本發(fā)明涉及一種滾動軸承試驗臺，尤其涉及一種電動缸夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承試驗臺。

背景技術(shù)：

滾動軸承是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中一種非常重要的標(biāo)準(zhǔn)零件，其支撐著機(jī)械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)軸，并起著降低旋轉(zhuǎn)運動摩擦系數(shù)和保證回轉(zhuǎn)精度的作用。在很多情況下，滾動軸承運行環(huán)境為高溫、高轉(zhuǎn)速或者變轉(zhuǎn)速、重載荷或者變載荷工況，如高速列車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、礦山機(jī)械與汽車等；此外，滾動軸承還可能會運行于潤滑不良、異物侵入等惡劣工況下。這些因素使得滾動軸承容易出現(xiàn)點蝕、裂紋、磨損或者剝落等損傷，而滾動軸承損傷最終又會引發(fā)機(jī)械設(shè)備故障，其后果輕則使得設(shè)備停機(jī)，造成經(jīng)濟(jì)損失，重則導(dǎo)致安全事故。因此，滾動軸承長壽命、可靠地運行對于提高機(jī)械設(shè)備的運行效率或生產(chǎn)效益有著至關(guān)重要的作用。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t24607-2009，滾動軸承需要進(jìn)行壽命與可靠性試驗及評定，同時為對滾動軸承開展性能、壽命以及故障診斷等方面的科學(xué)研究，滾動軸承生產(chǎn)企業(yè)、相關(guān)質(zhì)檢單位以及高校、研究所等科研機(jī)構(gòu)均需要為此構(gòu)建相應(yīng)的滾動軸承測試試驗臺。

滾動軸承安裝基本上都是外圈固定、內(nèi)圈可旋轉(zhuǎn)，但滾動軸承一旦安裝固定之后，其安裝機(jī)構(gòu)就很難改變。由于滾動軸承的規(guī)格非常多，寬度與內(nèi)、外圈直徑不盡相同，設(shè)計加工出的一個特定安裝機(jī)構(gòu)通常只適用于某一規(guī)格的滾動軸承。這也使得目前大多數(shù)滾動軸承試驗臺通常只能對某一規(guī)格的滾動軸承進(jìn)行試驗。而若要在這些試驗臺上對其它規(guī)格的滾動軸承進(jìn)行試驗，則需改變其上滾動軸承安裝裝置的尺寸，時間與經(jīng)濟(jì)成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的滾動軸承試驗臺難以對多規(guī)格滾動軸承進(jìn)行試驗的局限性，本發(fā)明的目的在于提供一種電動缸夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承試驗臺，本發(fā)明通過兩個可更換的頂軸和伺服電動缸的組合來對多規(guī)格的滾動軸承進(jìn)行安裝，從而對多規(guī)格的滾動軸承進(jìn)行試驗，其結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種電動缸夾緊的頂軸式多規(guī)格滾動軸承試驗臺，其特征在于：包括基座臺、驅(qū)動電機(jī)、第一套軸、第一頂軸、試驗滾動軸承、第二頂軸、第二套軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀、加載電機(jī)和三個伺服電動缸；第一頂軸的花鍵軸與第一套軸的花鍵孔配合，第二頂軸的花鍵軸與第二套軸的花鍵孔配合，第一頂軸、第二頂軸的階梯軸頂住試驗滾動軸承內(nèi)圈，第一套軸的另一端貫穿第一帶座軸承，通過第一彈性聯(lián)軸器與驅(qū)動電機(jī)伸出軸相連，第二套軸的另一端貫穿第二帶座軸承，通過第二彈性聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀一端伸出軸相連，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器與加載電機(jī)伸出軸相連；三個伺服電動缸間隔120°地安裝在環(huán)形支架上，其三個伸出軸夾緊試驗滾動軸承的外圈；驅(qū)動電機(jī)和第一帶座軸承安裝在驅(qū)動端底座上，第二帶座軸承、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀和加載電機(jī)安裝在加載端底座上，驅(qū)動端底座、環(huán)形支架和加載端底座安裝在基座臺上。

進(jìn)一步地，所述基座臺上加工有t形槽。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動電機(jī)內(nèi)部安裝有光電編碼器。

