CN108827633B - 配对滚动轴承智能调试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种配对滚动轴承智能调试装置，其创新在于：所述配对滚动轴承智能调试装置包括支架、支撑套、内挡板、外挡板、C形套、夹板、摆杆、摆锤、连接螺栓、拉压力传感器、位移传感器、垫圈和角度传感器；本发明的有益技术效果是：提出了一种配对滚动轴承智能调试装置，该装置能同时测量预紧力、位移量和摩擦力矩，从而构建三者关系曲线模型，根据曲线模型，在实际滚动轴承的调整中完成不同工况下所需预紧力的调整。

Description

配对滚动轴承智能调试装置

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承摩擦性能测试技术，尤其涉及一种配对滚动轴承智能调试装置。

背景技术

滚动轴承是机械领域中的重要零件；在安装滚动轴承时，合适的预紧力，对于提高滚动轴承的使用性能具有重要的意义：预紧力过小，会使滚动轴承工作时存在间隙，影响工作精度；预紧力过大，会导致滚动体与内、外滚道的摩擦明显加剧，严重影响滚动轴承的使用寿命；在安装滚动轴承时，如能对滚动轴承施加正确的预紧力，可以使滚动轴承的运行效果大幅提高，因此，有必要对预紧力和摩擦力矩的关系进行研究，这就需要一种能同时对摩擦力矩和预紧力进行测量的装置，而现有技术中却少有这种装置。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种配对滚动轴承智能调试装置，包括两个待测试的滚动轴承，其创新在于：所述配对滚动轴承智能调试装置包括支架、支撑套、内挡板、外挡板、C形套、夹板、摆杆、摆锤、连接螺栓、拉压力传感器、位移传感器、垫圈和角度传感器；

所述支架位置固定，支架的右端面上设置有连接柱，连接柱的轴向与水平方向平行，连接柱内设置有贯通支架的通孔，通孔与连接柱同轴，连接柱的外径与支撑套的内径匹配；所述支撑套套接在连接柱外，支撑套的外径与滚动轴承的内径匹配；所述内挡板的内径与支撑套的外径匹配，内挡板的外径小于滚动轴承内圈的外径，内挡板套接在支撑套上，内挡板的左端面与支架的右端面接触；第一滚动轴承套接在支撑套外，第一滚动轴承内圈的左端面与内挡板的右端面接触；所述垫圈的外径与滚动轴承的外径相同，垫圈的内径大于滚动轴承外圈的内径，垫圈套接在支撑套外，垫圈的左端面与第一滚动轴承外圈的右端面接触；第二滚动轴承套接在支撑套外，第二滚动轴承外圈的左端面与垫圈的右端面接触；所述外挡板的内径与连接螺栓匹配，外挡板的外径小于滚动轴承内圈的外径，外挡板设置在连接柱的右侧，外挡板的左端面与第二滚动轴承内圈的右端面接触，外挡板的左端面与连接柱的右端面之间留有间隙；所述连接螺栓套接在外挡板的内孔中，连接螺栓的螺栓头位于外挡板的右侧，连接螺栓的中部位于所述通孔中，连接螺栓的左端位于支架左侧；所述拉压力传感器上设置有与连接螺栓匹配的螺纹孔，连接螺栓左端与拉压力传感器螺纹连接，拉压力传感器的右端面与支架左端面接触，外挡板被所述螺栓头抵紧在第二滚动轴承内圈的右端面上；支架左端面上设置有限位销，拉压力传感器的右端面上设置有与限位销匹配的限位孔，限位销套接在限位孔中；所述C形套套接在滚动轴承和垫圈外，所述夹板套接在C形套外，夹板通过C形套将滚动轴承夹紧；所述角度传感器设置在夹板的上端面上；所述摆杆的上端与夹板下端固定连接，摆杆的下端与摆锤连接；所述位移传感器设置在连接螺栓的右侧，位移传感器能对连接螺栓的轴向位移进行测量。

前述装置中：拉压力传感器用于测量连接螺栓的拉力，连接螺栓的拉力即为作用在滚动轴承内圈上的预紧力；位移传感器用于测量连接螺栓右端面的位移量，连接螺栓右端面的位移量即为轴承内部的形变量，也即预紧位移量；角度传感器用于测量夹板的摆动角度，夹板的摆动角度即为滚动轴承外圈的摆动幅度；夹板由两块板子组成，两块板子通过蝶形螺栓螺母连接。

