[发明专利]一种滚动轴承三维动刚度试验装置及其测试方法

说明书

本发明涉及滚动轴承刚度测试领域，尤其涉及一种滚动轴承三维动刚度试验装置及其测试方法。滚动轴承三维动刚度试验装置包括底座、电机组件、轴承转子系统、离心载荷激振装置、环境模拟试验箱、待测轴承装置和位移测试装置，其基于三向力传感获取轴承动态精确载荷以及变形位移补偿的轴承三维(轴向、水平、垂直)动刚度的试验装置，同时具有动态轴向、径向激励以及轴向静态加载装置、环境温度模拟装置，可以实现动态、静态激励以及不同温度下条件测试不同类型轴承的动刚度。

技术领域

本发明涉及滚动轴承刚度测试领域，尤其涉及一种滚动轴承三维动刚度试验装置及其测试方法。

技术背景

滚动轴承的动刚度是衡量轴承动态性能的重要指标，是轴承设计与优化的基础，然而在测试动刚度过程中，由于质量偏心引发的转子不平衡特性，其产生的离心力经过力的分解(平行四边形法则)可分为垂直和水平方向，导致垂直和水平方向载荷的时变，引发其垂直和水平方向刚度变化，加之轴向载荷交变，轴向刚度的变化，都会影响动刚度的改变，故为得到准确动刚度数据，需对轴承的径向、水平、轴向等方位进行测试。

影响滚动轴承刚度的因素有很多，在载荷施加方面，由于轴向加载为静载荷，刚度随静载荷施加的大小发生变化，加之径向(垂直、水平)加载为动载荷，刚度随转子转速的大小而变化。同时轴承经常位于变温环境下(-30℃-150℃)，而轴承温度引起轴承内外圈的膨胀的变化，改变轴承游隙，进而引起动刚度变化，因此，合理解决上述在测试过程中所出现的问题，可有效的提高动刚度数据的真实性。

为更好的测试滚动轴承刚度，相关研究人员提出了一系列的试验装置，针对静刚度测试，专利CN 108132187(一种高精度滚动轴承静刚度测试装置及方法)利用液压系统作为被测轴承轴向与径向载荷施加的直接驱动元件，通过两个电感比较仪测量轴向与径向位移，上述方法可有效测试纯轴向载荷、纯径向载荷以及轴径联合载荷作用下滚动轴承轴向、径向静刚度，但不能获取旋转态的动刚度特性。针对动刚度测试，专利CN 110631830 A(滚动轴承径向刚度测量装置)利用支架组件、力加载组件、轴承座和测量组件搭建实验台利用所得径向载荷以及位移数据，测试径向刚度；专利CN 109855868 A(一种轴承轴向刚度动态测试方法及测试设备)利用所设计旋转加载机构施加轴向载荷，利用位移传感器检测轴承的轴向位移来测试轴向刚度；CN 108680357 A(一种滚动轴承轴向和径向综合动刚度测量装置)采用电主轴和传动轴连接，传动轴上安装测试轴承，利用轴向测试装置测试轴承内外圈的轴向相对位移，径向测试装置测试轴承内外圈的径向相对位移，然后采集传感器的加载模拟量和变形模拟量来测试径向刚度和轴向刚度；上述的动刚度测试方法多数是计算载荷，一方面没有准确获取轴向的载荷，而实际运行过程中轴承载荷影响众多，不平衡、不对中等等均会影响载荷，除了幅值影响，还有频率(转子的1倍频、二倍频等)等等，因此只有准确获取载荷，才能准确计算轴承动刚度，尤其是频率对应的幅值；另一方面，采用转轴位移等效方式来表征轴承内圈的位置，这样容易导致轴承座的振动位移融入到内圈的振动中，影响实际的位移测试，另一方面，单一传感器安装位置与轴承内圈沿轴线位置存在一定偏移距离，位移测试结果会因为转子的平动、俯仰等运动与实际轴承内圈的位移存在较大差异，这些均会影响轴承测试精度。

另一方面，目前的轴承动刚度测试多数在稳定载荷环境下，没有有效模拟动态径向、轴向激励；此外，有的装置没有施加轴向预紧载荷的功能；而施加工作工程中，轴向预紧载荷、动态径向载荷这些均会影响的轴承动刚度的测试精度；同时多数试验装置和方法不能实现变温下模拟，不能测试变温环境下的动刚度；

因此有必要提出一种能够精确测试轴承动刚度以及实现动静载荷和环境模拟的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于：鉴于上述所出现的问题，提出了基于三向力传感获取轴承动态精确载荷以及变形位移补偿的轴承三维(轴向、水平、垂直)动刚度的试验装置，同时具有动态轴向、径向激励以及轴向静态加载装置、环境温度模拟装置，可以实现动态、静态激励以及不同温度下条件测试不同类型轴承的动刚度。

本发明的技术方案：