本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與外圈滾道間接觸載荷的測量方法，屬于科學研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

單排四點角接觸球轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)、外圈上各有兩條滾道，每個套圈上的兩條滾道由兩段中心不重合的圓弧構(gòu)成。該類型的轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、鋼球與滾道為四點接觸，可以同時承受軸向力、徑向力及傾覆力矩。在回轉(zhuǎn)式焊接操作機、中小型起重機和挖掘機等工程機械上有著非常廣泛的應(yīng)用，風力發(fā)電機的偏航、變槳軸承目前也大量采用四點接觸球結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)盤軸承。

大部分的轉(zhuǎn)盤軸承尺寸相對較大并廣泛應(yīng)用于大型的工程機械，其安全性問題尤為突出，因而眾多研究者討論了轉(zhuǎn)盤軸承的選型計算問題，這些選型計算多依靠轉(zhuǎn)盤軸承的載荷-力矩承載曲線。轉(zhuǎn)盤軸承的承載曲線是轉(zhuǎn)盤軸承在工作過程中許用的承載極限，其中靜載荷承載曲線是指轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與滾道接觸處達到許用接觸應(yīng)力時的軸承靜載荷承載能力；動載荷承載曲線是指一批相同結(jié)構(gòu)尺寸的轉(zhuǎn)盤軸承，其中90％的使用壽命達到或者超過標準工作循環(huán)數(shù)時的動載荷承載曲線，對比分析各種轉(zhuǎn)盤軸承生產(chǎn)廠家的承載曲線圖可以發(fā)現(xiàn)，即使同種材料、類型一致、尺寸相同的轉(zhuǎn)盤軸承，其承載曲線也不盡相同，造成承載曲線差異的最主要原因在于轉(zhuǎn)盤軸承載荷分布計算方法的差異。

和其他類型的轉(zhuǎn)盤軸承一樣，單排四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承工作時一般也是作轉(zhuǎn)速很低的回轉(zhuǎn)運動或間歇擺動，各元件上的應(yīng)力變化次數(shù)相對于其他滾動軸承很少，故而其主要失效形式是各元件在靜載荷或沖擊載荷作用下產(chǎn)生的塑性變形，局部點蝕、剝落以及滾動體破碎等。轉(zhuǎn)盤軸承的主要失效形式?jīng)Q定了內(nèi)部的載荷分布狀態(tài)分析的重要意義。載荷分布狀態(tài)決定受載最大滾動體位置及載荷值的大小；軸承內(nèi)的載荷分布狀態(tài)也為內(nèi)、外圈與外結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)的螺栓強度校核提供重要數(shù)據(jù)；另外，軸承內(nèi)部的載荷分布狀態(tài)決定了固定圈與活動圈之間的相對位移，間接決定了軸承的剛性。

現(xiàn)階段國內(nèi)對轉(zhuǎn)盤軸承載荷分布的研究主要是理論分析，并且對同一軸承使用不同方法得出的結(jié)果也不盡相同。所以計算結(jié)果必須與實驗臺實驗數(shù)據(jù)進行對比。并且工廠生產(chǎn)出轉(zhuǎn)盤軸承的壽命與可靠性大多采用實驗臺實驗得到。如果需要更深入地研究轉(zhuǎn)盤軸承，提出更精確的理論模型就更加需要通過實驗臺進行實驗。而要完成這些實驗，首先得解決轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)部接觸載荷的測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與外圈滾道間接觸載荷的測量方法，以解決轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)部接觸載荷的測量問題，便于進行轉(zhuǎn)盤軸承接觸載荷分布的相關(guān)研究。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與外圈滾道間接觸載荷的測量方法，所述方法的具體步驟如下：

Step1、加工電渦流位移傳感器4安裝孔：在轉(zhuǎn)盤軸承外圈5加工有電渦流位移傳感器4安裝孔，電渦流位移傳感器4安裝孔的公稱直徑為b且b≥a，電渦流位移傳感器4安裝孔的軸線與垂直于轉(zhuǎn)盤軸承軸線的徑向平面間的夾角等于轉(zhuǎn)盤軸承的初始接觸角且電渦流位移傳感器4安裝孔的軸線與轉(zhuǎn)盤軸承軸線在同一平面內(nèi)，電渦流位移傳感器4安裝孔的縱向深度下滿足被測面位移大小的變化范圍介于電渦流位移傳感器4的分辨率和量程之間；其中，a表示電渦流位移傳感器4的最小被測面直徑，電渦流位移傳感器4安裝孔的底面為被測面；

Step2、安裝電渦流位移傳感器4并測量：將電渦流位移傳感器4通過電渦流位移傳感器安裝套3安裝于電渦流位移傳感器4安裝孔中，通過電渦流位移傳感器4測得轉(zhuǎn)盤軸承受載時被測面的位移；

Step3、將被測面的位移轉(zhuǎn)換為接觸載荷：通過有限元仿真分析模擬轉(zhuǎn)盤軸承的受載工況計算后可得到被測面的位移為s 時，滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間的接觸載荷為；再通過最小二乘法，將這些對應(yīng)數(shù)據(jù)擬合為被測面的位移和滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間接觸載荷的轉(zhuǎn)換公式：

