CN104568443A - 空间滚动轴承综合性能实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间滚动轴承综合性能实验装置，涉及一种实验设备，提供一种能精确地测量空间滚动轴承在轴向和径向联合载荷以及不同转速工况下摩擦力矩、轴承温升、振动等基础数据的实验装置。发明通过轴向加载装置和径向加载装置，能同时对被测轴承实施轴向力和径向力精确加载；三轴加速度传感器用于测量被测轴承径向、轴向、周向振动情况；温度传感器用于测量被测轴承温升情况；压力传感器用于测量被测轴承的摩擦力矩；环形压力传感器用于测量被测轴承所受轴向力；砝码用于标示被测轴承所受径向力。发明能够用于评价空间滚动轴承的综合性能，为开发我国航空航天领域高端轴承提供关键科学技术依据和试验平台支撑。

Description

空间滚动轴承综合性能实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验设备，尤其涉及一种空间环境条件下滚动轴承的综合性能检测实验装置。
背景技术
轴承是航空航天工业配套和维修所必需的关键件，与航空航天工业的发展和技术进步密切相关。轴承的技术水平、性能和质量的优劣直接影响着飞机、火箭、卫星等航空航天飞行器的性能寿命和可靠性。空间滚动轴承与民用轴承相比，在精度、速度、灵敏度、寿命、可靠性、温度、真空度、腐蚀、辐射等方面均有很苛刻的要求。为满足这些要求，在轴承的设计、选材、加工、检测、试验、润滑、使用、维护等各方面都必须采取相应的技术措施。因此，发明一种空间滚动轴承综合性能实验平台，准确地掌握空间滚动轴承的动态服役行为，建立轴承综合性能数据库，对提高我国空间滚动轴承的技术水平有重要的科学意义和工程实用价值。
现有技术中针对滚动轴承综合性能测试手段不够完善，没有能真实完整地模拟空间滚动轴承实际工况的实验装置，特别是没有同时考虑轴向和径向加载，尤其是无法准确地测量转速和载荷对空间滚动轴承的摩擦力矩、温升、振动的影响关系，从而不能真正地掌握空间滚动轴承失效机理、摩擦学性能等规律。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种空间滚动轴承综合性能实验装置，该实验装置能精确地测量空间滚动轴承在轴向和径向联合载荷以及不同转速工况下摩擦力矩、轴承温升、振动等基础数据，以便于评价空间滚动轴承的综合性能，为开发我国航空航天领域高端轴承提供关键科学技术依据和试验平台支撑。
为解决上述问题采用的技术方案是：空间滚动轴承综合性能实验装置包括内部设置有实验台架安装平台的空间环境模拟装置和位于空间环境模拟装置内的空间滚动轴承实验台架；空间滚动轴承实验台架包括被测空间滚动轴承、加载轴承座、轴承套环、传动装置、支撑装置、轴向加载装置、径向加载装置和检测装置；
传动装置包括真空高低温电机和实验主轴，真空高低温电机能够驱动实验主轴旋转；
支撑装置包括电机安装支座、转矩转速传感器安装支座和主轴支撑装置；电机安装支座安装在实验台架安装平台上并支撑真空高低温电机；实验主轴两端分别通过主轴支撑装置支撑，主轴支撑装置包括支撑轴承、支撑轴承安装支座和支撑轴承座端盖，支撑轴承的内圈安装在实验主轴上，支撑轴承外圈安装在支座轴承安装支座的轴承孔内，支撑轴承座端盖通过紧固螺钉与支座轴承安装支座连接，支撑轴承座端盖和实验主轴的轴肩共同轴向定位支撑轴承，支撑轴承安装支座安装在实验台架安装平台上；
被测空间滚动轴承设置于两件主轴支撑装置之间的部分实验主轴上，被测空间滚动轴承数量为两件且面对面或背对背安装；轴承套环套装在实验主轴上并位于两件被测空间滚动轴承之间；
加载轴承座套装在被测空间滚动轴承外圈上，加载轴承座一端设置有定位台阶，另一端连接轴向加载装置，加载轴承座外表面连接径向加载装置，实验主轴的轴肩、定位台阶和轴向加载装置共同轴向定位被测空间滚动轴承；
