專利名稱：一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械設(shè)計制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試
驗裝置。
背景技術(shù)：
角接觸球軸承以其能夠同時承受軸向力及徑向力、高速性、預緊力可調(diào)等優(yōu)勢，而 成為機械傳動領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的支承元件，尤其在機床行業(yè)中，角接觸球軸承是目前 高速機床主軸、滾珠絲杠的主要支承元件。由于機床主軸是執(zhí)行部件，角接觸球軸承的靜、 動態(tài)性能將直接影響著機床加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率，因此研究角接觸球軸承的特性具有重要
眉、o由于角接觸球軸承的靜、動態(tài)特性受軸承制造質(zhì)量的影響很大，不同廠家生產(chǎn)的 同一種規(guī)格的軸承，其靜、動態(tài)特性相差較大，而且軸承是作為一個單元件來使用，因此通 過試驗方法獲取軸承靜、動態(tài)特性參數(shù)(靜剛度、動剛度、阻尼等)具有重要意義。獲取軸承的靜、動態(tài)特性參數(shù)，可以為機床主軸部件的靜動態(tài)特性預測、加工質(zhì)量 預報、軸承合理選配等提供科學依據(jù)。靜剛度是角接觸球軸承一項很重要的性能參數(shù)，目 前國外軸承的樣本只有極少部分提供軸承產(chǎn)品的靜態(tài)剛度數(shù)據(jù)，而絕大部分軸承公司只在 企業(yè)內(nèi)部做軸承產(chǎn)品靜剛度試驗，對外并不公布相關(guān)的軸承剛度參數(shù)；國內(nèi)軸承廠家的軸 承樣本幾乎不提供相關(guān)的軸承產(chǎn)品的剛度參數(shù)，這樣就給機床設(shè)計中合理選配軸承造成困 難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試驗裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù) 沒有專門針對角接觸球軸承進行靜剛度的試驗裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試驗裝置，包括方箱、 加載裝置和位移測試單元；位移測試單元包括軸向位移測試單元和徑向位移測試單元；加 載裝置包括固定在方箱上端的加載套筒、穿過加載套筒的加載螺釘和力傳感器；軸向位移 測試單元包括軸向剛度測試模擬軸和軸向位移傳感器；方箱下端固定有定位環(huán)，軸向剛度 測試模擬軸的上端位于加載套筒中，下端位于定位環(huán)中，軸向剛度測試模擬軸的中軸線與 加載螺釘?shù)闹休S線位于同一條直線上；軸向剛度測試模擬軸上設(shè)置有被測角接觸球軸承， 被測角接觸球軸承外側(cè)套有外環(huán)套A ；外環(huán)套A上設(shè)置有軸向位移傳感器支架，軸向位移傳 感器支架上設(shè)置有軸向位移傳感器；力傳感器位于加載螺釘與軸向剛度測試模擬軸頂端之 間；徑向位移測試單元包括徑向剛度測試模擬軸和徑向位移傳感器；徑向剛度測試模擬軸 的中軸線與加載螺釘?shù)闹休S線垂直相交；徑向剛度測試模擬軸上設(shè)置有兩個被測角接觸球 軸承，這兩個被測角接觸球軸承外側(cè)套有外環(huán)套B ；兩個被測角接觸球軸承之間的徑向剛 度測試模擬軸上套有內(nèi)隔套，內(nèi)隔套外部設(shè)置有外隔套，外隔套設(shè)置在外環(huán)套B內(nèi)側(cè)；外環(huán) 套B上設(shè)置有徑向位移傳感器支架，徑向位移傳感器支架上設(shè)置有徑向位移傳感器；力傳感器位于加載螺釘與外環(huán)套B之間。