专利名称：轴承动态特性参数测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轴承动态特性参数测试装置，特别是可以测试角接触球轴承在不同工况载荷下的动态特性参数测试装置。
背景技术：
在机械结构中大量存在各类机械结合面，这些结合面的接触刚度和阻尼对机械结构的性能有着重要的影响，比如Burdekin等人1979年在研究论文中指出机床中结合面的接触刚度约占机床总刚度的60 80%。轴承动态特性实质上是指轴承内外圈和滚动体之间的滚动接触面之间的接触刚度，是影响机床动态特性的一个重要因素。轴承是应用极其广泛的一种机械支承装置，目前高速旋转机械采用的轴承主要有滚动轴承、滑动轴承、磁悬浮轴承和气浮轴承等，其中应用最广泛、成本最低的是滚动轴承。角接触球轴承与其它类型轴承相比，具有结构简单、能同时承受径向和轴向负荷、易维护等特点。随着对高档数控机床提出来的高速度，高精度，高稳定性等要求，作为其主要支承部件的轴承动态特性也日益成为人们关注的重点。查阅以往的轴承参数测试装置，多数偏向于测定单一因素下轴承的参数，测试对象也通常只针对单个轴承，为了获取不同工况下轴承动态特性参数以支持现代机械结构的设计，因此发明一种测试原理正确、机构简单并且能够测试不同工况下轴承动态特性参数测试装置具有重要意义。
发明内容
本发明所解决的技术问题是(提供一种能够测试角接触球轴承轴向和径向动态特性参数的测试装置，该装置需要满足以下要求:测试原理正确，结构设计简单，测试精度高等。)提供一种具有测试原理正确、结构设计简单、测试精度高并能测量轴向和径向动态特性参数等特点的角接触球轴承动态特性参数测试装置。实现本发明目的的技术解决方案为:
一种轴承动态特性参数测试装置，包括试验装置和仪器设备系统；所述试验装置包括铸铁平台、安装基板、下轴承座、上轴承座、轴承套、预紧螺母、预紧螺栓台、预紧螺杆、弹性绳、橡胶弹簧、支架、心轴、加载螺杆、加载杆、径向加载架、轴向螺栓台、滑键、轴端螺母、轴承、传递杆；所述仪器设备系统包括激振器、阻抗头、压电式加速度传感器、静力传感器、信号调理仪、数据采集器、功率放大器、电子计算机、数显仪表；其中，安装基板固定于铸铁平台上，安装基板上表面铣有T型槽和键槽，两个下轴承座装配在安装基板上，其中，一个下轴承座固定于安装基板上，另一个下轴承座用螺栓固定在安装基板上，下轴承座下表面安装有滑键，上轴承座和下轴承座装配组成对开式轴承座，轴承套安装在上轴承和下轴承座之间，并用螺栓与上轴承座和下轴承座固定，待测轴承安装在轴承套中，轴承外圈由预紧螺母压紧固定，心轴两端和一对轴承装配，轴承内圈由轴端螺母压紧固定；预紧螺栓台固定在安装基板上、预紧螺杆装在预紧螺栓台中，预紧螺杆一端装有加载杆，另一端装有传递杆，在预紧螺杆和传递杆之间装有橡胶弹簧，橡胶弹簧和传递杆之间留有间隙，静力传感器安装在传递杆另一端；轴向螺栓台固定在安装基板上，加载螺杆装在轴向螺栓台中，加载螺杆一端装有加载杆，另一端装有传递杆，在加载螺杆和传递杆之间装有橡胶弹簧，橡胶弹簧和传递杆之间留有间隙，静力传感器安装在传递杆另一端；两个径向加载架用螺栓固定在安装基板靠近心轴的两轴端处，加载螺杆装在径向加载架中，双加载螺杆的轴线所在的平面垂直于安装基板水平面，且经过心轴的轴线，加载螺杆一端装有加载杆，另一端装有传递杆，在加载螺杆和传递杆之间装有橡胶弹簧，橡胶弹簧和传递杆之间留有间隙，静力传感器安装在传递杆