進(jìn)一步地，所述第一頂軸與所述第二頂軸階梯軸的直徑與所述試驗滾動軸承的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度之和小于所述試驗滾動軸承的寬度；所述第一頂軸與所述第二頂軸可以更換為花鍵軸尺寸相同但階梯軸尺寸不同的新頂軸。

優(yōu)選地，所述試驗臺還包括電氣控制系統(tǒng)，所述電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊、第一變頻器、第二變頻器、直流母線、控制單元、可編程邏輯控制器、第一伺服控制器、第二伺服控制器、第三伺服控制器和第一工控機(jī)；整流模塊與直流母線連接，第一變頻器與所述驅(qū)動電機(jī)連接，第二變頻器與所述加載電機(jī)連接，第一變頻器與第二變頻器通過直流母線連接，第一變頻器、第二變頻器同時連接到控制單元，控制單元與可編程邏輯控制器連接，所述三個伺服電動缸分別連接到第一伺服控制器、第二伺服控制器和第三伺服控制器上，第一伺服控制器、第二伺服控制器和第三伺服控制器連接到可編程邏輯控制器上，可編程邏輯控制器與第一工控機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述試驗臺還包括測試系統(tǒng)，所述測試系統(tǒng)包括振動傳感器、光電隔離器、模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊、機(jī)箱和第二工控機(jī)；振動傳感器安裝在所述環(huán)形支架上，并與模擬量輸入模塊連接；所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀經(jīng)由光電隔離器與數(shù)字量i/o模塊連接；模擬量輸入模塊、數(shù)字量i/o模塊安裝在機(jī)箱上，機(jī)箱與第二工控機(jī)連接。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、兩個頂軸結(jié)構(gòu)簡單，加工與拆裝方便，通過更換不同尺寸的頂軸，可以安裝不同內(nèi)徑規(guī)格的滾動軸承，三個伺服電動缸通過伸出軸的伸縮可以夾緊多種外徑規(guī)格的滾動軸承，因而能夠?qū)Χ嘁?guī)格的滾動軸承進(jìn)行試驗。

2、驅(qū)動端底座、環(huán)形支架和加載端底座均可以在基座臺上沿t形槽移動，因此能夠方便地安裝與拆卸試驗滾動軸承。

3、不僅為滾動軸承的故障模擬實驗提供了一個良好平臺，而且通過伺服電動缸的獨立控制，可以實現(xiàn)滾動軸承的徑向加載，從而也為滾動軸承的壽命與可靠性試驗提供了一個良好平臺。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的等軸側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的正視圖；

圖3是本發(fā)明的試驗滾動軸承內(nèi)圈安裝的爆炸圖；

圖4是本發(fā)明的試驗滾動軸承內(nèi)圈安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的試驗滾動軸承外圈被伺服電動缸夾緊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的電氣控制系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的測試系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖。

圖中：基座臺1、驅(qū)動電機(jī)2、第一彈性聯(lián)軸器3、第一帶座軸承4、第一套軸5、第一頂軸6、試驗滾動軸承7、第二頂軸8、第二套軸9、第二帶座軸承10、第二彈性聯(lián)軸器11、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12、第三彈性聯(lián)軸器13、加載電機(jī)14、驅(qū)動端底座15、加載端底座16、第一伺服電動缸17、第二伺服電動缸18、第三伺服電動缸19、環(huán)形支架20、整流模塊21-1、第一變頻器21-2、第二變頻器21-3、直流母線21-4、控制單元21-5、可編程邏輯控制器21-6、第一伺服控制器21-7、第二伺服控制器21-8、第三伺服控制器21-9、第一工控機(jī)21-10、振動傳感器22-1、光電隔離器22-2、模擬量輸入模塊22-3、數(shù)字量i/o模塊22-4、機(jī)箱22-5、第二工控機(jī)22-6。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

參照圖1~圖7，一種階梯軸安裝的伺服電動缸夾緊式多規(guī)格滾動軸承試驗臺，其特征在于：包括基座臺1、驅(qū)動電機(jī)2、第一套軸5、第一頂軸6、試驗滾動軸承7、第二頂軸8、第二套軸9、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12、加載電機(jī)14和三個伺服電動缸17、18、19。