其特點在于，加載螺釘與軸向剛度測試模擬軸頂端之間依次設(shè)置鋼球A、墊塊A、 力傳感器、墊塊B和鋼球B，且加載螺釘、鋼球A、鋼球B和軸向剛度測試模擬軸的中軸線都 位于同一條直線上。其中，外環(huán)套A和被測角接觸球軸承外圈的下端與方箱底部之間還設(shè)置有軸向承載套。其中，軸向位移傳感器支架上設(shè)置有兩個軸向位移傳感器，且分別位于軸向剛度 測試模擬軸的左右兩側(cè)。其特點還在于，加載螺釘與外環(huán)套B之間依次設(shè)置鋼球A、墊塊A、力傳感器、墊塊 B和鋼球B，且加載螺釘、鋼球A和鋼球B的中軸線位于同一條直線上，與徑向剛度測試模擬 軸的中軸線垂直相交，即兩條垂直的中軸線位于同一平面。其中，徑向剛度測試模擬軸上設(shè)有兩個螺母，兩個被測角接觸球軸承設(shè)置在徑向 剛度測試模擬軸上且位于兩個螺母之間，螺母與被測角接觸球軸承之間設(shè)置有隔環(huán)。其中，方箱兩側(cè)分別固定有兩個端套，兩個端套上還分別設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘，徑向剛 度測試模擬軸的兩端分別位于兩個端套中，且卡在兩個調(diào)節(jié)螺釘之間。其中，外環(huán)套B通過軸承端蓋與被測角接觸球軸承外圈連接。其中，徑向位移傳感器支架上設(shè)置有兩個徑向位移傳感器，這兩個徑向位移傳感 器分別位于徑向剛度測試模擬軸兩端附近，且以加載螺釘?shù)闹休S線為對稱線左右對稱設(shè) 置。本發(fā)明的有益效果是，以角接觸球軸承為試驗對象，提供一種角接觸球軸承靜剛 度試驗裝置，從而可以獲得角接觸球軸承軸向剛度、及不同預緊力作用下的徑向剛度曲線， 為角接觸球軸承預緊力的合理選擇及角接觸球軸承的合理選配提供依據(jù)。本裝置結(jié)構(gòu)簡 單，功能多，適用范圍寬，可以獲得真實的角接觸球軸承剛度值，對研究角接觸球軸承靜態(tài) 性能及確定合理的軸承的預緊力具有重要意義。


圖1是本發(fā)明的單個軸承的軸向靜剛度試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的兩聯(lián)軸承的軸向靜剛度試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的三聯(lián)軸承的軸向靜剛度試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明軸承徑向靜剛度試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖5是圖4的A部放大圖。圖中，1.方箱，2.加載螺釘，3.鋼球A，4.墊塊A，5.力傳感器，6.墊塊B，7.鋼球 B，8.加載套筒，9.軸向剛度測試模擬軸，10.被測角接觸球軸承，11.外環(huán)套A，12.調(diào)節(jié)螺 釘，13.軸承端蓋，14.軸向承載套，15.定位環(huán)，16.軸向位移傳感器支架，17.軸向位移傳 感器，18.墊環(huán)，19.徑向剛度測試模擬軸，20.內(nèi)隔套，21.外隔套，22.外環(huán)套B，23.徑向 位移傳感器支架，24.徑向位移傳感器，25.螺母，26.隔環(huán)，27.端套。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