轴向加载装置包括沿实验主轴轴向依次设置的加载轴承座端盖、弹簧和挡圈；加载轴承座端盖通过六个圆周均布的加载螺钉与加载轴承座连接并压缩弹簧，挡圈位于弹簧和被测空间滚动轴承之间；
径向加载装置包括径向加载盘、加载砝码和挂钩，挂钩与加载轴承座连接，径向加载盘挂在挂钩上，加载砝码放入径向加载盘内；
检测装置包括转矩转速传感器、三轴加速度传感器、环形压力传感器、温度传感器和摩擦力矩检测装置；转矩转速传感器设置于真空高低温电机和实验主轴之间并通过弹性联轴器与真空高低温电机和实验主轴连接，转矩转速传感器安装支座支撑转矩转速传感器；三轴加速度传感器与加载轴承连接；环形压力传感器位于被测空间滚动轴承和挡圈之间；温度传感器与加载轴承座连接并靠近被测空间滚动轴承；摩擦力矩检测装置包括传力杆、压力传感器和压力传感器安装支座，传力杆与加载轴承座连接，压力传感器安装支座安装在实验台架安装平台上，压力传感器与压力传感器安装支座连接并与传力杆接触。
进一步的是：支撑轴承为固体润滑轴承
进一步的是：真空高低温电机、转矩转速传感器、三轴加速度传感器、环形压力传感器、温度传感器和压力传感器均通过设置在空间环境模拟装置上的航空插座与外界连接。
本发明的有益效果是：1、本发明的空间滚动轴承综合性能实验装置，通过轴向加载装置和径向加载装置，能同时对被测轴承实施轴向力和径向力精确加载。轴向力加载通过拧紧加载螺钉实现，轴向力依次通过挡圈和环形压力传感器传递至一个被测空间滚动轴承，同时轴向力通过加载轴承座上的定位台阶传递至另一个被测空间滚动轴承，弹簧还作为缓冲单元，轴向加载装置能实现对被测轴承精确稳定加载。通过在径向加载盘放入标准砝码，实现径向力精确稳定加载；加载方式不仅结构简单、易操作，而且准确可靠。
2、转矩转速传感器用于测量被测轴承转速和输入转矩；三轴加速度传感器用于测量被测轴承径向、轴向、周向振动情况；温度传感器用于测量被测轴承温升情况；压力传感器用于测量被测轴承的摩擦力矩；环形压力传感器用于测量被测轴承所受轴向力；砝码用于标示被测轴承所受径向力。因此本实验装置能精确地测量空间滚动轴承在轴向和径向联合载荷以及不同转速工况下摩擦力矩、轴承温升、振动等基础数据，以便于评价空间滚动轴承的综合性能，为开发我国航空航天领域高端轴承提供关键科学技术依据和试验平台支撑。
附图说明
图1为空间滚动轴承综合性能实验装置的主视图；
图2为空间滚动轴承综合性能实验装置在加载轴承座处的局部放大图；
图3为空间滚动轴承综合性能实验装置在加载轴承座处的局部侧视图；
图中标记为：空间环境模拟装置1、真空高低温电机2、弹性联轴器3、转矩转速传感器4、航空插座5、支撑轴承座端盖6、紧固螺钉7、支撑轴承8、加载轴承座9、三轴加速度传感器10、被测空间滚动轴承11、轴承套环12、环形压力传感器13、挡圈14、弹簧15、加载螺钉16、加载轴承座端盖17、实验主轴18、实验台架安装平台19、温度传感器20、支撑轴承安装支座21、转矩转速传感器安装支座22、支撑装置包括电机安装支座23、压力传感器24、压力传感器安装支座25、加载砝码26、径向加载盘27、传力杆28。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图3所示，空间滚动轴承综合性能实验装置包括内部设置有实验台架安装平台19的空间环境模拟装置1和位于空间环境模拟装置1内的空间滚动轴承实验台架；空间滚动轴承实验台架包括被测空间滚动轴承11、加载轴承座9、轴承套环12、传动装置、支撑装置、轴向加载装置、径向加载装置和检测装置；
传动装置包括真空高低温电机2和实验主轴18，真空高低温电机2能够驱动实验主轴18旋转；
