一种大型推力滚子轴承试验装置

本发明涉及大型推力滚子轴承测试，尤其涉及一种大型推力滚子轴承试验装置。

背景技术：

1、在隧道挖掘工作中，基于掘进机的盾构施工方法被大量使用。大型掘进机作为集高科技、高标准、高质量于一身的大型工程机械，其内部零件的研发测试工作是我国能否有效推进盾构机关键零部件国产化、解决一系列“卡脖子”问题的关键所在。因此，建设与盾构机关键零部件相适应的试验平台，对零件设计进行测试并为进一步的制造和使用采集数据十分有必要。

2、大型掘进机主轴承多采用回转支撑。回转支撑是一种特大型低速重载轴承，与普通轴承相比，具有(1)大尺寸(2)同时承受径向、轴向和倾覆力矩载荷(3)转速低，通常低于10rpm等特点。而大型掘进机刀盘主轴承是用于刀盘驱动的核心部件，其性能关系到掘进机整体性能的优劣。在对掘进机主轴承的诸多设计要求之中，轴承寿命又是最为重要的指标。

3、基于上述需求，盾构机刀盘主轴承多使用三排滚柱式回转支撑，该轴承的主要特点就是使用上中下三排正交布置的滚柱承受刀盘工作过程中传递过来的径向、轴向和倾覆力矩载荷。与双排球式轴承相比，由点接触改为线接触后，降低了接触应力，提高了承载能力；同时，径向力和轴向力由不同的两排滚柱分别承受，支撑反力与所受载荷主方向一致(即接触角为90°)，因而可以减少滚柱和滚道的接触载荷。

4、由于轴承状态退化过程涉及到多个物理量，现有试验台对于轴承的数据获取不够充分，单一的测量、特征参数不能全面反映轴承退化状态，需要融合多个物理量进行轴承性能退化状态的评价。此外，现有大型掘进机主轴承试验机只能采用轴承原型进行试验，试验成本巨大，且无法满足对轴承各主要特征信号的测量，限制了盾构机主轴承试验水平的提高。因此，有必要对三排滚柱式回转支撑进行简化，降低其试验成本，同时研制能够尽量模拟实际工况的大尺寸轴承试验台，对简化后的轴承进行试验，并为实际三排滚柱式回转支撑的设计和优化提供支撑。

5、根据基本的载荷分析可知，三排滚柱式回转支撑的三列滚柱中，有一列主要承受轴向力，一列主要承受径向力，一列主要承受倾覆力矩，而该力矩亦可以简化为偏心轴向力，且在整个轴承载荷中，径向力只占较小的部分。因此，一个三排滚柱式回转支撑可以等效为两个推力轴承和一个径向轴承，且推力轴承所承受的轴向载荷占绝大多数。那么对大尺寸推力滚子轴承进行试验和测试，能够为盾构机主轴承的设计和优化提供有效的支持。

6、因此，研制一台能够模拟盾构机主轴承实际工况，并可实现测量多个物理量的大型推力滚子轴承试验台具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有大型推力滚子轴承试验台的空白，提出一种大型推力滚子轴承试验装置，拟解决大型掘进机主轴承试验机只能采用轴承原型进行试验，试验成本巨大，且无法满足对轴承各主要特征信号的测量，限制了大型掘进机主轴承试验水平的提高等实际工程问题。

2、本发明的技术方案如下：一种大型推力滚子轴承试验装置，包括试验台底座15、动力系统和轴承测试系统；试验台底座15上集成动力系统和轴承测试系统，轴承测试系统与动力系统相连接，动力系统为被测轴承8提供转动；

3、所述动力系统通过支撑座14固定，其包括伺服电机1、扭矩转速传感器2、减速器3，三者依次通过联轴器相连；减速器3端部连接齿轮；

4、所述轴承测试系统包括轴向油缸5、被测轴承8、中间过渡盘9、陪测轴承10；被测轴承8轴圈、中间过渡盘9、陪测轴承10轴圈，三者依次通过主轴同轴连接，用于传递载荷以及保证被测轴承8和陪测轴承10同步转动；主轴两端分别通过端盖与两轴承座圈配合固定；轴向油缸5沿端盖圆周方向布置，其两端分别通过连接耳板与端盖连接；试验时，轴向油缸5根据需求伸缩，使被测轴承8承受轴向载荷和倾覆力矩；陪测轴承10的主轴一端连接有齿轮，所述齿轮与减速器6端部的齿轮相啮合；动力系统产生的转动传递至陪测轴承10的主轴，陪测轴承10的轴圈和被测轴承8的轴圈通过中间过渡盘9连接，两个轴承的轴圈因此形成同步转动；

5、高度调整机构12和水平位置调整机构布置于试验台底座15上；高度调整机构12通过涡轮丝杠升降机调整导轨17的垂直高度，水平调整位置机构通过导轮13在导轨17上进行水平运动；水平调整位置机构上放置轴承端盖支撑座11。

6、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

7、1.本发明可以作为一种大型推力滚子轴承综合性能试验台，且可以根据被测试轴承的尺寸对试验台支撑部分进行调整，因此可以适应各类大尺寸轴承的测试工作。

8、2.本发明通过使被测轴承轴圈通过中间过渡盘与陪测轴承轴圈相连接，实现了与真实工况更加近似的加载，大大提高测试结果精准性，为后续的轴承优化设计提供有力数据支撑。

9、3.本发明通过被测轴承与陪测轴承的同步旋转实现了在轴圈加载的同时无摩擦加载。加载过程贴近真实工况，数据可靠。大型推力滚子轴承试验台的研制成功为国产大尺寸轴承的优化设计、改进工艺提供了重要的试验数据，也为加快我国大型掘进机主轴承的国产化进程提供有力帮助。

技术特征：

1.一种大型推力滚子轴承试验装置，其特征在于，所述大型推力滚子轴承试验装置包括试验台底座(15)、动力系统和轴承测试系统；试验台底座(15)上集成动力系统和轴承测试系统，轴承测试系统与动力系统相连接，动力系统为被测轴承(8)提供转动；

技术总结
本发明属于大型推力滚子轴承测试技术领域，提出了一种大型推力滚子轴承试验装置。本发明充分考虑大型掘进机主轴承工作过程中的载荷状况，提出建立大型推力滚子轴承试验装置，通过对大尺寸推力滚子轴承的测试，实现盾构机主轴承设计的验证和优化，通过与陪试轴承同步转动并传递载荷的方式，实现了对大型掘进机主轴承工作负载状态的良好模拟，同时避免了出现额外摩擦等情况。本发明解决了大型推力滚子轴承等大尺寸轴承缺少合适试验台进行测试工作的问题，同时解决了盾构机主轴承工作负载情况难以模拟的难题，确保了试验台测试结果真实可靠。同时本试验台具有针对不同尺寸轴承的调整机制，可以满足不同尺寸、不同精度要求的轴承测试安装。

技术研发人员：孙伟,白国力,王连吉,孙亮,王林涛,孙清超
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14