柔性预紧结构、测试工装以及高速轴承试验机

摘要

本申请涉及一种柔性预紧结构、测试工装以及高速轴承试验机，轴承柔性预紧结构包括芯轴以及套设于芯轴外的轴承座，轴承套设于芯轴外且轴承的内圈与芯轴相固定，轴承外套设有位于轴承座与轴承之间的过渡套，所述过渡套与轴承的外圈相固定，所述过渡套的外周壁与轴承座的内周壁之间具有间距，所述轴承座具有延伸至过渡套一侧的加载环板，所述加载环板与轴承座之间具有间距，且所述加载环板与过渡套之间设置有迫使二者始终有相互远离的趋势的弹性件。本申请具有对高速轴承的测试精度较高的效果。

说明书

技术领域

本申请涉及轴承试验机的领域，尤其是涉及一种柔性预紧结构、测试工装以及高速轴承试验机。

背景技术

试验机是一种检测轴承的转速以及使用寿命等参数的测试设备，其可以通过对轴承进行径向加载来模拟轴承的实际负载。

在如今的试验机中，测试轴承通常安装在旋转的芯轴上，其内圈与芯轴相固定，外圈限制在固定的轴承座内，通过芯轴的旋转带动测试轴承的内圈与外圈发生相对转动。但由于滚动体在实际使用过程中，其与内圈的滚道以及外圈的滚道并未完全贴合（即存在一定的游隙），使得在轴承的转动过程中，滚动体相对于内圈以及外圈并非是纯滚动的状态，会发生一定的相对滑动。经过行业内的专业人士多年的实验以及模拟发现，滚动体的寿命以及最高转速与轴承的轴向预紧力有很大的关系，其最合适的预紧力即是使滚动体与内圈以及外圈均呈略过盈的状态。

因而在测试轴承的预紧结构中，会对测试工装的一侧施加一个轴向的预紧力，其通常施加在一侧的测试轴承的外圈上，然后通过轴承内圈至芯轴传递至另一侧的测试轴承上以实现两侧测试轴承的轴向预紧。

但是传统的预紧方式会存在一定的弊端，由于刚性预紧以及通过单侧传递预紧力的过程中，两侧测试轴承的预紧力并不完全相同，因而会导致两侧的测试轴承在测试过程中存在偏差（例如寿命、温度、转速等参数），影响实际的测试结果。另外，由于需要对测试轴承进行轴向加载，因而测试轴承的外圈与轴承座之间需要发生一定的相对位移，那就导致了测试轴承的外圈始终需要与轴承座之间存在一定的间隙，即间隙配合的连接方式。但是测试轴承在转动的过程中，其滚动体并不会只发生理论上的滚动，还会存在一定的相对滑动，进而导致测试轴承的外圈在测试过程中会发生一定的蠕动，从而影响滚子的正常运动，同时还会在一定程度上造成外圈的振动，使得外圈与轴承座之间发生摩擦、磨损而导致温升，极大地影响了测试精度。

发明内容

为了提高高速轴承的测试精度，本申请提供一种柔性预紧结构、测试工装以及高速轴承试验机。

第一方面，本申请提供的一种轴承柔性预紧结构采用如下的技术方案：

一种轴承柔性预紧结构，包括芯轴以及套设于芯轴外的轴承座，轴承套设于芯轴外且轴承的内圈与芯轴相固定，轴承外套设有位于轴承座与轴承的外圈之间的过渡套，所述过渡套与轴承的外圈相固定，所述过渡套的外周壁与轴承座的内周壁之间具有间距，所述轴承座具有延伸至过渡套一侧的加载环板，所述加载环板与轴承座之间具有间距，且所述加载环板与过渡套之间设置有迫使二者始终有相互远离的趋势的弹性件。

通过采用上述技术方案，首先，过渡套与加载环板之间的间距使过渡套具有一定的轴向窜动间隙，并且，在当加载环板固定时，由于过渡套与加载环板之间并不接触，那么过渡套所对轴承的外圈施加的轴向载荷近似可以通过弹性件的弹性模量来支持，从而使得轴承试验机两侧的轴承都可以具有近似相同的轴向预紧载荷，减小两侧工位之间的差距，减小一侧的轴承由于过早的失效而导致停机的情况。另外，由于过渡套与轴承的外圈固定，因而其二者可以近似看作为一个整体，那么其整体质量也会升高，因而在当轴承的外圈具有蠕动的趋势时，其整体会发生偏移的角度更小，另一方面，由于过渡套整体较为厚重，过渡套与轴承座之间的窜动对轴承的外圈所造成的影响也较小，减小了轴承在高速测试环境中造成的温升，从而可以有效地提高测试过程中的准确性。