本发明的原理是：根据前述结构可知，连接螺栓通过外挡板将滚动轴承的内圈抵紧，使滚动轴承的内圈不会随外圈运动，夹板通过C形套将滚动轴承的外圈抱紧，滚动轴承的外圈会与夹板同步运动；

具体测量时，先将摆锤举升至初始位置，然后让摆锤自然下落，摆锤自然下落后，再一次到达的上行最高点记为监测位置；前述过程中，通过角度传感器对外圈的转动角度进行监测，得到θ₁和θ₂；θ₁为初始位置处，摆长方向与竖直方向的夹角；θ₂为监测位置处，摆长方向与竖直方向的夹角；所述初始位置低于滚动轴承的轴心高度；然后根据下式计算出转动副的摩擦力矩M：

其中，m为摆动部件的质量；g为重力加速度；L为摆长。

参见图2，图中标记C所示位置即为初始位置，标记D所示位置即为监测位置；测量时，先将摆锤举升至初始位置，此时，摆长与竖直方向的夹角即为θ₁；然后让摆锤自然下落，摆锤先向下摆动至最低点，经过最低点后，摆锤又开始上升并再一次达到上行最高点，此过程中，由于摩擦力矩造成的能量损失，摆锤无法上升到与初始位置相同的高度，仅能达到高度较低的监测位置处(图中的Δh即为能量损失造成的上摆高度损失)，此时，摆长与竖直方向的夹角即为θ₂；根据能量守恒原理，摩擦力矩做功应等于损失的能量，则有：

M(θ₁+θ₂)＝mgL(cosθ₁-cosθ₂)

将上式变形后，即得前述的摩擦力矩计算公式。

在进行前述的摩擦力矩测量操作之前，通过旋动连接螺栓来调节预紧力的大小，拉压力传感器能够检测出预紧力的精确数值，通过拉压力传感器，我们就能知道，当前测得的摩擦力矩所对应的预紧力数值，轴承内圈的位移量我们也可以通过位移传感器读出；在不同预紧力条件下进行多次试验，我们就能得到每种预紧力所对应的摩擦力矩和预紧位移量，将摩擦力矩、预紧力和预紧位移量绘制在图纸上，就能得到相应的三参数变化曲线图；

本发明中三参数变化曲线图的形成通过算法计算和编程，实现电脑控制端对三个传感器数据的处理，再通过界面编程，最终在软件界面显示端显示最终的曲线示意图，这样就是实现了数据的智能化处理。

现有技术在安装轴承时，由于预紧力和预紧位移量均不可测，因此，通常都是安装工人根据经验进行预紧，误差较大；采用本发明方案后，可通过调节调整垫片的厚度，来精确设定预紧力，具体操作是：设某两个待安装的滚动轴承的设计预紧力为F₀，先用本发明的装置对两个待安装的滚动轴承进行单独测试，得到相应的三参数变化曲线，然后将拟加装的调整垫片(调整垫片的外径小于滚动轴承内圈的外径，设调整垫片的初始厚度为U₁)放置在两个待安装的滚动轴承之间，然后调节连接螺栓的位置，使外挡板将滚动轴承内圈抵紧在调整垫片上，然后再按前述测试方法测量出摩擦力矩M₁，然后根据M₁，在三参数变化曲线图中找到对应的预紧力F₁和预紧位移量L₁，然后根据F₀，在三参数变化曲线图中找到对应的预紧位移量L₀和摩擦力矩M₀，然后计算出L₁和L₀的差值△x，若F₁大于F₀，则将调整垫片的厚度在U₁基础上增加△x；若F₁小于F₀，则将调整垫片的厚度在U₁基础上减少△x。调整垫片厚度调节完后，再次将调整垫片安装在轴承之间并重新测量轴承当前的摩擦力矩M₂，若M₂与M₀相同(或在误差范围内)，则此调整垫片对轴承进行安装，即可使作用在轴承上的预紧力达到F₀的要求，若M₂与M₀偏差较大，则重新按前述方式计算出新的△x并对调节调整垫片厚度作进一步调节，然后根据新厚度的调整垫片重新测量摩擦力矩，直至满足要求。