本發(fā)明公開了一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試驗裝置，包括方箱1、加載裝置和 位移測試單元；位移測試單元包括軸向位移測試單元和徑向位移測試單元。如圖1所示，加載裝置(反映軸承所受的軸向力)包括加載套筒8和穿過加載套筒 8的加載螺釘2，加載套筒8通過螺釘固定在方箱1上端；軸向位移測試單元包括軸向剛度 測試模擬軸9 (模擬軸承內(nèi)孔與軸的連接)和軸向位移傳感器17 ；方箱1的下端固定有定位 環(huán)15，軸向剛度測試模擬軸9的上端位于加載套筒8中，下端位于定位環(huán)15中，通過加載套 筒8和定位環(huán)15對軸向剛度測試模擬軸9的上端和下端進行定位，保證載荷通過軸向剛度 測試模擬軸9的軸心線；軸向剛度測試模擬軸9上設(shè)置有被測角接觸球軸承10，被測角接 觸球軸承10的外側(cè)套有外環(huán)套All (模擬軸承外圓與箱體的連接)，外環(huán)套All和被測角接 觸球軸承10外圈的下端與方箱1底部之間還設(shè)置有軸向承載套14，用于支撐被測角接觸球 軸承10外圈；外環(huán)套All上設(shè)置有軸向位移傳感器支架16，軸向位移傳感器支架16上設(shè) 置有兩個軸向位移傳感器17，分別位于軸向剛度測試模擬軸9的左右兩側(cè)。加載螺釘2與 軸向剛度測試模擬軸9頂端之間依次設(shè)置鋼球A3、墊塊A4、力傳感器5、墊塊B6和鋼球B7， 且加載螺釘2、鋼球A3、鋼球B7和軸向剛度測試模擬軸9的中軸線位于同一條直線上。在對角接觸球軸承10軸向剛度試驗中，加載螺釘2將作用力經(jīng)過鋼球A3、墊塊 A4、力傳感器5、墊塊B6、鋼球B7施加給軸向剛度測試模擬軸9的上端，從而實現(xiàn)軸向加載， 軸向載荷大小通過力傳感器5測得。由于外環(huán)套All與被測角接觸球軸承10的外圈接觸， 軸向剛度測試模擬軸9的軸肩與被測角接觸球軸承10的內(nèi)圈接觸，軸向位移傳感器17固 定在軸向位移傳感器支架16上，軸向位移傳感器支架16固定在外環(huán)套All上，因此，通過 兩個軸向位移傳感器17測得的是被測角接觸球軸承10內(nèi)外圈之間的相對位移，這是被測 角接觸球軸承10的軸向變形，通過對所測得的軸向載荷及對應(yīng)的軸向位移值進行擬合，可 以得到軸向載荷與被測角接觸球軸承10軸向變形之間的函數(shù)關(guān)系曲線，若對該函數(shù)進行 求導即可獲得被測角接觸球軸承10軸向剛度與軸向載荷之間的關(guān)系曲線。這里采用兩個 軸向位移傳感器17，且分別位于軸向剛度測試模擬軸9的左右兩側(cè)，目的是可以監(jiān)測被測 角接觸球軸承10在加載過程中是否發(fā)生傾斜，從而保證測量值的有效性。如圖2、3所示，再對兩聯(lián)組配、三聯(lián)組配的被測角接觸球軸承10軸向剛度試驗中， 只需要更換外環(huán)套All，使得外環(huán)套All套在兩聯(lián)組配、三聯(lián)組配的被測角接觸球軸承10外 側(cè)；另外在加載套筒8與方箱1之間可以設(shè)置墊環(huán)18，來墊高加載套筒8的高度，從而將軸 向剛度測試模擬軸9向上提升一定的高度，以適應(yīng)多聯(lián)組配軸承的剛度測試。所以只需更 換外環(huán)套All及墊環(huán)18，就可以實現(xiàn)兩聯(lián)組配、三聯(lián)組配軸承的軸向剛度測試。如圖4所示，加載裝置(反映軸承所受的徑向力)包括加載套筒8和穿過加載套筒 8的加載螺釘2，加載套筒8通過螺釘固定在方箱1上端。徑向位移測試單元包括徑向剛度 測試模擬軸19 (模擬軸承內(nèi)孔與軸的連接)和徑向位移傳感器24 ；方箱1左右兩側(cè)分別固 定有兩個端套27，兩個端套27上還分別設(shè)有調(diào)節(jié)螺釘12，徑向剛度測試模擬軸19的兩端 分別位于兩個端套27中，且卡在兩個調(diào)節(jié)螺釘12之間。