优选的，所述弹性件包括压缩弹簧，所述压缩弹簧于过渡套的周向设置有多个，所述加载环板上设置有供压缩弹簧的一端穿设的第一弹簧槽，所述过渡套上设置有供压缩弹簧的另一端穿设的第二弹簧槽。

通过采用上述技术方案，第一弹簧槽以及第二弹簧槽的设置对压缩弹簧进行了限位，提高了压缩弹簧在加载环板与过渡套之间的连接强度。

优选的，所述第一弹簧槽或第二弹簧槽为环形槽。

通过采用上述技术方案，由于过渡套还是会发生一定的周向蠕动，而环形槽的设置使压缩弹簧可以在环形槽中发生一定的周向偏移，进而不会使压缩弹簧发生扭转甚至失效。

优选的，所述第一弹簧槽的深度小于第二弹簧槽的深度。

优选的，所述过渡套与轴承的外圈过盈配合，所述过渡套具有延伸至轴承的一侧的限位部，所述限位部位于轴承与加载环板之间。

通过采用上述技术方案，过盈配合的方式方便了过渡套与轴承的安装，同时，限位部的设置也可以在轴向预紧载荷的驱动下提高与轴承的连接强度，减小轴承的外圈与过渡套之间发生位移、打滑等情况。

优选的，所述轴承座包括有供加载环板可拆卸连接的基座。

通过采用上述技术方案，可拆卸连接的方式方便了弹性件以及过渡套安装至轴承座中，提高了装配效率。

优选的，所述过渡套与轴承均设置有两个，两个轴承的内圈之间设置有分别与两个轴承的内圈抵紧的第一隔套，两个所述过渡套之间具有间距，所述加载环板于轴承座上具有两个且位于两个所述过渡套相背离的两侧。

通过采用上述技术方案，这种设置通常应用在轴承试验机的陪试轴承上，由于两个陪试轴承之间的间距较近，因而可以通过这种方式来起到对两个陪试轴承进行柔性预紧的目的，同时，两个弹性件的设置方式也可以在一定程度上使得两个陪试轴承的轴向预紧载荷相同。从而提高陪试轴承的寿命。

优选的，两个所述过渡套相互靠近的一侧均设置有抵接面，两个所述抵接面相互拼接形成供径向加载机构的加载头抵接的抵接平面，两个所述抵接面共面且所述抵接平面与径向加载机构的加载头的轴线方向相垂直。

通过采用上述技术方案，抵接平面的设置使得径向加载机构的加载头与之抵接时不容易发生打滑，从而提高径向加载时的稳定性。

第二方面，本申请提供的一种轴承测试工装采用如下的技术方案：

一种轴承测试工装，包括上述的柔性预紧结构。

第三方面，本申请提供的一种高速轴承试验机采用如下的技术方案：

一种高速轴承试验机，包括轴承测试工装、与轴承测试工装同轴设置且位于其一端的驱动机构以及位于轴承测试工装轴向另一端的轴向加载机构，所述轴承测试工装包括芯轴以及两个轴承座，所述芯轴的两端分别固定有一一对应穿设于轴承座中的测试轴承，所述测试轴承采用上述的柔性预紧结构进行预紧，且两个加载环板分别位于两端的测试轴承相背离的两侧；

其中，所述轴向加载机构用于对一侧的测试轴承的外圈进行轴向加载。

通过采用上述技术方案，在当轴向加载机构对一侧的测试轴承工位中的测试轴承的外圈加载时，该侧的测试轴承的外圈会有向远离轴向加载机构偏移的趋势，并带动芯轴以及芯轴上的两个测试轴承均具有向远离轴向加载机构的微小偏移，并使另一侧的压缩弹簧压缩以提供更大的弹性力，从而对靠近驱动机构一侧的测试轴承进行同步加载。

附图说明

图1是本申请实施例1中高速轴承试验机的结构示意图。

图2是图1中A部分的放大示意图。

图3是本申请实施例1中陪试轴承工位的结构示意图。

图4是本申请实施例2中陪试轴承工位的结构示意图。

附图标记说明：1、试验机底座；2、轴承测试工装；3、驱动机构；4、轴向加载机构；21、陪试轴承工位；22、测试轴承工位；23、芯轴；5、轴承座；24、固定座；6、测试轴承；25、锁紧螺母；7、过渡套；71、限位部；51、加载环板；8、弹性件；41、加载端盖；511、第一弹簧槽；72、第二弹簧槽；9、陪试轴承；10、第一隔套；11、第二隔套；52、基座；12、抵接面；13、预紧弹簧；14、限位板。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