本发明的有益技术效果是：提出了一种配对滚动轴承智能调试装置，该装置能同时测量预紧力、位移量和摩擦力矩，从而构建三者关系曲线模型，根据曲线模型，在实际滚动轴承的调整中完成不同工况下所需预紧力的调整。

附图说明

图1、本发明的断面结构示意图；

图2、摆动部分的结构示意图；

图3、三参数变化曲线示意图；

图4、调整垫片设置位置示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：支架1、支撑套2、内挡板3、外挡板4、C形套5、夹板6、摆杆7、摆锤8、连接螺栓9、拉压力传感器10、位移传感器11、垫圈12、角度传感器13、调整垫片14、第一滚动轴承A、第二滚动轴承B。

具体实施方式

一种配对滚动轴承智能调试装置，包括两个待测试的滚动轴承，其创新在于：所述滚动轴承预紧力测量调整装置包括支架1、支撑套2、内挡板3、外挡板4、C形套5、夹板6、摆杆7、摆锤8、连接螺栓9、拉压力传感器10、位移传感器11、垫圈12和角度传感器13；

所述支架1位置固定，支架1的右端面上设置有连接柱，连接柱的轴向与水平方向平行，连接柱内设置有贯通支架1的通孔，通孔与连接柱同轴，连接柱的外径与支撑套2的内径匹配；所述支撑套2套接在连接柱外，支撑套2的外径与滚动轴承的内径匹配；所述内挡板3的内径与支撑套2的外径匹配，内挡板3的外径小于滚动轴承内圈的外径，内挡板3套接在支撑套2上，内挡板3的左端面与支架1的右端面接触；第一滚动轴承套接在支撑套2外，第一滚动轴承内圈的左端面与内挡板3的右端面接触；所述垫圈12的外径与滚动轴承的外径相同，垫圈12的内径大于滚动轴承外圈的内径，垫圈12套接在支撑套2外，垫圈12的左端面与第一滚动轴承外圈的右端面接触；第二滚动轴承套接在支撑套2外，第二滚动轴承外圈的左端面与垫圈12的右端面接触；所述外挡板4的内径与连接螺栓9匹配，外挡板4的外径小于滚动轴承内圈的外径，外挡板4设置在连接柱的右侧，外挡板4的左端面与第二滚动轴承内圈的右端面接触，外挡板4的左端面与连接柱的右端面之间留有间隙；所述连接螺栓9套接在外挡板4的内孔中，连接螺栓9的螺栓头位于外挡板4的右侧，连接螺栓9的中部位于所述通孔中，连接螺栓9的左端位于支架1左侧；所述拉压力传感器10上设置有与连接螺栓9匹配的螺纹孔，连接螺栓9左端与拉压力传感器10螺纹连接，拉压力传感器10的右端面与支架1左端面接触，外挡板4被所述螺栓头抵紧在第二滚动轴承内圈的右端面上；支架1左端面上设置有限位销，拉压力传感器10的右端面上设置有与限位销匹配的限位孔，限位销套接在限位孔中；所述C形套5套接在滚动轴承和垫圈12外，所述夹板6套接在C形套5外，夹板6通过C形套5将滚动轴承夹紧；所述角度传感器13设置在夹板6的上端面上；所述摆杆7的上端与夹板6下端固定连接，摆杆7的下端与摆锤8连接；所述位移传感器11设置在连接螺栓9的右侧，位移传感器11能对连接螺栓9的轴向位移进行测量。

对不同滚动轴承进行检测时，由于滚动轴承重量不同，会导致装置中摆动部分的重心位置发生变化，进而引起摆长变化，每次测量前都检测一次摆长显然不太科学，为了提高检测量的便利性，发明人还提出了如下的优选方案：所述摆杆7为螺纹杆，摆锤8与摆杆7螺纹连接，摆杆7中部设置有吊环7-1，摆杆7的轴向与支撑套2的径向重合。基于常识可知，常用的摆锤8，其外形一般都不会是异形结构，这时，再使摆杆7的轴向与支撑套2的径向重合，摆长方向就与摆杆7的轴向同轴了，装置中摆动部分的重心必然在摆杆7的轴向上，通过螺纹调节摆锤8和摆杆7的相对位置，就能对重心的位置进行调节，调节时，通过吊环7-1将摆动部分吊起，调节摆锤8和摆杆7的相对位置，使重心位于吊环7-1位置处(通过观察摆杆轴向是否与水平方向平行即可确定重心是否位于吊环7-1位置处)，如此就能使摆长长度成为一个常量，每次对不同滚动轴承进行检测时，只需对重心位置稍作调整即可进行测量，大大提高检测的便利性。

