專利名稱：一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置，屬于軸承剛度及主軸系統(tǒng)性能測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
軸承動(dòng)剛度是主軸系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的性能參數(shù)之一，直接影響主軸系統(tǒng)的精度。 對(duì)于主軸軸承結(jié)合部來(lái)說(shuō)，其剛度受很多因素影響，如軸承預(yù)緊力、軸承配對(duì)方式、軸承與軸的配合、轉(zhuǎn)速、軸承溫升等。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究軸承在不同預(yù)緊力、不同配對(duì)方式、 不同轉(zhuǎn)速的情況下，主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度的變化規(guī)律，對(duì)提高機(jī)床加工性能具有重要意義。目前，在研究軸承剛度的問(wèn)題中，包括研究軸承的靜剛度和動(dòng)剛度。它們都反映了結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，不同之處在于靜剛度指的是承受穩(wěn)定載荷時(shí)抵抗靜態(tài)位移變化的能力；而動(dòng)剛度指的是承受交變動(dòng)載荷時(shí)，抵抗動(dòng)態(tài)位移變化能力，動(dòng)剛度是衡量結(jié)構(gòu)抗振能力的主要指標(biāo)，因此研究軸承動(dòng)剛度測(cè)試對(duì)準(zhǔn)確獲得主軸軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性具有更重要意義。鑒于目前測(cè)試軸承結(jié)合部動(dòng)剛度的測(cè)試裝置較少，且都是只考慮單一因素或者只針對(duì)主要影響因素的設(shè)計(jì)，本發(fā)明綜合考慮了多種影響因素來(lái)進(jìn)行測(cè)量，即溫升大小、預(yù)緊力大小、軸承配對(duì)方式和數(shù)量多少。其效果會(huì)更加準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置。用于測(cè)試多種影響因素對(duì)軸承結(jié)合部動(dòng)剛度的影響規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)在于鑒由于設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮了軸承結(jié)合部動(dòng)剛度多個(gè)影響因素，因此本裝置能夠更精確地獲取軸承結(jié)合部軸向剛度、徑向剛度和角剛度。I.本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置，包括驅(qū)動(dòng)部分A，轉(zhuǎn)軸部分B和預(yù)緊力加載測(cè)試裝置D。2.所述驅(qū)動(dòng)A部分主要由電機(jī)3、第一帶輪2、V帶I、第二帶輪6、傳動(dòng)軸5、聯(lián)軸器7、帶座調(diào)心軸承4。2個(gè)帶座調(diào)心軸承4使得帶拉力不作用在軸上，減小了軸的撓度并且提高了軸的旋轉(zhuǎn)精度。聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)速和扭矩傳遞到主軸上。3.所述轉(zhuǎn)軸部分B是一個(gè)多軸承系統(tǒng)，包括前端支撐、后端支撐和主軸。所使用的軸承均為陶瓷角接觸球軸承11，前端支撐的軸承數(shù)量為1-4個(gè)，前端軸承組通過(guò)軸肩、套筒、軸承內(nèi)擋圈13、軸承外擋圈12、第一圓螺母9、前端蓋10、后端蓋14將軸承軸向定位。后端支撐的軸承數(shù)量為1-2個(gè)。后端軸承組通過(guò)軸肩、套筒、第二圓螺母19、后軸封架16、后軸承套15將軸承軸向定位。各個(gè)軸承的內(nèi)圈與主軸過(guò)渡配合，前端軸承的外圈與前軸承座 22間隙配合、后端軸承的外圈與后軸承套15間隙配合，后軸承套15與后軸承座21是動(dòng)配合。前端軸承組能夠重新安裝，變換數(shù)量和配對(duì)方式，有DT (2個(gè)軸承串聯(lián))、DB(背對(duì)背)、 DF (面對(duì)面)、TT (3個(gè)軸承串聯(lián))、TBT (3個(gè)軸承，含有背對(duì)背的串聯(lián))、TFT (3個(gè)軸承，含有面對(duì)面的串聯(lián))、QT(4個(gè)軸承串聯(lián))、QFC(4個(gè)軸承，成對(duì)串聯(lián)的面對(duì)面方式)、QBC(4個(gè)軸承，成對(duì)串聯(lián)的背對(duì)背方式)、QBT (4個(gè)軸承，含有背對(duì)背的3個(gè)串聯(lián))、QFT (4個(gè)軸承，含有面對(duì)面的3個(gè)串聯(lián))。