F =A s³+B s²+C s+ D

其中，A 、B 、C 和D 均為由最小二乘法求得的系數(shù)。

所述轉(zhuǎn)盤軸承為無齒式單排四點接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承。

其中，有限元分析中，采用的是ANSYS有限元分析軟件。電渦流位移傳感器4能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨率地測量被測體6的被測面距探頭表面間的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具，能準確測量被測體6（必須是金屬導體）的被測面與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化。另外，為保證電渦流位移傳感器4的測量性能，被測體6上的被測面不得小于最小被測面，且最小被測面通常以直徑為a的圓面表示。

本發(fā)明的有益效果是：

由于滾動體與滾道接觸處的接觸應(yīng)力非常大（超過1GPa），無法用傳感器直接測量出接觸載荷，也無法直接測量出接觸變形。而以上的間接測量方法，實現(xiàn)了滾動體與滾道間接觸載荷的測量。

可在轉(zhuǎn)盤軸承外圈沿圓周方向加工多個電渦流位移傳感器安裝孔，并安裝多個電渦流位移傳感器進行測量。其中，電渦流位移傳感器安裝孔沿圓周的位置和電渦流位移傳感器安裝孔的數(shù)量根據(jù)具體研究目的而定?？傻玫睫D(zhuǎn)盤軸承受載時，圓周方向不同位置的接觸載荷，進行轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)部接觸載荷分布的相關(guān)研究。

在實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)部接觸載荷分布的測量基礎(chǔ)上，可研究聯(lián)接螺栓的數(shù)目和分布以及轉(zhuǎn)盤軸承支架的結(jié)構(gòu)等對轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)部接觸載荷分布的影響，進而對聯(lián)接螺栓的數(shù)目和分布以及支架的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

附圖說明

圖1是單排四點接處球式轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是單排四點接處球式轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)分解示圖；

圖3是電渦流位移傳感器的工作示意圖；

圖4是電渦流位移傳感器與安裝套的安裝示意圖；

圖5是電渦流位移傳感器與轉(zhuǎn)盤軸承的安裝示意圖；

圖6是電渦流位移傳感器與轉(zhuǎn)盤軸承的安裝剖面圖；

圖中各標號：1-轉(zhuǎn)盤軸承內(nèi)圈、2-滾動體、3-位移傳感器安裝套、4-電渦流位移傳感器、5-轉(zhuǎn)盤軸承外圈、6-被測體、L1-電渦流位移傳感器安裝孔的軸線、L2-轉(zhuǎn)盤軸承軸線、E-垂直于轉(zhuǎn)盤軸承軸線的徑向平面、c-電渦流位移傳感器安裝孔的軸線與垂直于轉(zhuǎn)盤軸承軸線的徑向平面間的夾角。

具體實施方式

實施例1：如圖1-6所示，一種轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與外圈滾道間接觸載荷的測量方法，所述方法的具體步驟如下：

Step1、加工電渦流位移傳感器4安裝孔：在轉(zhuǎn)盤軸承外圈5加工有電渦流位移傳感器4安裝孔，電渦流位移傳感器4安裝孔的公稱直徑為b且b≥a，電渦流位移傳感器4安裝孔的軸線與垂直于轉(zhuǎn)盤軸承軸線的徑向平面間的夾角等于轉(zhuǎn)盤軸承的初始接觸角且電渦流位移傳感器4安裝孔的軸線與轉(zhuǎn)盤軸承軸線在同一平面內(nèi)，電渦流位移傳感器4安裝孔的縱向深度下滿足被測面位移大小的變化范圍介于電渦流位移傳感器4的分辨率和量程之間；其中，a表示電渦流位移傳感器4的最小被測面直徑，電渦流位移傳感器4安裝孔的底面為被測面；

Step2、安裝電渦流位移傳感器4并測量：將電渦流位移傳感器4通過電渦流位移傳感器安裝套3安裝于電渦流位移傳感器4安裝孔中，通過電渦流位移傳感器4測得轉(zhuǎn)盤軸承受載時被測面的位移；

Step3、將被測面的位移轉(zhuǎn)換為接觸載荷：通過有限元仿真分析模擬轉(zhuǎn)盤軸承的受載工況計算后可得到被測面的位移為s 時，滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間的接觸載荷為；再通過最小二乘法，將這些對應(yīng)數(shù)據(jù)擬合為被測面的位移和滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間接觸載荷的轉(zhuǎn)換公式：

F =A s³+B s²+C s+ D

其中，A 、B 、C 和D 均為由最小二乘法求得的系數(shù)。

所述轉(zhuǎn)盤軸承為無齒式單排四點接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承。

實施例2：如圖1-6所示，一種轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與外圈滾道間接觸載荷的測量方法，所述方法的具體步驟如下：