本實施例中試驗滾動軸承7為6006深溝球軸承，內(nèi)徑為30mm，外徑為55mm，寬度為15mm。第一頂軸6與第二頂軸8階梯軸的直徑與試驗滾動軸承7的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度均為5mm，階梯軸的長度之和小于試驗滾動軸承7的寬度。第一頂軸6的花鍵軸與第一套軸5的花鍵孔配合，第二頂軸8的花鍵軸與第二套軸9的花鍵孔配合，第一頂軸6、第二頂軸8的階梯軸頂住試驗滾動軸承7內(nèi)圈。第一套軸5的另一端貫穿第一帶座軸承4，通過第一彈性聯(lián)軸器3與驅(qū)動電機(jī)2伸出軸相連，第二套軸9的另一端貫穿第二帶座軸承10，通過第二彈性聯(lián)軸器11與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12一端伸出軸相連，矩轉(zhuǎn)速儀12另一端伸出軸通過第三彈性聯(lián)軸器13與加載電機(jī)14伸出軸相連。驅(qū)動電機(jī)2為變頻調(diào)速三相異步電機(jī)，選用安徽皖南的yvf2-100l1-4型號，額定功率為2.2kw，額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定轉(zhuǎn)矩7.3nm，驅(qū)動電機(jī)2內(nèi)部還安裝有100線的測速用光電編碼器，以實現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)2的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12選用北京新宇航測控的jn338-a系列直連式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)矩量程為20nm，轉(zhuǎn)速量程為6000rpm。加載電機(jī)14的型號與驅(qū)動電機(jī)2一致，但沒有安裝光電編碼器，且工作于發(fā)電狀態(tài)。第一伺服電動缸17、第二伺服電動缸18和第三伺服電動缸19間隔120°地安裝在環(huán)形支架20上，其三個伸出軸夾緊試驗滾動軸承7的外圈。伺服電動缸選用力姆泰exlar伺服電動缸的gsx20-0301型號，行程75mm，導(dǎo)程2.54mm，最大靜載5560n，內(nèi)置壓力傳感器。驅(qū)動電機(jī)2和第一帶座軸承4安裝在驅(qū)動端底座15上，第二帶座軸承10、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12和加載電機(jī)14安裝在加載端底座16上，驅(qū)動端底座15、環(huán)形支架20和加載端底座16安裝在基座臺1上。

試驗臺電氣控制系統(tǒng)包括整流模塊21-1、第一變頻器21-2、第二變頻器21-3、直流母線21-4、控制單元21-5、可編程邏輯控制器21-6、第一伺服控制器21-7、第二伺服控制器21-8、第三伺服控制器21-9和第一工控機(jī)21-10。電氣控制系統(tǒng)主要采用西門子sinamicss120伺服控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，其中整流模塊21-1選用額定功率為5kw的非調(diào)節(jié)電源模塊，第一變頻器21-2、第二變頻器21-3均選用額定功率為2.7kw的單軸電機(jī)模塊，控制單元21-5選用cu320控制器。整流模塊21-1接入工業(yè)三相電，并連接到直流母線21-4上，第一變頻器21-2通過drive-cliq電纜與驅(qū)動電機(jī)2連接，第二變頻器21-3通過drive-cliq電纜與加載電機(jī)14連接，第一變頻器21-2與第二變頻器21-3通過直流母線21-4相互連接，第一變頻器21-2、第二變頻器21-3通過drive-cliq電纜連接到控制單元21-5，控制單元21-5通過以太網(wǎng)與可編程邏輯控制器21-6連接。第一伺服電動缸17、第二伺服電動缸18與第三伺服電動缸19分別通過高性能伺服電纜及反饋電纜連接到第一伺服控制器21-7、第二伺服控制器21-8和第三伺服控制器21-9上；第一伺服控制器21-7、第二伺服控制器21-8和第三伺服控制器21-9通過以太網(wǎng)連接到可編程邏輯控制器21-6上，可編程邏輯控制器21-6通過以太網(wǎng)與第一工控機(jī)21-10連接。