根據(jù)主軸受力情況，后端支撐的軸承組配對(duì)方式依照前端的做相應(yīng)的改變。通過(guò)對(duì)比各種配對(duì)情況的軸承結(jié)合部動(dòng)剛度的變化規(guī)律,為主軸系統(tǒng)動(dòng)特性的研究提供更為準(zhǔn)確的結(jié)論，同時(shí)為不同工況下主軸系統(tǒng)合理選取支撐方式提供了有力的依據(jù)。 圖3所示的是其中一種，即前端TT型、后端DT型的配對(duì)方式。4.所述前軸承座和后軸承座都在軸承安裝部位鉆孔，可以安放溫度傳感器，便于測(cè)得在運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸達(dá)到熱平衡時(shí)軸承外圈的溫升。并且主軸前、后支撐處有塑料保溫罩nl、 n2,塑料保溫罩的存在減少散熱，使得溫升測(cè)量更接近真實(shí)情況。5.所述的預(yù)緊力加載測(cè)試裝置D，其特征在于預(yù)緊力加載裝置D包括拉力蓋18、 第一活結(jié)螺栓20、第二活結(jié)螺栓24、抗壓/抗拉彈簧23、測(cè)力傳感器25、踏板26、第二螺栓 27和加載架。拉力蓋18與轉(zhuǎn)軸部分B中的后軸封架16頂壓配合，與后軸承套15由第一螺栓17連接，抗壓/抗拉彈簧23兩端與第一活結(jié)螺栓20和第二活結(jié)螺栓24相連，第二活結(jié)螺栓24與測(cè)力傳感器25螺紋連接，測(cè)力傳感器25與踏板26用第二螺栓27相連，踏板 26固定在所述加載架上，加載架包括T型槽28、工字鋼29、底架30。踏板26在T型槽28 內(nèi)移動(dòng)，進(jìn)而改變彈簧拉或壓力，達(dá)到改變右端軸承組預(yù)緊力的目標(biāo)。后端軸承組為定位預(yù)緊，按照不同軸承配對(duì)方式，調(diào)整預(yù)緊力。使拉力蓋18受一定壓力(此時(shí)后軸封架16和軸承組左邊的套筒、軸肩壓緊軸承)或者受一定拉力(此時(shí)靠后軸承套15和軸承組右邊的套筒、圓螺母壓緊軸承)，達(dá)到軸承預(yù)緊的目的。定位預(yù)緊力加載測(cè)試裝置設(shè)計(jì)的預(yù)緊力量程為0-3000N。圖3所示的安裝方式，即前端TT，后端相應(yīng)安裝成DT。此時(shí)前端支撐能承受向左的軸向力，后端支撐能能承受向右的軸向力，因此加載預(yù)緊力時(shí)，要使踏板26向左移動(dòng)， 抗壓/抗拉彈簧23受壓，拉力蓋18受壓，最后后軸封架16和軸承組左邊的套筒、軸肩壓緊軸承，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)勢(shì)和有益效果(I)首先，本發(fā)明裝置主要功能能夠獲得不同預(yù)緊力、不同溫升下的軸承結(jié)合部軸向、徑向動(dòng)剛度及角剛度。另外，也能夠加載軸向力、徑向力和扭矩進(jìn)行靜特性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)， 是一個(gè)能完成多種類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的綜合的實(shí)驗(yàn)裝置。(2)其次，本裝置可以獲得較精確的軸承結(jié)合部動(dòng)剛度值，為選擇合理預(yù)緊力及軸承配對(duì)方式提供數(shù)據(jù)依據(jù)。(3)最后，本裝置設(shè)置了塑料保溫套，考慮到了散熱導(dǎo)致的誤差使得結(jié)果更加可
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I是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置驅(qū)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置轉(zhuǎn)軸部分結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)緊力加載裝置結(jié)構(gòu)示意5是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置預(yù)緊力加載裝置中加載架的結(jié)構(gòu)示意圖； 6是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置總體底架的主視圖7是錘擊主軸傳感器的布置圖；圖8是錘擊軸承座傳感器布置圖；圖9是后端軸承結(jié)合部軸向剛度圖；圖10是后端軸承結(jié)合部徑向剛度圖。