实施例1：

本申请实施例公开一种高速轴承试验机。参照图1，高速轴承试验机包括试验机底座1、固定于试验机底座1上的轴承测试工装2、与轴承测试工装2同轴设置且位于其一端的驱动机构3、位于轴承测试工装2轴向另一端的轴向加载机构4以及水平设置并用于对轴承测试工装2进行径向加载的径向加载机构（未示出）。其中，待测试的测试轴承6设置于轴承测试工装2中并通过轴承测试工装2进行固定，通过轴向加载机构4的设置模拟测试轴承6在轴向加载的状况下的模拟工况，并通过径向加载机构的加载来模拟测试轴承6在带负载转动的状态下的模拟工况。

轴承测试工装2包括陪试轴承工位21、位于陪试轴承工位21两侧的测试轴承工位22以及贯穿测试轴承工位22与陪试轴承工位21并与驱动机构3联动的芯轴23，其中，两侧的测试轴承工位22固定于试验机底座1上，径向加载机构的加载头作用于陪试轴承工位21上，也因为径向加载机构的设置使得陪试轴承工位21也可以相对稳定地固定于试验机底座1上。

参照图1和图2，测试轴承工位22具有轴承座5以及设置于试验机底座1上且用于固定轴承座5的固定座24，芯轴23穿设于轴承座5中，测试轴承6套设于芯轴23上并位于芯轴23与轴承座5之间，且测试轴承6通过柔性预紧结构于测试轴承工位22中进行预紧。

具体的，测试轴承6的内圈通过锁紧螺母25而固定于内圈上，从而实现测试轴承6的内圈与芯轴23的同步转动。测试轴承6外套设有位于轴承座5与轴承之间的过渡套7，且过渡套7通过过盈配合的连接方式与测试轴承6的外圈进行固定连接，过渡套7具有延伸至测试轴承6的一侧并与测试轴承6的外圈抵接的限位部71。轴承座5具有延伸至过渡套7一侧的加载环板51，限位部71位于加载环板51与测试轴承6的外圈之间，且加载环板51与过渡套7之间具有间隙δ，过渡套7的外周壁与轴承座5的内周壁之间具有间距α。加载环板51与过渡套7之间设置有弹性件8，弹性件8迫使过渡套7始终有向加载环板51远离的趋势。通过过渡套7、弹性件8、芯轴23以及轴承座5的相互作用而实现了柔性预紧的目的。

其中，间隙α的设置使得过渡套7可以在轴承座5中发生一定的轴向窜动，且在过渡套7温升而发生热膨胀时，该间隙α也始终存在，而间隙δ的设置使得过渡套7与加载环板51之间在平衡之后允许有一定的窜动量，在一定程度上也可以起到浮动安装的作用。

两侧的测试轴承工位22相对于其连线的垂直平面呈对称设置，因而在当整体平衡后，可以发现，由于间隙δ的存在，使得测试轴承6的外圈的轴向预紧力完全通过弹性件8进行提供，其中，弹性件8在本实施例中选用为压缩弹簧，因而可知，通过间隙δ的改变可以改变压缩弹簧的压缩量，进而调整测试轴承6的外圈所受到的轴向预紧力。但是由于芯轴23具有一定的浮动性，使得两侧的测试轴承6的预紧量可以保持相同，从而在一定程度上保持两侧的测试轴承工位22中测试轴承6预紧的一致性。

但是在当轴向加载机构4对一侧的测试轴承工位22中的测试轴承6的外圈加载时，该侧的测试轴承6的外圈会有向远离轴向加载机构4偏移的趋势，并带动芯轴23以及芯轴23上的两个测试轴承6均具有向远离轴向加载机构4的微小偏移，并使另一侧的压缩弹簧压缩以提供更大的弹性力，从而对靠近驱动机构3一侧的测试轴承6进行同步加载。其中，轴向加载机构4的加载头作用于一加载端盖41上，而该加载端盖41直接与测试轴承6的外圈抵接，从而实现轴向加载机构4对测试轴承6的轴向加载。

同时，由于过渡套7与测试轴承6的外圈固定，因而其二者可以近似看作为一个整体，那么其整体质量也会升高，从而其惯性也会升高。因而在当轴承的外圈具有蠕动的趋势时，其整体所发生偏移的角度会更小，另一方面，由于过渡套7整体较为厚重，过渡套7与轴承座5之间的窜动对测试轴承6的外圈所造成的影响也较小，当过渡套7的外周壁与轴承座5的内周壁之间发生相对蠕动、摩擦而产生热量时，所产生的热量也仅仅只会有较小的一部分会传递至测试轴承6中，减小了测试轴承6在高速测试环境中造成的温升，有效地提高了测试轴承6在测试过程中的稳定性和准确性。