实际应用时，若不便调节重心，还可通过如下方法直接求解摆长l：

由单摆***的角动量定理可知，单摆运动模型的运动学方程可表达为下式：

采用分离变量法对上式进行求解，则可推导出任意角度下单摆的周期T的表达式：

于是摆长l可由下式计算得到：

其中：α是初始角度，g为重力加速度；

对于精密轴承而言，其摩擦力矩往往很小，刚摆动时，周期会保持一个相对比较正确的数值，因此摆长l也可通过理论计算确定。

其中单摆周期T我们可以通过角度传感器13得出，角度传感器在传输数据中记录着左右最高点的角度，也记录了所用时间的多少。通过处理数据，我们可以分析出单摆周期T的值。

Claims (1)

1.一种配对滚动轴承智能调试装置，包括两个待测试的滚动轴承，其特征在于：所述配对滚动轴承智能调试装置包括支架(1)、支撑套(2)、内挡板(3)、外挡板(4)、C形套(5)、夹板(6)、摆杆(7)、摆锤(8)、连接螺栓(9)、拉压力传感器(10)、位移传感器(11)、垫圈(12)和角度传感器(13)；

所述支架(1)位置固定，支架(1)的右端面上设置有连接柱，连接柱的轴向与水平方向平行，连接柱内设置有贯通支架(1)的通孔，通孔与连接柱同轴，连接柱的外径与支撑套(2)的内径匹配；所述支撑套(2)套接在连接柱外，支撑套(2)的外径与滚动轴承的内径匹配；所述内挡板(3)的内径与支撑套(2)的外径匹配，内挡板(3)的外径小于滚动轴承内圈的外径，内挡板(3)套接在支撑套(2)上，内挡板(3)的左端面与支架(1)的右端面接触；第一滚动轴承套接在支撑套(2)外，第一滚动轴承内圈的左端面与内挡板(3)的右端面接触；所述垫圈(12)的外径与滚动轴承的外径相同，垫圈(12)的内径大于滚动轴承外圈的内径，垫圈(12)套接在支撑套(2)外，垫圈(12)的左端面与第一滚动轴承外圈的右端面接触；第二滚动轴承套接在支撑套(2)外，第二滚动轴承外圈的左端面与垫圈(12)的右端面接触；所述外挡板(4)的内径与连接螺栓(9)匹配，外挡板(4)的外径小于滚动轴承内圈的外径，外挡板(4)设置在连接柱的右侧，外挡板(4)的左端面与第二滚动轴承内圈的右端面接触，外挡板(4)的左端面与连接柱的右端面之间留有间隙；所述连接螺栓(9)套接在外挡板(4)的内孔中，连接螺栓(9)的螺栓头位于外挡板(4)的右侧，连接螺栓(9)的中部位于所述通孔中，连接螺栓(9)的左端位于支架(1)左侧；所述拉压力传感器(10)上设置有与连接螺栓(9)匹配的螺纹孔，连接螺栓(9)左端与拉压力传感器(10)螺纹连接，拉压力传感器(10)的右端面与支架(1)左端面接触，外挡板(4)被所述螺栓头抵紧在第二滚动轴承内圈的右端面上；支架(1)左端面上设置有限位销，拉压力传感器(10)的右端面上设置有与限位销匹配的限位孔，限位销套接在限位孔中；所述C形套(5)套接在两个滚动轴承和垫圈(12)外，所述夹板(6)套接在C形套(5)外，夹板(6)通过C形套(5)将两个滚动轴承夹紧；所述角度传感器(13)设置在夹板(6)的上端面上；所述摆杆(7)的上端与夹板(6)下端固定连接，摆杆(7)的下端与摆锤(8)连接；所述位移传感器(11)设置在连接螺栓(9)的右侧，位移传感器(11)能对连接螺栓(9)的轴向位移进行测量。

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