[发明专利]一种可变刚度主轴的机械式测试台架

说明书

本发明公开了一种可变刚度主轴的机械式测试台架，主轴和机架的两端各开有若干个弹性缝隙；机架外圆和膨胀螺栓外圆为两个外锥面，主轴内圆和紧套内圆为两个内锥面。膨胀螺栓和主轴、紧套和机架通过锥面上的螺纹配合。本发明可以根据试验要求，随时拧动膨胀螺栓与紧套，调整轴承与主轴、机架间的预紧力改变结合部刚度，测试主轴在不同配合间隙情况下的轴向窜动响应；也可以单独测试轴承的轴向刚度，避免了因设计、使用和制造要求等原因造成多次加工台架的情况，具有降本增效优点；弹性缩放间隙大，可实现滚动轴承的系列化和标准化；合理的间隙调试可以最好的控制轴承运转时的温度与振动以及主轴的窜动。

技术领域

本发明涉及主轴-轴承系统的性能测试领域，具体涉及一种可变刚度主轴的机械式测试台架。

背景技术

滚动轴承是决定整个回转系统性能的关键零件之一，数控机床主轴支承根据主轴部件的转速、承载能力及回转精度等要求的不同而采用不同种类的轴承。在主轴-轴承系统中，轴承的刚度主要受轴承预紧配置方式、预紧力的大小、轴承配对方式、轴承与轴的配合、主轴转速和轴承温升等因素决定。随着高速高精密加工技术要求的提高，进一步深入对主轴-轴承系统的稳定性研究，特别是研究轴承结合部刚度对主轴轴向窜动的影响。

然而，目前还没有一种能研究不同结合刚度情况下轴承支承对主轴窜动响应的测试装置。

发明内容

为了克服上述现有技术问题，本发明的目的是提供一种可变刚度主轴的机械式测试台架，该装置可解决因设计、使用和制造等原因造成轴承主轴间隙过大的问题；并且机架、主轴与轴承的结合部分直径可以进行缩放，在装配调试及使用过程中可以随时对轴承间隙进行调整，通过径向预紧力的变化，改变结合部刚度，尤其是在试运作过程中通过对间隙调整使主轴运转在一个较理想的指标状态下，是主轴稳定运转的有力保障因素之一。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种可变刚度主轴的机械式测试台架，由试验装置和仪器设备系统组成，试验装置包括法兰、大角度规、紧套、小角度规、膨胀螺栓、扳柱、机架、卡环、主轴、铸铁平台、带颈法兰和轴承；仪器设备系统包括力锤、压电式加速度传感器、动态信号测试分析仪和计算机；

所述的机架固定于铸铁平台上，在主轴的两端钻有锥螺纹孔，主轴和机架的两端各开有缝隙，所述缝隙为弹性缝隙，使主轴和机架的径向具有可弹缩性，能够通过进给变形施加不同的径向预紧力；

所述的轴承包括试验装置左部分中的圆柱滚子轴承、试验装置右部分中的角接触球轴承，所述机架与轴承的初始配合为间隙配合；所述主轴与轴承的初始配合为间隙配合；所述的紧套包括试验装置左侧的第一紧套、试验装置右侧的第二紧套，两端紧套旋紧，机架悬臂夹紧轴承外圈，第一紧套和第二紧套进给使机架与轴承外圈之间产生挤压；所述的膨胀螺栓包括试验装置左端第一膨胀螺栓、试验装置右端的第二膨胀螺栓，所述膨胀螺栓与主轴通过锥螺纹配合，膨胀螺栓的进给使主轴与轴承内圈之间产生挤压；

所述的主轴两端钻有盲孔，所述的机架两端外圆部分和主轴两端外圆部分各开有若干弹性缝隙，使机架与主轴径向具有可弹缩性；

所述的法兰和带颈法兰上加工有螺纹孔与腰型槽，带颈法兰与机架通过螺栓连接，抵住轴承端面对两端轴承；法兰上具有扇形键槽，卡环外侧具有扇形键块，与法兰的扇槽配合，二者通过螺栓连接，环内圆有与槽宽相等的矩形键块，矩形键块卡入主轴上的弹性缝隙；

所述的小角度规套在卡环或法兰颈上，能够转动或前后滑动调整位置与膨胀螺栓的标线对齐；所述的大角度规套在机身外圆上，能够转动或前后滑动调整位置与紧套的标线对齐；

在膨胀螺栓上布置有压电式加速度传感器，压电式加速度传感器和力锤通过数据线和动态信号测试分析仪输入端相连，动态信号测试分析仪通过USB接口数据线连于电子计算机上。