[发明专利]交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法，装置主要包括驱动电机、加载电机、受载轴、交变载荷发生件、被测滚动轴承、探头移动架、超声纵波探头。其中驱动电机驱动受载轴转动，使受载轴右端的被测滚动轴承以特定转速转动；加载电机驱动交变载荷发生件产生交变载荷，经受载轴对被测滚动轴承实现不同大小和频率的交变载荷加载；探头移动架可调节超声纵波探头与被测滚动轴承两侧的贴合位置；通过超声纵波探头监测被测轴承在模拟工作状态下的应力。该试验装置可模拟滚动轴承在不同转速、承受不同大小和频率的交变载荷的工作状态，并监测应力分布情况，从而用于滚动轴承承载和使用性能的实验研究。

技术领域

本发明涉及一种交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法，尤其适用于模拟滚动轴承处于不同转速、承受不同大小和频率的交变载荷的工作状态，并监测滚动轴承的应力分布的实验研究。

背景技术

滚动轴承是用于支撑回转构件的基本机械元件，在现代装备、机器和仪器等领域的机构中有着广泛的使用。机构中滚动轴承的选用和失效形式在使用过程中备受关注，它对提高滚动轴承使用性能、保障机械系统的可靠性和稳定性具有重要作用。

实际中，滚动轴承的选用和失效形式主要与轴承转速和承受的载荷有关，原因是轴承的工作转速和载荷决定了滚动轴承的应力状况。所以探究轴承所受应力与转速和载荷的关系，对指导机构中轴承的选用及提高轴承的寿命有着重要意义。

由于机构在运作时内部和外部的作用力往往呈周期变化，所以轴承承受的载荷常常是交变载荷。并且理论表明，滚动轴承在经向载荷作用下，滚动摩擦副不同部位的载荷分布是不同的。所以研究工作中的滚动轴承的应力状况，需综合考虑轴承转速、交变载荷的加载和轴承周向位置等因素。

目前，超声波检测技术已经十分成熟，广泛应用于构件的应力无损检测。利用超声波法监测滚动轴承工作时滚动摩擦副的应力，无需破坏或停止运转的轴承，能够极大限度地减少测量手段对轴承实际应力状况的影响。

经专利查询和文献检索，目前还没有在综合考虑滚动轴承转速、交变载荷的加载和轴承周向位置等因素的情况下，利用超声纵波监测轴承应力状况的类似试验装置。鉴于此，发明一种利用超声波探究滚动轴承在交变载荷下应力状况的试验装置，将对滚动轴承的使用性能研究和工程应用具有重要意义。

发明内容

发明目的：为了模拟滚动轴承的实际工作状态并对滚动轴承应力状况进行研究，本发明提出了一种利用超声纵波波监测滚动轴承受交变载荷时应力状况的试验装置。

技术方案：本发明交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，主要包括工作台、驱动电机、加载电机、左支撑、右支撑、前支撑、后支撑、受载轴、交变载荷发生件、被测滚动轴承、探头移动架、超声纵波探头、超声发射接收器、数字示波器、计算机。

所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，受载轴分别通过左端的一般轴承和右端的被测滚动轴承支撑在左支撑和右支撑上，左支撑和右支撑均固定在工作台上；驱动电机驱动受载轴及其右端的被测滚动轴承转动，改变驱动电机转速可模拟被测轴承以不同转速转动；加载电机驱动交变载荷发生件运作，产生正弦交变载荷经受载轴作用于被测滚动轴承，通过改变加载调速电机转速和交变载荷发生件上配置块质量，可模拟不同大小、不同频率的交变载荷加载；前支撑和后支撑固定在工作台上，用于保证交变载荷发生件在非竖直方向上的稳定；探头移动架置于右支撑上，探头移动架的两侧各布置一个超声纵波探头，利用探头移动架可实现超声探头的空间位置调整，使超声探头与被测轴承外圈不同位置贴合并进行应力监测；右支撑采用可分离形式，并内置了轴承内外径调整环，方便被测轴承的安装和更换，可对不同尺寸的轴承进行实验；超声发射接收器用于激励发射探头产生纵波，纵波经被测轴承外圈传播后由另一侧接收探头接收，且超声发射接收器可将接收和发射的声信号转换为电信号；实验中，数字示波器和计算机用于对超声发射接收器输出的电信号进行波形显示、数据存储和分析处理。

有益效果：采用上述方案，具有以下优点和突出效果：