試驗臺測試系統(tǒng)包括振動傳感器22-1、光電隔離器22-2、模擬量輸入模塊22-3、數(shù)字量i/o模塊22-4、機(jī)箱22-5和第二工控機(jī)22-6。其中，模擬量輸入模塊22-3選用ni9324數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)字量i/o模塊22-4選用ni9401數(shù)據(jù)采集卡，機(jī)箱22-5選用nicdaq-9132機(jī)箱。振動傳感器22-1安裝在環(huán)形支架20上，與模擬量輸入模塊22-3連接；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12經(jīng)由光電隔離器22-2與數(shù)字量i/o模塊22-4連接；模擬量輸入模塊22-3、數(shù)字量i/o模塊22-4安裝在機(jī)箱22-5上，機(jī)箱22-5與第二工控機(jī)22-6連接。測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集軟件部分由第二工控機(jī)22-6上的nilabview軟件編程實現(xiàn)。

電氣控制系統(tǒng)中的西門子sinamicss120伺服控制系統(tǒng)與驅(qū)動電機(jī)2、加載電機(jī)14構(gòu)成電封閉系統(tǒng)。驅(qū)動電機(jī)2采用轉(zhuǎn)速控制方式，可以使其在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)以任一恒定轉(zhuǎn)速或者按照某一函數(shù)變化的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。加載電機(jī)14采用轉(zhuǎn)矩控制方式，可以在額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)施加任一恒定的載荷，因此，加載電機(jī)14工作于發(fā)電狀態(tài)，其產(chǎn)生的電能可以反饋到直流母線21-4中再供驅(qū)動電機(jī)2使用，整流模塊21-1只需從工業(yè)三相電中獲取少量電能來補償系統(tǒng)運行損耗的能量以及加載電機(jī)14加載所需的能量，從而使試驗臺達(dá)到節(jié)能的目的。電氣控制系統(tǒng)中的第一伺服控制器21-7、第二伺服控制器21-8和第三伺服控制器21-9可以分別對內(nèi)置壓力傳感器的第一伺服電動缸17、第二伺服電動缸18和第三伺服電動缸19所施加的載荷進(jìn)行閉環(huán)控制，從而對試驗滾動軸承7的三個徑向進(jìn)行精確地加載。

本實施例中，當(dāng)利用第一伺服電動缸17、第二伺服電動缸18與第三伺服電動缸19對試驗滾動軸承7進(jìn)行等載荷地夾緊時，試驗臺可以進(jìn)行滾動軸承的故障模擬實驗。試驗滾動軸承7的內(nèi)圈、外圈或者滾動體上可以通過人工的方法設(shè)置所要研究的點蝕、裂紋、磨損、剝落或者它們的組合等故障損傷。在試驗臺的運行過程中，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀12測量試驗臺的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，對試驗臺的工況進(jìn)行監(jiān)測，振動傳感器22-1采集試驗滾動軸承7的振動數(shù)據(jù)。最后利用采集到的振動數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，可以對滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障預(yù)測、診斷方法進(jìn)行研究與探索。當(dāng)試驗滾動軸承7被等載荷地夾緊后，再利用第一伺服電動缸17對試驗滾動軸承7進(jìn)行單獨地徑向加載時，又可以進(jìn)行試驗滾動軸承7的壽命與可靠性試驗。

本實施例中試驗滾動軸承7可以更換為內(nèi)徑相同但外徑規(guī)格不同的深溝球軸承，如6206、6306深溝球軸承，此時第一頂軸6與第二頂軸8不需要更換。

本實施例中試驗滾動軸承7可以更換為其它內(nèi)徑規(guī)格的深溝球軸承，此時只需將第一頂軸6與第二頂軸8更換，更換后兩根新頂軸花鍵軸的尺寸與第一頂軸6或者第二頂軸8的相同，階梯軸的直徑與更換后深溝球軸承的內(nèi)徑相同，階梯軸的長度之和小于更換后深溝球軸承的寬度。

進(jìn)一步地，本實施例中試驗滾動軸承7可以更換為其它類型的滾動軸承，如角接觸軸承、圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承等，此時只需將第一頂軸6與第二頂軸8更換成階梯軸直徑與更換后滾動軸承內(nèi)徑相同、階梯軸長度之和小于更換后滾動軸承寬度的兩根新頂軸。

以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。