Step1、加工電渦流位移傳感器4安裝孔：在轉(zhuǎn)盤軸承外圈5加工有電渦流位移傳感器4安裝孔，電渦流位移傳感器4安裝孔的公稱直徑為b且b≥a，電渦流位移傳感器4安裝孔的軸線與垂直于轉(zhuǎn)盤軸承軸線的徑向平面間的夾角等于轉(zhuǎn)盤軸承的初始接觸角且電渦流位移傳感器4安裝孔的軸線與轉(zhuǎn)盤軸承軸線在同一平面內(nèi)，電渦流位移傳感器4安裝孔的縱向深度下滿足被測面位移大小的變化范圍介于電渦流位移傳感器4的分辨率和量程之間；其中，a表示電渦流位移傳感器4的最小被測面直徑，電渦流位移傳感器4安裝孔的底面為被測面；

Step2、安裝電渦流位移傳感器4并測量：將電渦流位移傳感器4通過電渦流位移傳感器安裝套3安裝于電渦流位移傳感器4安裝孔中，通過電渦流位移傳感器4測得轉(zhuǎn)盤軸承受載時被測面的位移；

Step3、將被測面的位移轉(zhuǎn)換為接觸載荷：通過有限元仿真分析模擬轉(zhuǎn)盤軸承的受載工況計算后可得到被測面的位移為s 時，滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間的接觸載荷為；再通過最小二乘法，將這些對應(yīng)數(shù)據(jù)擬合為被測面的位移和滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間接觸載荷的轉(zhuǎn)換公式：

F =A s³+B s²+C s+ D

其中，A 、B 、C 和D 均為由最小二乘法求得的系數(shù)。

實施例3：如圖1-6所示，測量洛陽軸承廠型號為787/434G2的單排四點接觸球式轉(zhuǎn)盤軸承（無齒式），此類轉(zhuǎn)盤軸承主要由內(nèi)圈、外圈和滾動體組成，且內(nèi)外圈可相對轉(zhuǎn)動。其中，內(nèi)圈和外圈依靠滾動體裝配，且滾動體與內(nèi)外圈之間均為點接觸。而轉(zhuǎn)盤軸承受載時，滾動體與內(nèi)外圈滾道因點接觸而產(chǎn)生的作用力即為轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與滾道間的接觸載荷，本發(fā)明測量的接觸載荷為轉(zhuǎn)盤軸承受載時，滾動體與外圈滾道間的接觸載荷。

選擇位移傳感器：選擇德國balluff巴魯夫的型號為BAWM12MG2-IAC20B-BP00,2-GS04的電渦流位移傳感器，該電渦流位移傳感器的量程為2mm，分辨率為0.5μm（電渦流位移傳感器能測到的最小位移），安裝螺紋尺寸為M12，最小被測面底面直徑為20mm。

加工電渦流位移傳感器安裝孔：電渦流位移傳感器安裝孔為螺紋孔且加工于787/434G2轉(zhuǎn)盤軸承的外圈，電渦流位移傳感器安裝孔底面即為被測面。電渦流位移傳感器安裝孔的軸線與垂直于轉(zhuǎn)盤軸承軸線的徑向平面間的夾角等于787/434G2轉(zhuǎn)盤軸承的初始接觸角30°，且電渦流位移傳感器安裝孔的軸線與轉(zhuǎn)盤軸承軸線在同一平面內(nèi)。根據(jù)所選的德國balluff巴魯夫的型號為BAWM12MG2-IAC20B-BP00,2-GS04的電渦流位移傳感器的最小被測面直徑為20mm的要求，將位移傳感器安裝孔的螺紋尺寸定為M20mm(公稱直徑為20mm)，并通過位移傳感器安裝套3將安裝尺寸為M12的電渦流位移傳感器安裝于M20的位移傳感器安裝孔中。通過有限元仿真分析，當位移傳感器安裝孔的縱向深度為27mm時，轉(zhuǎn)盤軸承受載時被測面的位移在3.96μm至84.78μm之間。被測面的位移大于所選電渦流位移傳感器的分辨率且小于其量程，故位移傳感器安裝孔的縱向深度為27mm，此時位移傳感器安裝孔底面至轉(zhuǎn)盤軸承787/434G2的外圈滾道間的厚度約為5mm。

安裝電渦流位移傳感器并測量：將電渦流位移傳感器通過電渦流位移傳感器安裝套安裝于電渦流位移傳感器安裝孔中，便可測得轉(zhuǎn)盤軸承受載時被測體的位移。

將被測面的位移轉(zhuǎn)換為接觸載荷：通過有限元仿真分析，模擬轉(zhuǎn)盤軸承的受載工況，計算后可得到被測面的位移為時，滾動體2與轉(zhuǎn)盤軸承外圈5滾道間的接觸載荷為。如下表所示：

再通過最小二乘法，將這些對應(yīng)數(shù)據(jù)擬合為被測面的位移和滾動體與轉(zhuǎn)盤軸承外圈滾道間接觸載荷的轉(zhuǎn)換公式：

F =0.0004s ³+0.4404s ²+255.0353s -14.1476

其中，s 為電渦流位移傳感器所測的被測面位移，F 為787/434G2轉(zhuǎn)盤軸承滾動體與外圈滾道間的接觸載荷。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。