圖中1V帶、2第一帶輪、3電機(jī)、4帶座調(diào)心軸承、5傳動(dòng)軸、6第二帶輪、7聯(lián)軸器、 8主軸、9第一圓螺母、10前端蓋、11陶瓷角接觸軸承、12軸承外擋圈、13軸承內(nèi)擋圈、14后端蓋、15后軸承套、16后軸封架、17第一螺栓、18拉力蓋、19第二圓螺母、20第一活結(jié)螺栓、 21后軸承座、22前軸承座、23抗壓/抗拉彈簧、24第二活結(jié)螺栓、25測(cè)力傳感器、26踏板、 27第二螺栓、28T型槽、29工字鋼、30底架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)測(cè)試裝置的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明提供一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置，包括系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分A，轉(zhuǎn)軸部分B，預(yù)緊力加載測(cè)試裝置D。前端軸承組是以三個(gè)陶瓷角接觸球軸承串聯(lián)構(gòu)成，軸承組與主軸是過(guò)渡配合，與前軸承座是間隙配合。后端軸承組是由兩個(gè)陶瓷角接觸球軸承串聯(lián)組成，與主軸是過(guò)渡配合，與前軸承座是間隙配合。后端軸承組是定位預(yù)緊。如圖4、圖5所示，加載預(yù)緊力時(shí)，要使踏板26向左移動(dòng)，抗壓/抗拉彈簧23受壓， 拉力蓋18受壓，最后后軸封架16和軸承組左邊的套筒、軸肩壓緊軸承，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。調(diào)整踏板在T行槽內(nèi)的相對(duì)位置并固定其位置，改變彈簧力，因此后端軸承組預(yù)緊力改變，通過(guò)測(cè)力傳感器將預(yù)緊力值測(cè)量出來(lái)。前、后端軸承組能夠進(jìn)行拆卸，重新組裝軸承配對(duì)方式和數(shù)量。驅(qū)動(dòng)部分通過(guò)變頻器可以改變傳到主軸上的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而影響軸承發(fā)熱和溫升。假設(shè)結(jié)構(gòu)X為主軸，結(jié)構(gòu)Y為軸承座，采用單點(diǎn)激勵(lì)單點(diǎn)響應(yīng)的方法進(jìn)行頻響實(shí)驗(yàn),辨識(shí)出主軸軸承結(jié)合部的動(dòng)剛度和阻尼。頻響函數(shù)辨識(shí)公式如下Hxa(Hf -H]) = Hf -Hx(I)Hra(Hf -Hrj) = Hrj (2)/Zjf為整體安裝后X結(jié)構(gòu)(主軸)上結(jié)合點(diǎn)的頻響函數(shù)，丑〗整體安裝后Y結(jié)構(gòu)(軸承座)上結(jié)合點(diǎn)的頻響函數(shù)。這樣由實(shí)測(cè)的頻響函數(shù)值可以識(shí)別出結(jié)合部動(dòng)剛度a j = kj+iwcj(3)本裝置研究的對(duì)象為軸承結(jié)合部動(dòng)剛度，裝配后Hjf、H〗不能直接測(cè)量，只能由可測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)轉(zhuǎn)換得到不可測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)Hf =Hfj +Hf (Hxm -HfJ(4)Hl =Hy (H=)-'(Hfm-Hm)(5)由上面的公式可知，需要測(cè)量的量包括裝配前，主軸上結(jié)合部上點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)矩陣Hx ；裝配前，軸承座上結(jié)合部上點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)矩陣Hy ；裝配前，主軸上測(cè)量點(diǎn)和結(jié)合部上點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)矩陣/Zf ；裝配前，主軸上測(cè)量點(diǎn)與激振點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)矩陣HL ;
裝配前，主軸上激振點(diǎn)與結(jié)合點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)矩陣.裝配后，測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)Hm ;裝配后，軸承座是與大地固接的，固認(rèn)為H〗=0。由此測(cè)得上述5個(gè)傳遞函數(shù)后，就可以得到軸承結(jié)合部參數(shù)Ici和Ci。測(cè)量步驟I.裝配前，用繩子將主軸進(jìn)行懸吊，使主軸處于自由狀態(tài)。加速度傳感器布置如圖7，Tl、T2點(diǎn)是所述結(jié)合部上的點(diǎn)，M點(diǎn)是所述測(cè)量點(diǎn)。Tl、T2、M點(diǎn)各布置一個(gè)加速度傳感器，F(xiàn)點(diǎn)為力錘敲擊的部位。