徑向剛度測試模擬軸19的中軸線 與加載螺釘2的中軸線垂直相交，兩條垂直的中軸線位于同一平面；徑向剛度測試模擬軸 19上設(shè)置有兩個被測角接觸球軸承10 ；徑向剛度測試模擬軸19上擰有兩個螺母25，兩個 被測角接觸球軸承10設(shè)置在兩個螺母25之間的徑向剛度測試模擬軸19上，且螺母25與 被測角接觸球軸承10之間設(shè)置有隔環(huán)26，在徑向剛度測試模擬軸19上設(shè)置兩個螺母25的目的是將兩個被測角接觸球軸承10固定在徑向剛度測試模擬軸19上。兩個被測角接觸球 軸承10外側(cè)套有外環(huán)套B22 (模擬軸承外圓與箱體的連接)，外環(huán)套B22通過兩個軸承端蓋 13與被測角接觸球軸承10外圈連接；如圖5所示，兩個被測角接觸球軸承10之間的徑向 剛度測試模擬軸19上套有內(nèi)隔套20、外環(huán)套B22內(nèi)側(cè)設(shè)有外隔套21，外隔套21和內(nèi)隔套 20同時位于兩個被測角接觸球軸承10之間且呈內(nèi)外設(shè)置。外環(huán)套B22上設(shè)置有徑向位移 傳感器支架23，徑向位移傳感器支架23上設(shè)置有兩個徑向位移傳感器24，這兩個徑向位移 傳感器24分別位于徑向剛度測試模擬軸19兩端附近，且以加載螺釘2的中軸線為對稱線 呈左右對稱設(shè)置。加載螺釘2與外環(huán)套B22之間依次設(shè)置鋼球A3、墊塊A4、力傳感器5、墊 塊B6和鋼球B7，且加載螺釘2、鋼球A3和鋼球B7的中軸線位于同一條直線上，與徑向剛度 測試模擬軸19的中軸線垂直相交，即兩條垂直的中軸線位于同一平面。在對被測角接觸球軸承10徑向剛度試驗中，由于被測角接觸球軸承10接觸角的 存在，單個被測角接觸球軸承10的徑向剛度難以測量，本裝置對兩個相同被測角接觸球軸 承10進行對稱安裝(兩個相同被測角接觸球軸承10是以加載螺釘2的中軸線為對稱線在 徑向剛度測試模擬軸19上左右對稱安裝)，測試其徑向剛度，取其一半作為單個被測角接觸 球軸承10的徑向剛度，這時的兩個被測角接觸球軸承10的預緊力直接影響其徑向剛度值， 如圖5所示，在兩個被測角接觸球軸承10之間設(shè)置內(nèi)隔套20和外隔套21，通過內(nèi)外隔套的 厚度差值(內(nèi)隔套20的厚度為h2，外隔套21的厚度為hl，內(nèi)外隔套的厚度差值也就是hi 與h2的差值)控制預緊力大小。通過加載螺釘2將作用力經(jīng)過鋼球A3、墊塊A4、力傳感器 5、墊塊B6和鋼球B7施加給外環(huán)套B22，徑向載荷大小通過力傳感器5測得，被測角接觸球 軸承10的徑向位移通過徑向位移傳感器24測得。由于徑向位移傳感器24通過徑向位移 傳感器支架23固定在外環(huán)套B22上，被測角接觸球軸承10的內(nèi)圈與徑向剛度測試模擬軸 19接觸，因此兩個徑向位移傳感器24測得的徑向相對位移是被測角接觸球軸承10軸承本 身、被測角接觸球軸承10與外環(huán)套B22結(jié)合部、被測角接觸球軸承10與徑向剛度測試模擬 軸19結(jié)合部三者的變形之和(為了敘述方便，稱之為軸承徑向位移)，這與實際情況是相符 合的，原因是軸承使用時必須與箱體(外環(huán)套)、軸相互接觸。在角接觸球軸承徑向剛度試驗中，通過測試不同預緊力作用下的軸承徑向位移與 被測角接觸球軸承10承徑向載荷，可以擬合出該兩者之間的函數(shù)關(guān)系曲線，再通過對該函 數(shù)求導，進一步得到不同預緊力作用下，被測角接觸球軸承10承徑向載荷與徑向剛度之間 的關(guān)系曲線。徑向剛度測試模擬軸19安裝在兩個端套27上是以加載螺釘2的中軸線為對稱線 的對稱結(jié)構(gòu)，且徑向剛度測試模擬軸19的中軸線與加載螺釘2的中軸線垂直相交。兩個相 同的被測角接觸球軸承10也是以加載螺釘2的中軸線為對稱線對稱安裝在徑向剛度測試 模擬軸19上的。