另一端；激振器通过弹性绳悬挂于支架上，阻抗头通过顶杆与激振器相连，心轴轴端面加工有轴向联接螺纹孔，轴向联接螺纹孔位于心轴的轴线和端面的几何中心交点处；在测量时，阻抗头通过螺柱与心轴上的轴向联接螺纹孔联接，压电式加速度传感器通过磁头吸盘分别安装在心轴和轴承套上，压电式加速度传感器和阻抗头通过数据线和信号调理仪输入端相连，信号调理仪输出端和数据采集器相连，功率放大器输出端和激振器相连，功率放大器输入端和数据采集器相连，数据采集器通过USB接口数据线连于电子计算机上，数显仪表输入端和静力传感器相连。本发明与现有技术相比，其优点是:
(I)将测试装置简化为单自由度系统大大降低了测试的复杂程度，操作简单，容易准确的获取轴承动态特性测试信号。(2)对测试装置进行轴向(径向)激励时，能够准确获取该轴承轴向(径向)动态特性参数。(3)在心轴轴线和端面交点处进行激励时，激振力方向要通过其质心。这样激励时，心轴在激振力方向上都可获得平稳振型，避免了侧翻及扭转等振型出现，提高了参数识别的准确性。(4)测试时，对基础部件位移进行了消除，使测量模型结果更符合实际，测试结果更为精确。
图1是本发明的轴承动态特性参数测试装置总体结构图。图2是本发明的轴承座安装图。图3是本发明的轴承组件安装图。图4是本发明的加载装置局部安装示意图。图5是本发明的轴承轴向刚度测试示意图。图6是本发明的测试系统结构图。图7是本发明的简谐激励下单自由度振动原理图，其中(a)为基础做简谐振动模型图，(b)为质量块受力分析图。图8是本发明的测试实例的振型图。图9是本发明的测试信号幅频、相频图。
具体实施例方式本发明一种轴承动态特性参数测试装置，包括试验装置和仪器设备系统；所述试验装置包括铸铁平台1、安装基板2、下轴承座3、上轴承座4、轴承套5、预紧螺母6、预紧螺栓台7、预紧螺杆8、弹性绳10、橡胶弹簧22、支架12、心轴13、加载螺杆15、加载杆16、径向加载架17、轴向螺栓台18、滑键19、轴端螺母20、轴承21、传递杆23 ;所述仪器设备系统包括激振器9、阻抗头11、压电式加速度传感器14、静力传感器24、信号调理仪25、数据采集器
26、功率放大器27、电子计算机28、数显仪表29;其中，安装基板2固定于铸铁平台I上，安装基板2上表面铣有T型槽和键槽，两个下轴承座3装配在安装基板2上，其中，一个下轴承座3固定于安装基板2上，另一个下轴承座3用螺栓固定在安装基板2上，下轴承座3下表面安装有滑键19，上轴承座4和下轴承座3装配组成对开式轴承座，轴承套5安装在上轴承4和下轴承座3之间，并用螺栓与上轴承座4和下轴承座3固定，待测轴承21安装在轴承套5中，轴承21外圈由预紧螺母6压紧固定，心轴13两端和一对轴承21装配，轴承21内圈由轴端螺母20压紧固定；预紧螺栓台7固定在安装基板2上、预紧螺杆8装在预紧螺栓台7中，预紧螺杆8 一端装有加载杆16，另一端装有传递杆23，在预紧螺杆8和传递杆23之间装有橡胶弹簧22，橡胶弹簧22和传递杆23之间留有间隙，静力传感器24安装在传递杆23另一端；轴向螺栓台18固定在安装基板2上，加载螺杆15装在轴向螺栓台18中，力口载螺杆15 —端装有加载杆16，另一端装有传递杆23，在加载螺杆15和传递杆23之间装有橡胶弹簧22，橡胶弹簧22和传递杆23之间留有间隙，静力传感器24安装在传递杆23另一端；两个径向加载架17用螺栓固定在安装基板2靠近心轴13的两轴端处，加载螺杆15装在径向加载架17中，双加载螺杆15的轴线所在的平面垂直于安装基板2水平面，且经过心轴13的轴线，加载螺杆15 —端装有加载杆16,另一端装有传递杆23,在加载螺杆15和传递杆23之间装有橡胶弹簧22，橡胶弹簧22和传递杆23之间留有间隙，静力传感器24安装在传递杆23另一端；激振器9通过弹性绳10悬挂于支架12上，阻抗头11通过顶杆与激振器9相连，心轴13轴端面加工有轴向联接螺纹孔，轴向联接螺纹孔位于心轴13的轴线和端面的几何中心交点处；在测量时，阻抗头11通过螺柱与心轴13上的轴向联接螺纹孔联接，压电式加速度传感器14通过磁头吸盘分别安装在心轴13和轴承套5上，压电式加速度传感器14和阻抗头11通过数据线和信号调理仪25输入端相连，信号调理仪25输出端和数据采集器26相连，功率放大器27输出端和激振器9相连，功率放大器27输入端和数据采集器26相连，数据采集器26通过USB接口数据线连于电子计算机28上，数显仪表29输入端和静力传感器24相连。预紧螺杆8轴线距离下轴承座3底端面距离4(T60mm ;轴向螺栓台18中的加载螺杆15轴线和心轴13的轴线重合，允许同轴度误差在Imm以内。心轴13上布置的压电式加速度传感器14的数量大于等于二，布置在轴承套5上的压电式加速度传感器14的数量大于等于二。实施例1:
轴承动态特性参数测试装置，包括试验装置和仪器设备系统。所述试验装置包括铸铁平台1、安装基板2、下轴承座3、上轴承座4、轴承套5、预紧螺母6、预紧螺栓台7、预紧螺杆8、弹性绳10、橡胶弹簧22、支架12、心轴13、加载螺杆15、加载杆16、径向加载架17、轴向螺栓台18、滑键19、轴端螺母20、轴承21、传递杆23 ;所述仪器设备系统包括激振器9、阻抗头11、压电式加速度传感器14、静力传感器24、信号调理仪25、数据采集器26、功率放大器
27、电子计算机28、数显仪表29。
安装基板2用12个M20的螺栓固定在铸铁平台I上，构成试验测试基础平台。在基础平台上，安装一对下轴承座3均分别用8个M18的螺栓固定在安装基板2上，一对轴承21安装在心轴13两端，轴承21内圈和心轴13之间过盈连接，轴承21外圈安装于轴承套5中，然后将轴承21、心轴13和轴承套5 —起安装在下轴承座3里，并用上轴承座4压紧轴承套5，上轴承座3和下轴承座4之间用2个M20的螺栓固定。预紧螺栓台7、轴向螺栓台18用2个M18的螺栓固定在安装基板2上，预紧螺栓台7安装有预紧螺杆8，预紧螺杆8 一端安装有加载杆16，另一端装有传递杆23，在预紧螺杆8和传递杆23之间装有橡胶弹簧22，橡胶弹簧22和传递杆23之间留有间隙，静力传感器24安装在传递杆23另一端；轴向螺栓台18安装有加载螺杆15，加载螺杆15 —端安装有加载杆16，另一端装有传递杆23，在加载螺杆15和传递杆23之间装有橡胶弹簧22，橡胶弹簧22和传递杆23之间留有间隙，静力传感器24安装在传递杆23另一端；径向加载架17采用两个分别用2个M20的螺栓固定在安装基板2靠近心轴13的轴端处，径向加载架17中安装有加载螺杆15，双加载螺杆15的轴线所在的平面垂直于安装基板2水平面，且经过心轴13的轴线，加载螺杆15—端安装有加载杆16，另一端装有传递杆23，在加载螺杆15和传递杆23之间装有橡胶弹簧22，橡胶弹簧22和传递杆23之间留有间隙，静力传感器24安装在传递杆23另一端。