1.一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述寿命试验台包括驱动模块、试验模块、加载模块、控制模块和数据采集模块,其中,
所述控制模块,包括设置在电脑桌(2)上的计算机(1)和控制器(3),所述计算机(1)将控制信息传送给所述控制器(3),所述控制器(3)通过信号传输线缆与所述驱动模块连接,进而控制驱动模块;
所述驱动模块,包括设置于减震台(7)上的同轴的联轴器(5)和伺服电机(6),通过控制所述伺服电机(6)内高性能矢量控制型变频器能够实现对伺服电机主轴转速的连续调节,所述驱动模块通过所述联轴器(5)与所述试验模块连接,进而驱动所述试验模块中的试验主轴;
所述加载模块,包括径向加载铜套(4)、径向加载活塞(18),所述径向加载活塞(18)由液压驱动,所述径向加载活塞(18)通过与试验轴承套上相应的凹槽抵接实现对试验轴承的径向加载;
所述试验模块,固定在所述减振台(7)上,包括前支承轴承(10)、后支承轴承(17)、激振偏心质量环(12)、套筒(13);其中,所述前支承轴承(10)和所述后支承轴承(17)均通过在轴承套内两侧安装轴承固定卡环(8)固定,试验主轴穿过所述前支承轴承(10)和所述后支承轴承(17);至少两个所述激振偏心质量环(12)通过螺栓螺母对称固定在试验主轴上,试验主轴通过带动所述激振偏心质量环(12)实现对试验轴承的多维激振载荷加载;在试验轴承的两侧分别与对应的所述激振偏心质量环(12)之间设置套筒(13),使试验轴承的轴向固定;所述加载模块固定于试验轴承套的正上方,所述径向加载活塞(18)通过对试验轴承套施加压力,进而实现对试验轴承施加径向加载;
所述数据采集模块,包括温度传感器(23)、振动传感器(24)和压力传感器(25),三个传感器经由试验轴承套上的通孔固定并抵接试验轴承外圈,三个传感器采集的数据通过专用数据线传输到所述控制模块,所述控制模块对采集的信号进行处理并实现对试验加载的闭环控制,以及数据保存;
工作过程中,所述控制模块控制所述驱动模块的所述伺服电机(6)的转速来驱动所述试验模块,带动所述试验模块的所述激振偏心质量环(12),实现试验轴承的多类型加载;数据采集模块通过三个传感器采集试验轴承实际承受的加载应力及试验轴承的振动、温度信号,在所述计算机(1)上实时显示,同时三个传感器的信号反馈到所述控制模块,所述控制模块根据反馈的加载信息对所述驱动模块发出的信号指令进行修正,形成闭环控制回路。
2.根据权利要求1所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述激振偏心质量环(12)的圆周面上按角度设置均匀分布的螺纹孔,至少一个质量块(16)通过螺纹连接固定在所述激振偏心质量环(12)上,所述激振偏心质量环(12)和至少一个所述质量块(16)构成激振加载装置,能够根据试验要求形成夹角以实现多维激振载荷。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述加载模块还包括设置于所述径向加载铜套(4)顶部的径向加载端盖(19),设置于径向加载端盖(19)与所述径向加载铜套(4)之间的径向加载上密封垫片(20),固定于所述径向加载活塞(18)上端的弹簧(21),设置于所述径向加载铜套(4)底部的径向加载下密封垫片(22);
其中,所述径向加载端盖(19)用于与所述径向加载铜套(4)形成封闭油腔,并承载反向的液压力,所述径向加载上密封垫片(20)与所述径向加载下密封垫片(22)实现对液压缸的密封,所述弹簧(21)能够使所述径向加载活塞(18)实现卸载时自动缩回。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述试验模块的所有轴承的内圈和外圈之间均设置轴承密封垫片(9),用于对采用脂润滑方式的轴承进行密封。
5.根据权利要求1所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述联轴器(5)为梅花型挠性联轴器,所述伺服电机(6)为可调速主轴交流伺服电机。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述轴承固定卡环(8)为弹性卡环。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台,其特征在于,所述激振偏心质量环(12)的圆周面上相邻螺纹孔之间的夹角为36°。
8.一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台进行振动疲劳寿命试验的方法,其特征在于,包括以下步骤:
s1:根据试验轴承的型号,查询轴承额定径向动载荷,确定所需的径向载荷;根据试验要求确定试验激振加载类型;根据试验轴承的材料性能参数,确定激励载荷幅值f(t)和m(t),其中,f(t)为单向振动载荷幅值,m(t)为弯曲振动载荷幅值;再确定试验台的共振频率偏量值作为试验停机的判断阈值;
s2:根据步骤s1的试验轴承型号,选择与试验轴承内径匹配的试验主轴和试验轴承外径匹配的轴承套,选择脂润滑方式并使用密封垫片对试验轴承进行相应的密封,将试验轴承安装在试验轴承套中;
s3:根据步骤s1确定的激振加载类型和激励载荷幅值,根据所述激振偏心质量环(12)上所需的所述质量块(16)的质量以及其与x轴的夹角值,选择质量块(16)按照试验角度安装在所述激振偏心质量环(12)上,并将所述激振偏心质量环(12)固定在试验主轴上;其中,x轴指沿垂直于地面方向,y轴指沿平行地面方向,z轴指沿试验主轴轴向方向,坐标系满足右手螺旋法则;
s4:根据步骤s1确定的径向载荷,通过所述加载模块对试验轴承施加径向载荷;
s5:根据步骤s1确定的激振加载类型和激励载荷幅值,在所述计算机(1)中形成振动载荷谱,并向所述驱动模块发出指令,控制所述伺服电机(6)的转速,带动所述试验模块的激振偏心质量环(12)形成试验所需的加载要求;
s6:通过数据采集模块采集相应的振动、温度和压力信号并存储在计算机(1)中,利用计算机(1)对数据实时计算处理,通过计算的实时振动信号的相关特征量得到共振频率偏量值与步骤s1设定的试验停机阈值对比,当达到阈值后试验停止;
s7:拆下试验轴承进行观察记录失效样貌,从计算机(1)中导出试验数据。
9.根据权利要求8所述的一种具有多维激振载荷的滚动轴承寿命试验台进行振动疲劳寿命试验的方法,其特征在于,所述步骤s3中,一个所述激振偏心质量环(12)与其对应安装的一个所述质量块(16)构成一个激振加载装置,其中,每个所述质量块(16)的质量及其与x轴的夹角值的计算方法如下:
激振加载类型为单向振动载荷,则令每个加载装置中的质量块与x轴的夹角相等,m1=m2=m,将在
f(t)=2mrω2sinωt(1)
其中,α─第一个激振加载装置的质量块与x轴的夹角,β─第二个激振加载装置的质量块与x轴的夹角,r─转动轴的半径或质量块至圆心的距离,i─第一个激振加载装置的质量块的振动方向,j─第二个激振加载装置的质量块的振动方向;m1-第一个激振加载装置的质量块的质量,m2-第二个激振加载装置的质量块的质量,m-第一个或第二个激振加载装置的质量块的质量,
激振加载类型为弯曲振动载荷,则令m1=m2=m,α=β+180°,即形成方向相反幅值相同的激振载荷,即形成一对力偶,在
m(t)=(mrω2sinωt)s(2)
式中,s为两质量块之间的距离;根据所述步骤s1确定的激励载荷幅值m(t),求得所述质量块(16)的质量;
激振加载类型为复杂振动载荷,则令α≠β,m1≠m2,将在
其中,