支撑装置包括电机安装支座23、转矩转速传感器安装支座22和主轴支撑装置；电机安装支座23安装在实验台架安装平台19上并支撑真空高低温电机2；实验主轴18两端分别通过主轴支撑装置支撑，主轴支撑装置包括支撑轴承8、支撑轴承安装支座21和支撑轴承座端盖6，支撑轴承8的内圈安装在实验主轴18上，支撑轴承8外圈安装在支座轴承安装支座21的轴承孔内，支撑轴承座端盖6通过紧固螺钉7与支座轴承安装支座21连接，支撑轴承座端盖6和实验主轴18的轴肩共同轴向定位支撑轴承8，支撑轴承安装支座21安装在实验台架安装平台19上；
被测空间滚动轴承11设置于两件主轴支撑装置之间的部分实验主轴18上，被测空间滚动轴承11数量为两件且面对面或背对背安装；轴承套环12套装在实验主轴18上并位于两件被测空间滚动轴承11之间；
加载轴承座9套装在被测空间滚动轴承11外圈上，加载轴承座9一端设置有定位台阶，另一端连接轴向加载装置，加载轴承座9外表面连接径向加载装置，实验主轴18的轴肩、定位台阶和轴向加载装置共同轴向定位被测空间滚动轴承11；
轴向加载装置包括沿实验主轴18轴向依次设置的加载轴承座端盖17、弹簧15和挡圈14；加载轴承座端盖17通过六个圆周均布的加载螺钉16与加载轴承座9连接并压缩弹簧15，挡圈14位于弹簧15和被测空间滚动轴承11之间；
径向加载装置包括径向加载盘27、加载砝码26和挂钩，挂钩与加载轴承座9连接，径向加载盘27挂在挂钩上，加载砝码26放入径向加载盘27内；
检测装置包括转矩转速传感器4、三轴加速度传感器10、环形压力传感器13、温度传感器20和摩擦力矩检测装置；转矩转速传感器4设置于真空高低温电机2和实验主轴18之间并通过弹性联轴器3与真空高低温电机2和实验主轴18连接，转矩转速传感器安装支座22支撑转矩转速传感器4；三轴加速度传感器10与加载轴承9连接；环形压力传感器13位于被测空间滚动轴承11和挡圈14之间；温度传感器20与加载轴承座9连接并靠近被测空间滚动轴承11；摩擦力矩检测装置包括传力杆28、压力传感器24和压力传感器安装支座25，传力杆28与加载轴承座9连接，压力传感器安装支座25安装在实验台架安装平台19上，压力传感器24与压力传感器安装支座25连接并与传力杆28接触。
空间环境模拟装置1用于模拟空间环境，例如低气压、低温或高温的环境。真空高低温电机2为能够在空间环境下运转的电机。因在空间环境下运转，支撑轴承8应为固体润滑轴承。真空高低温电机2、转矩转速传感器4、三轴加速度传感器10、环形压力传感器13、温度传感器20和压力传感器24均需通过外界供电或与外界传递数据，因此均需与外界连接。本发明中，真空高低温电机2、转矩转速传感器4、三轴加速度传感器10、环形压力传感器13、温度传感器20和压力传感器24均通过设置在空间环境模拟装置1上的航空插座5与外界连接。
本发明的空间滚动轴承综合性能实验装置，通过轴向加载装置和径向加载装置，能同时对被测空间滚动轴承11实施轴向力和径向力精确加载。轴向力加载通过拧紧加载螺钉16实现，轴向力依次通过挡圈14和环形压力传感器13传递至一个被测空间滚动轴承11，同时轴向力通过加载轴承座9上的定位台阶传递至另一个被测空间滚动轴承11，弹簧15还作为缓冲单元，轴向加载装置能实现对被测轴承精确稳定加载。通过在径向加载盘27放入标准砝码26，实现径向力精确稳定加载；加载方式不仅结构简单、易操作，而且准确可靠。
转矩转速传感器4用于测量被测空间滚动轴承11转速和输入转矩；三轴加速度传感器10用于测量被测空间滚动轴承11径向、轴向、周向振动情况；温度传感器20用于测量被测空间滚动轴承11温升情况；压力传感器24用于测量被测空间滚动轴承11的摩擦力矩；环形压力传感器13用于测量被测轴承所受轴向力；砝码26用于标示被测轴承所受径向力。因此本实验装置能精确地测量被测空间滚动轴承11在轴向和径向联合载荷以及不同转速工况下摩擦力矩、轴承温升、振动等基础数据，以便于评价空间滚动轴承的综合性能，为开发我国航空航天领域高端轴承提供关键科学技术依据和试验平台支撑。
