控制驱动部分的电动机（１７）转速对试验部分进行驱动；控制部分的程控电源（３５）与加载部分电磁铁绕线圈通过导线相连，根据试验方案中试验轴承（１４）的加载方式和加载应力大小控制加载部分对试验部分的试验轴承（１４）进行加载，加载部分根据控制部分发出的指令对试验轴承（１４）施加相应的加载方式和加载应力；数据采集部分采集试验部分试验轴承（１４）实际所受的加载应力以及试验部分试验轴承（１４）的振动、温度信号并反馈到控制部分，控制部分根据数据采集部分返回的加载应力的信息修正向加载部分发出的加载方式和加载应力大小的指令，形成闭环控制回路；驱动部分由电动机（１７）、多楔带轮（１８）、多楔带（１９）、特制多楔带轮（２２）组成：多楔带轮（１８）通过螺钉固定在电动机（１７）的转子上，与电动机（１７）４５）固定在地面上，电磁铁阵（４４）嵌入到电磁铁阵底座（４５）内并采用螺栓固定；拉杆（４１）为铝合金材料制成的长条形杆，拉杆（４１）的上端为叉（４１２），叉（４１２）的两耳对称开有圆孔，用螺栓将其固定在试验轴承箱架底板（２６２）中心的圆环（２６１０）上；拉杆（４１）的一端为光滑圆杆，另一端为螺纹，拉杆（４１）的长度满足竖直悬挂在试验轴承箱架底板（２６２）上的圆环（２６１０）内时，螺杆端距地面的距离大于电磁铁阵（４４）中心距地面的距离；衔铁（４３）的材料与普通马蹄形电磁铁衔铁（４３）的材料相同，外形为圆形薄板，衔铁（４３）直径比电磁铁阵（４４）直径大；衔铁（４３）的中心开有螺纹通孔，衔铁（４３）通过螺纹通孔（４３１）旋在拉杆（４１）的螺纹部分；电磁铁阵（４４）为Ｍ个Ｕ形电磁铁在３６０°圆周内均匀分布而成，每个Ｕ形电磁铁为由长方体铁芯弯成的Ｕ形，长方体铁芯材料与普通马蹄形电磁铁的铁芯相同；电磁铁Ｕ形底部（４４３）的中间沿臂（４４１）方向开有通孔（４４２），Ｕ形底部（４４３）用表面有绝缘膜的铜导线缠绕，线圈的匝数根据电磁铁需产生的电磁强度确定，绕制过程转子主轴保持同步运动；特制多楔带轮（２２）通过螺钉固定在试验部分的试验主轴（１６）的端面上；多楔带轮（１８）通过多楔带（１９）...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐东，徐永成，陈循，杨拥民，陶俊勇，李兴林，张燕辽，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]