进一步的，压缩弹簧于过渡套7的周向均匀设置有至少三个，加载环板51上设置有供压缩弹簧的一端穿设的第一弹簧槽511，过渡套7上设置有供压缩弹簧的另一端穿设的第二弹簧槽72，但是由于过渡套7会发生一定的周向窜动，因而第一弹簧槽511或第二弹簧槽72中的任意一个可以设计为环形槽，当过渡套7发生周向窜动时，压缩弹簧可以在为环形槽的弹簧槽中发生周向滑移，进而减缓压缩弹簧所发生的扭转的情况。但是第一弹簧槽511与第二弹簧槽72也可以都不是环形槽，进而在当过渡套7发生周向的微小偏移时，通过径向扭转的压缩弹簧可以提供补偿力以阻碍过渡套7继续发生同方向的偏移。进一步的，第一弹簧槽511的深度小于第二弹簧槽72的深度，进而使压缩弹簧可以预安装在第二弹簧槽72上以方便进行装配。

参照图1和图3，基于同一发明构思，陪试轴承工位21也可以采用同样的柔性预紧结构进行预紧。具体的，其包括轴承座5以及两个过渡套7，陪试轴承9具有两个并套设于芯轴23上，两个过渡套7一一对应过盈配合于陪试轴承9的外圈上。两个陪试轴承9的内圈之间设置有分别与两个陪试轴承9的内圈抵紧的第一隔套10，陪试轴承9与相邻的测试轴承6之间具有分别与陪试轴承9的内圈以及测试轴承6的内圈相互抵接的第二隔套11，并通过芯轴23两端的锁紧螺母25的作用以实现陪试轴承9的内圈以及测试轴承6的内圈的相对固定。

其中，加载环板51于轴承座5上设置有两个，两个加载环板51分别位于两侧的过渡套7相互背离的两侧，两个加载环板51分别与相邻的过渡套7之间设置有用于预紧的弹性件8，两个过渡套7之间恒具有一定的间隙。

需要注意的是，在陪试轴承工位21中，一组过渡套7、弹性件8以及加载环板51之间形成的柔性预紧结构与测试轴承工位22中的柔性预紧结构相同，通过调节陪试轴承工位21中两个压缩弹簧的弹性模量以及与加载环板51之间的间距可以使得两个陪试轴承9恒在一个近似相等的预紧力下。

而为了实现安装，轴承座5可以采用分体设置的方式构成，即包括加载环板51以及供加载环板51可拆卸连接的基座52。其中，基座52套设于陪试轴承9外。而分体式的轴承座5不仅仅局限于陪试轴承工位21处的设置方式，测试轴承工位22处的轴承座5也可以采用该种方式进行布置以方便进行安装，此处不再赘述。

同时，基座52也可以内置冷却水腔来进一步降低由于过渡套7与基座52之间由于摩擦而产生的热量并进一步降低陪试轴承9的温度，从而提高陪试轴承9的寿命。需要注意的是，陪试轴承9的寿命需要大于测试轴承6的寿命，以避免由于陪试轴承9的失效而导致的停机。

此外，为了提高径向加载机构的加载头在对陪试轴承9进行加载的过程中的稳定性，两个所述过渡套7相互靠近的一侧均设置有抵接面12，两个抵接面12相互拼接形成供径向加载机构的加载头抵接的抵接平面，两个抵接面12共面且形成的抵接平面与径向加载机构的加载头的轴线方向相垂直，从而使得径向加载机构可以稳定地实现径向加载。

本申请实施例高速轴承试验机的实施原理为：通过柔性预紧结构的设置来保证各个工位中轴承的预紧量以及加载时的均匀性，并减小了蠕动对轴承所带来的的影响，提高了高速轴承试验机在对轴承进行测试时的准确性。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于陪试轴承工位21的预紧结构有所区别。参照图4，其中，轴承座5套设于两个陪试轴承9外且轴承座5的两侧固定有用于限制陪试轴承9的限位板14，两个陪试轴承9的内圈之间通过第一隔套10分隔并同时与第一隔套10抵接，芯轴23上还套设有位于两个陪试轴承9之间的预紧弹簧13，预紧弹簧13的两端分别与两个陪试轴承9的外圈相抵接，通过预紧弹簧13的弹性力来将两个陪试轴承9的外圈向相反方向推动并实现预紧。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。