压力传感器24测量被测空间滚动轴承11的摩擦力矩的方式为：被测空间滚动轴承11的摩擦力矩转化为摩擦力，摩擦力通过传力杆28传递至压力传感器24处使传力杆28给予压力传感器24压力F，压力传感器24测得压力F，压力传感器24与被测空间滚动轴承11中心距为l，空间滚动轴承11的摩擦力矩通过公式M＝F×l即可算出。

Claims (3)

1.空间滚动轴承综合性能实验装置，其特征在于：包括内部设置有实验台架安装平台(19)的空间环境模拟装置(1)和位于空间环境模拟装置(1)内的空间滚动轴承实验台架；空间滚动轴承实验台架包括被测空间滚动轴承(11)、加载轴承座(9)、轴承套环(12)、传动装置、支撑装置、轴向加载装置、径向加载装置和检测装置；
传动装置包括真空高低温电机(2)和实验主轴(18)，真空高低温电机(2)能够驱动实验主轴(18)旋转；
支撑装置包括电机安装支座(23)、转矩转速传感器安装支座(22)和主轴支撑装置；电机安装支座(23)安装在实验台架安装平台(19)上并支撑真空高低温电机(2)；实验主轴(18)两端分别通过主轴支撑装置支撑，主轴支撑装置包括支撑轴承(8)、支撑轴承安装支座(21)和支撑轴承座端盖(6)，支撑轴承(8)的内圈安装在实验主轴(18)上，支撑轴承(8)外圈安装在支座轴承安装支座(21)的轴承孔内，支撑轴承座端盖(6)通过紧固螺钉(7)与支座轴承安装支座(21)连接，支撑轴承座端盖(6)和实验主轴(18)的轴肩共同轴向定位支撑轴承(8)，支撑轴承安装支座(21)安装在实验台架安装平台(19)上；
被测空间滚动轴承(11)设置于两件主轴支撑装置之间的部分实验主轴(18)上，被测空间滚动轴承(11)数量为两件且面对面或背对背安装；轴承套环(12)套装在实验主轴(18)上并位于两件被测空间滚动轴承(11)之间；
加载轴承座(9)套装在被测空间滚动轴承(11)外圈上，加载轴承座(9)一端设置有定位台阶，另一端连接轴向加载装置，加载轴承座(9)外表面连接径向加载装置，实验主轴(18)的轴肩、定位台阶和轴向加载装置共同轴向定位被测空间滚动轴承(11)；
轴向加载装置包括沿实验主轴(18)轴向依次设置的加载轴承座端盖(17)、弹簧(15)和挡圈(14)；加载轴承座端盖(17)通过六个圆周均布的加载螺钉(16)与加载轴承座(9)连接并压缩弹簧(15)，挡圈(14)位于弹簧(15)和被测空间滚动轴承(11)之间；
径向加载装置包括径向加载盘(27)、加载砝码(26)和挂钩，挂钩与加载轴承座(9)连接，径向加载盘(27)挂在挂钩上，加载砝码(26)放入径向加载盘(27)内；
检测装置包括转矩转速传感器(4)、三轴加速度传感器(10)、环形压力传感器(13)、温度传感器(20)和摩擦力矩检测装置；转矩转速传感器(4)设置于真空高低温电机(2)和实验主轴(18)之间并通过弹性联轴器(3)与真空高低温电机(2)和实验主轴(18)连接，转矩转速传感器安装支座(22)支撑转矩转速传感器(4)；三轴加速度传感器(10)与加载轴承(9)连接；环形压力传感器(13)位于被测空间滚动轴承(11)和挡圈(14)之间；温度传感器(20)与加载轴承座(9)连接并靠近被测空间滚动轴承(11)；摩擦力矩检测装置包括传力杆(28)、压力传感器(24)和压力传感器安装支座(25)，传力杆(28)与加载轴承座(9)连接，压力传感器安装支座(25)安装在实验台架安装平台(19)上，压力传感器(24)与压力传感器安装支座(25)连接并与传力杆(28)接触。
2.根据权利要求1所述的空间滚动轴承综合性能实验装置，其特征在于：支撑轴承(8)为固体润滑轴承。
3.根据权利要求2所述的空间滚动轴承综合性能实验装置，其特征在于：真空高低温电机(2)、转矩转速传感器(4)、三轴加速度传感器(10)、环形压力传感器(13)、温度传感器(20)和压力传感器(24)均通过设置在空间环境模拟装置(1)上的航空插座(5)与外界连接。
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