兩個徑向位移傳感器24分別位于徑向剛度測試模擬軸19兩端附近，且以 加載螺釘2的中軸線為對稱線呈左右對稱設(shè)置。因此兩套徑向位移傳感器24可以監(jiān)測徑 向剛度測試模擬軸19是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)；通過調(diào)節(jié)兩個調(diào)節(jié)螺釘12可以調(diào)整徑向剛度測試模 擬軸19的軸向(水平)相對位置，以保證徑向加載通過兩個被測角接觸球軸承10之間的中 心位置，使兩個被測角接觸球軸承10承受相同徑向力。通過更換軸承外環(huán)套B22、徑向剛度測試模擬軸19及內(nèi)外隔套20、21，可以實現(xiàn)不 同規(guī)格軸承在不同預緊力下的徑向剛度測試。
本發(fā)明裝置中，由于軸向位移測試單元和徑向位移測試單元共用一個加載裝置， 所以在一個方箱1中不能同時對被測角接觸球軸承10的軸向剛度和徑向剛度進行測試，比 如先完成對被測角接觸球軸承10的軸向剛度測試后再拆除軸向位移測試單元，然后在方 箱1中安裝徑向位移測試單元對被測角接觸球軸承10進行徑向剛度測試。本發(fā)明裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)，在一個方箱1內(nèi)不僅可以進行多種規(guī)格系列的角接 觸球軸承剛度試驗，而且可以進行軸向及徑向剛度試驗。
權(quán)利要求
一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試驗裝置，其特征在于包括方箱(1)、加載裝置和位移測試單元；所述位移測試單元包括軸向位移測試單元和徑向位移測試單元；所述加載裝置包括固定在方箱(1)上端的加載套筒(8)、穿過加載套筒(8)的加載螺釘(2)和力傳感器(5)； 所述軸向位移測試單元包括軸向剛度測試模擬軸(9)和軸向位移傳感器(17)；所述方箱(1)下端固定有定位環(huán)(15)，軸向剛度測試模擬軸(9)的上端位于加載套筒(8)中，下端位于定位環(huán)(15)中，軸向剛度測試模擬軸(9)的中軸線與加載螺釘(2)的中軸線位于同一條直線上；軸向剛度測試模擬軸(9)上設(shè)置有被測角接觸球軸承(10)，被測角接觸球軸承(10)外側(cè)套有外環(huán)套A(11)；所述外環(huán)套A(11)上設(shè)置有軸向位移傳感器支架(16)，軸向位移傳感器支架(16)上設(shè)置有軸向位移傳感器(17)；所述力傳感器(5)位于加載螺釘(2)與軸向剛度測試模擬軸(9)頂端之間；所述徑向位移測試單元包括徑向剛度測試模擬軸(19)和徑向位移傳感器(24)；徑向剛度測試模擬軸(19)的中軸線與加載螺釘(2)的中軸線垂直相交；徑向剛度測試模擬軸(19)上設(shè)置有兩個被測角接觸球軸承(10)，這兩個被測角接觸球軸承(10)外側(cè)套有外環(huán)套B(22)；所述兩個被測角接觸球軸承(10)之間的徑向剛度測試模擬軸(19)上套有內(nèi)隔套(20)，內(nèi)隔套(20)外部設(shè)置有外隔套(21)，外隔套(21)設(shè)置在外環(huán)套B(22)內(nèi)側(cè)；所述外環(huán)套B(22)上設(shè)置有徑向位移傳感器支架(23)，徑向位移傳感器支架(23)上設(shè)置有徑向位移傳感器(24)；所述的力傳感器(5)位于加載螺釘(2)與外環(huán)套B(22)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于所述的加載螺釘(2)與軸向剛 度測試模擬軸(9)頂端之間依次設(shè)置鋼球A (3)、墊塊A (4)、力傳感器(5)、墊塊B (6)和 鋼球B (7)，且加載螺釘(2)、鋼球A (3)、鋼球B (7)和軸向剛度測試模擬軸(9)的中軸線 