施加预紧力时，通过预紧螺杆8实现轴承21预紧；施加径向力时，通过径向加载架17中的加载螺杆15对心轴13两端同步加载，经过心轴13将力传递到轴承21上；施加轴向力时，通过轴向螺栓台18中的加载螺杆15将力作用在心轴13上，由心轴13将力传递到轴承21上，加载力的大小均通过静力传感器24和数显仪表29记录，实现无极加载。激振器9通过弹性绳10悬挂在支架12上，阻抗头11 一端通过顶杆与激振器9相连，另一端通过心轴13的轴向联接螺纹孔和心轴13相连。压电式加速度传感器14通过吸盘分别布置在轴承套5和心轴13上，轴承套5上布置压电式传感器14，心轴13上布置的压电式加速度传感器14。上述压电式加速度传感器14输出端和阻抗头11的力输出端分别接入信号调理仪25输入端a和b，激振器9输入端和功率放大器17输出端e相连,信号调理仪25的输出端和功率放大器27的输入端分别接入数据采集器26的输入端c和d，最数据采集器26通过USB接口和电子计算机28相连。一般情况下，阻抗头11的力信号接入数据采集器26的第一通道，电式加速度传感器14输出信号分别接入2以后的通道即可。最后，用数据线将静力传感器24和数显仪表29相连。预紧螺杆8轴线距离下轴承座3底端面距离50mm ;轴向螺栓台18中的加载螺杆15轴线和心轴13的轴线重合。轴承套5上布置压电式传感器14的数量为6，心轴13上布置的压电式加速度传感器14的数量为4。结合图1和图5，轴承动态特性参数快速测试装置的基本原理是基于单自由振动系统，铸铁平台1、安装基板2、下轴承座3、上轴承座4、轴承套5和轴承21外圈看作基础；心轴13和轴承21内圈看成质量块；而将轴承21内外圈结合面刚度阻尼看作弹性及阻尼元件。系统在正弦激振力作用下，心轴15和轴承21内圈在振型上表现为轴向平动而不产生扭转、弯曲等变形。结合图7，说明本发明的基本原理，对于由基础一弹簧一阻尼器一质量构成的振动系统，当质量块》受到简谐激振力/作用时，振动方程可表示为:
权利要求
1.一种轴承动态特性参数测试装置，其特征在于，包括试验装置和仪器设备系统；所述试验装置包括铸铁平台(I)、安装基板(2)、下轴承座(3)、上轴承座(4)、轴承套(5)、预紧螺母(6)、预紧螺栓台(7)、预紧螺杆(8)、弹性绳(10)、橡胶弹簧(22)、支架(12)、心轴(13)、加载螺杆(15)、加载杆(16)、径向加载架(17)、轴向螺栓台(18)、滑键(19)、轴端螺母(20)、轴承(21)、传递杆(23);所述仪器设备系统包括激振器(9)、阻抗头(11)、压电式加速度传感器(14)、静力传感器(24)、信号调理仪(25)、数据采集器(26)、功率放大器(27)、电子计算机(28)、数显仪表(29);其中，安装基板(2)固定于铸铁平台(I)上，安装基板(2)上表面铣有T型槽和键槽，两个下轴承座(3 )装配在安装基板(2 )上，其中，一个下轴承座(3 )固定于安装基板(2)上，另一个下轴承座(3)用螺栓固定在安装基板(2)上，下轴承座(3)下表面安装有滑键(19)，上轴承座(4)和下轴承座(3)装配组成对开式轴承座，轴承套(5)安装在上轴承(4)和下轴承座(3)之间，并用螺栓与上轴承座(4)和下轴承座(3)固定，待测轴承(21)安装在轴承套(5)中，轴承(21)外圈由预紧螺母(6)压紧固定，心轴(13)两端和一对轴承(21)装配，轴承(21)内圈由轴端螺母(20)压紧固定；预紧螺栓台(7)固定在安装基板(2)上、预紧螺杆(8)装在预紧螺栓台(7)中，预紧螺杆(8) —端装有加载杆(16)，另一端装有传递杆(23)，在预紧螺杆(8)和传递杆(23)之间装有橡胶弹簧(22)，橡胶弹簧(22)和传递杆(23)之间留有间隙，静力传感器(24)安装在传递杆(23)另一端；轴向螺栓台(18 )固定在安装基板(2 )上，加载螺杆(15)装在轴向螺栓台(18 )中，加载螺杆(15) —端装有加载杆(16 )，另一端装有传递杆(23 )，在加载螺杆(15)和传递杆(23 )之间装有橡胶弹簧(22)，橡胶弹簧(22)和传递杆(23)之间留有间隙，静力传感器(24)安装在传递杆(23)另一端；两个径向加载架(17)用螺栓固定在安装基板(2)靠近心轴(13)的两轴端处，加载螺杆(15)装在径向加载架(17)中，双加载螺杆(15)的轴线所在的平面垂直于安装基板(2)水平面，且经过心轴(13)的轴线，加载螺杆(15) 一端装有加载杆(16)，另一端装有传递杆(23)，在加载螺杆(15)和传递杆(23)之间装有橡胶弹簧(22)，橡胶弹簧(22)和传递杆(23)之间留有间隙，静力传感器(24)安装在传递杆(23)另一端；激振器(9)通过弹性绳(10)悬挂于支架(12)上，阻抗头(11)通过顶杆与激振器(9)相连，心轴(13)轴端面加工有轴向联接螺纹孔，轴向联接螺纹孔位于心轴(13)的轴线和端面的几何中心交点处；在测量时，阻抗头(11)通过螺柱与心轴(13)上的轴向联接螺纹孔联接，压电式加速度传感器(14)通过磁头吸盘分别安装在心轴(13)和轴承套(5)上，压电式加速度传感器(14)和阻抗头(11)通过数据线和信号调理仪(25)输入端相连，信号调理仪(25)输出端和数据采集器(26)相连，功率放大器(27 )输出端和激振器(9 )相连，功率放大器(27 )输入端和数据采集器(26 )相连，数据采集器(26 )通过USB接口数据线连于电子计算机(28 )上，数显仪表(29 )输入端和静力传感器(24)相连。
2.根据权利要求1所述的轴承动态特性参数测试装置，其特征在于，所述的预紧螺杆(8)轴线距离下轴承座(3)底端面距离4(T60mm ;轴向螺栓台(18)中的加载螺杆(15)轴线和心轴(13)的轴线重合，允许同轴度误差在Imm以内。
3.根据权利要求1所述的轴承动态特性参数测试装置，其特征在于，所述的心轴(13)上布置的压电式加速度传感器(14)的数量大于等于二，布置在轴承套(5)上的压电式加速度传感器(14)的数量大于等于二。
全文摘要
本发明公开了一种轴承动态特性参数测试装置，由仪器设备系统和试验装置组成；仪器设备系统包括数据采集器、信号调理仪、功率放大器、数显仪表、激振器、阻抗头、压电式加速度传感器和电子计算机；试验装置包括铸铁平台、安装基板、轴承座、轴承套、轴承、心轴、轴端螺母、预紧螺母、橡胶弹簧、轴向加载装置、径向加载装置、预紧装置、支架、弹性绳等。本发明结构紧凑，测试原理清晰，加载装置无极可调，可以测量不同轴向力、径向力和预紧力等载荷状态下的轴承动态特性参数，测量时激振力作用方向通过心轴轴心线，同时测量轴承内外圈的振动信号，在计算系统位移频响函数时消除了轴承外圈振动信号的影响，效率、精度和稳定性高。
文档编号G01M13/04GK103105296SQ20131002403
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者胡小秋, 芮红锋, 王连宝, 周乐, 吴玲丽, 杨国维 申请人:南京理工大学