2.裝配前，用繩子分別將左、右軸承座懸吊，進(jìn)行頻響實(shí)驗(yàn)。傳感器布置的部位如圖8。3.裝配后，在特定的預(yù)緊力、配對(duì)方式和轉(zhuǎn)速下，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)30分鐘后，達(dá)到熱平衡，然后停機(jī)測(cè)量。將溫度傳感器放入軸承座上開(kāi)的孔內(nèi)進(jìn)行溫度測(cè)量，最后，進(jìn)行所有測(cè)試數(shù)據(jù)的提取和分析，準(zhǔn)確獲取軸承的動(dòng)剛度。仿真結(jié)果針對(duì)測(cè)試目的，進(jìn)行了仿真分析，圖9、圖10列出后端軸承結(jié)合部動(dòng)剛度變化情況。
權(quán)利要求
1. 一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置，包括驅(qū)動(dòng)部分A，轉(zhuǎn)軸部分B和預(yù)緊力加載測(cè)試裝置D ;其特征在于驅(qū)動(dòng)部分A，包括電機(jī)(3)、第一帶輪(2)、V帶(1)、第二帶輪(6)、2 個(gè)帶座調(diào)心軸承(4)、傳動(dòng)軸(5)、聯(lián)軸器(7);電機(jī)(3)與第一帶輪(2)相連，V帶(I)套在第一帶輪(2)和第二帶輪(6)上，第二帶輪(6)固定在傳動(dòng)軸(5)上，傳動(dòng)軸(5)的一端布置2個(gè)帶座調(diào)心軸承(4)，傳動(dòng)軸(5)的另一端與聯(lián)軸器(7)相連，聯(lián)軸器(7)又與轉(zhuǎn)軸部分B中的主軸⑶相連；轉(zhuǎn)軸部分B是一個(gè)多軸承系統(tǒng)，包括前端支撐、后端支撐和主軸；所使用的軸承均為陶瓷角接觸球軸承(11)，前端支撐的軸承數(shù)量為1-4個(gè)，前端軸承組通過(guò)軸肩、套筒、軸承內(nèi)擋圈(13)、軸承外擋圈(12)、第一圓螺母(9)、前端蓋(10)、后端蓋(14)將軸承軸向定位；后端支撐的軸承數(shù)量為1-2個(gè)；后端軸承組通過(guò)軸肩、套筒、第二圓螺母(19)、后軸封架 (16)、后軸承套(15)將軸承軸向定位；后軸承套(15)與后軸承座(21)為動(dòng)配合,各個(gè)軸承的內(nèi)圈與主軸過(guò)渡配合，前端軸承的外圈與前軸承座(22)間隙配合、后端軸承的外圈與后軸承套(15)間隙配合；前端軸承組和后端軸承組的配對(duì)方式有串聯(lián)、背對(duì)背、面對(duì)面； 所述的預(yù)緊力加載測(cè)試裝置D，包括拉力蓋(18)、第一活結(jié)螺栓(20)、第二活結(jié)螺栓 (24)、抗壓/抗拉彈簧(23)、測(cè)力傳感器(25)、踏板(26)、第二螺栓(27)和加載架；拉力蓋(18)與轉(zhuǎn)軸部分B中的后軸封架(16)頂壓配合，與后軸承套(15)由第一螺栓(17)連接， 抗壓/抗拉彈簧(23)兩端與第一活結(jié)螺栓(20)和第二活結(jié)螺栓(24)相連，第二活結(jié)螺栓(24)與測(cè)力傳感器(25)螺紋連接，測(cè)力傳感器(25)與踏板(26)用第二螺栓(27)相連，踏板(26)固定在加載架上，加載架包括T型槽(28)、工字鋼(29)、底架(30)。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種主軸軸承結(jié)合部動(dòng)剛度測(cè)試裝置，包括驅(qū)動(dòng)部分、轉(zhuǎn)軸部分、固定試驗(yàn)裝置的支架和預(yù)緊力加載測(cè)試裝置。驅(qū)動(dòng)部分有電機(jī)、帶輪、V帶、傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器、帶座調(diào)心軸承。轉(zhuǎn)軸部分包括前端支撐、后端支撐和主軸組成。前端支撐是TT型(三個(gè)軸承串聯(lián)組合方式)安裝的陶瓷角接觸球軸承組，后端支撐是兩個(gè)串聯(lián)的陶瓷角接觸球軸承。預(yù)緊加載測(cè)試裝置使用一個(gè)力傳感器直接測(cè)定加載在軸承外圈的預(yù)緊力大小，具有便于調(diào)節(jié)，靈敏度高的特點(diǎn)。本裝置采用得到不同預(yù)緊力、不同軸承配對(duì)、不同轉(zhuǎn)速情況下更為準(zhǔn)確的結(jié)合部徑向剛度、軸向剛度和角剛度，對(duì)研究機(jī)床主軸軸承結(jié)合部的動(dòng)靜態(tài)特性及確定合理的預(yù)緊力和軸承配對(duì)方式有重要意義。
文檔編號(hào)G01M13/04GK102607847SQ20121005934
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者劉志峰, 劉美榮, 趙永勝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)