都位于同一條直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于所述外環(huán)套A(11)和被測角 接觸球軸承(10)外圈的下端與方箱(1)底部之間還設(shè)置有軸向承載套(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于軸向位移傳感器支架(16)上 設(shè)置有兩個軸向位移傳感器(17)，且分別位于軸向剛度測試模擬軸(9)的左右兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于所述加載螺釘(2)與外環(huán)套 B (22)之間依次設(shè)置鋼球A (3)、墊塊A (4)、力傳感器(5)、墊塊B (6)和鋼球B (7)，且加 載螺釘(2)、鋼球A (3)和鋼球B (7)的中軸線位于同一條直線上，與徑向剛度測試模擬軸 (19)的中軸線垂直相交，即兩條垂直的中軸線位于同一平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于所述徑向剛度測試模擬軸 (19)上設(shè)有兩個螺母(25)，兩個被測角接觸球軸承(10)設(shè)置在徑向剛度測試模擬軸(19) 上且位于兩個螺母(25)之間，螺母(25)與被測角接觸球軸承(10)之間設(shè)置有隔環(huán)(26)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于所述方箱(1)兩側(cè)分別固定 有兩個端套(27)，兩個端套(27)上還分別設(shè)置有調(diào)節(jié)螺釘(12)，徑向剛度測試模擬軸(19) 的兩端分別位于兩個端套(27)中，且卡在兩個調(diào)節(jié)螺釘(12)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于外環(huán)套B(22)通過軸承端蓋 (13)與被測角接觸球軸承(10)外圈連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜剛度試驗裝置，其特征在于徑向位移傳感器支架(23)上設(shè)置有兩個徑向位移傳感器(24)，這兩個徑向位移傳感器(24)分別位于徑向剛度測試模 擬軸(19)兩端附近，且以加載螺釘(2)的中軸線為對稱線左右對稱設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種模塊化角接觸球軸承靜剛度試驗裝置，包括固定試驗裝置的方箱，由模擬軸支承軸承，軸承外套有外環(huán)套，軸向和徑向加載裝置，軸向位移和徑向位移測量裝置；軸向位移測量采用兩套位移傳感器，可檢測軸承是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)；徑向位移測量采用兩套位移傳感器，可以檢測兩軸承所承受的徑向載荷是否相同；通過定位環(huán)及加載套筒實現(xiàn)軸向剛度測試時的模擬軸定位。采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以實現(xiàn)不同尺寸系列角接觸球軸承的靜剛度測試，同時可以進行軸向剛度、徑向剛度的測試。本裝置結(jié)構(gòu)簡單，功能多，適用范圍寬，可以獲得真實的角接觸球軸承剛度值，對研究角接觸球軸承靜態(tài)性能及確定合理的軸承的預緊力具有重要意義。
文檔編號G01M13/04GK101893512SQ20101021701
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者張廣鵬, 段耀東, 謝永康, 郭純, 黃玉美 申請人:西安理工大學