CN109932164B

CN109932164B - 用于旋转轴系的轴向径向力加载装置

Info

Publication number: CN109932164B
Application number: CN201910148418.XA
Authority: CN
Inventors: 李苗苗; 赵晨旭; 王大伟; 杨博; 杨中怡; 王章源; 刘钦文
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: CN109932164A

Abstract

本发明提供一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，包括：辅助加载单元、径向力加载单元、轴向力加载单元和推进装置单元四个部分。辅助加载单元，通过轴承与加载轴相连，轴承座与轴承相连，径向力加载单元，通过推进装置单元与径向加载板的配合，可实现径向力的加载与卸载，径向力传感器用于测量径向加载力；轴向力加载单元，通过加载装置与摆臂机构的配合，可实现轴向力的加载与卸载，轴向力传感器用于测量轴向力。该结构简单对称，容易实现模块化、载荷范围可调、加载精度高，是一种经济高效的轴向力径向力加载装置。

Description

用于旋转轴系的轴向径向力加载装置

技术领域

本发明属于旋转轴领域，具体的说是应用于一种应用于旋转轴系可靠性监测的力加载装置。

背景技术

旋转轴系是机床的关键部件。机床旋转轴系指机床上带动工件或刀具旋转的轴，通常由旋转轴系、轴承和传动件等组成旋转轴系部件，在机器中主要用于支撑传功零件，如齿轮、带轮等。旋转轴系传递着动力和各种负荷，其运行状态影响整个机组的性能。旋转轴系运转时有很多信息通过振动信号、温度信号等表现。例如，机床旋转轴系轴承故障、旋转轴系偏心可通过振动信号的测量和分析反映；旋转轴系的温度超过允许范围则会严重影响机床的加工精度。目前，国内较为缺乏旋转轴系相应的振动信号监测方法。本课题利用振动传感器及检测仪器，实现旋转轴系的传感器铺设及振动信号采集，对采集到的信号加以分析，为旋转轴系的故障分析提供数据支持。

发明内容

针对上述的问题，本发明旨在提供一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，采用液压加载方案以提高加载力的精确性和稳定性，优化原有径向力垂直加载所导致摩擦力增大和难以计算的问题，采用水平加载尽可能减小摩擦力以提高加载力的精确性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，所述加载装置包括辅助加载单元、径向力加载单元、轴向力加载单元和推进装置单元6；

所述辅助加载单元通过内部的轴承与加载轴即旋转轴系相连，所述辅助加载单元用于在旋转轴系上定位；所述径向力加载单元通过推进装置单元与径向加载板的配合，实现径向力的加载与卸载，采用径向力传感器测量径向加载力；所述轴向力加载单元，通过加载装置与摆臂机构的配合，实现轴向力的加载与卸载，采用轴向力传感器测量轴向力。

进一步的，所述的辅助加载单元（辅助加载单元在旋转轴上定位）包括：轴承套模块3、平台4；所述轴承套模块3放置于平台4上，制动器2和轴承套模块3相连；所述轴承套模块3包括：旋转轴系31、轴承套左端盖32、轴承套右端盖37、螺钉35、轴承套36、左轴承33、右轴承34；左轴承33和右轴承34通过阶梯安装在旋转轴系31上，轴承套36内，用螺钉35锁紧轴承套左端盖32、轴承套右端盖37。

进一步的，所述的推进装置单元6包括：铰链模块、液压模块和弹性装置模块；所述铰链模块包括：垫板61、固定座62、铰链63、连接板64，其中，所述垫板61位于最下方，其固定于平台4上，在垫板61上通过所述固定座62固定铰链63的一端，铰链63活动端固定在连接板64上，所述连接板64通过螺钉与连接杆65连接，构成铰链模块；

所述液压模块包括：连接杆65、伺服阀66、伺服油缸69、滚动座67、油缸前套615、油缸连接套616、油缸后套614、凹半圆台613、活塞杆610；所述连接杆65串连油缸前套615，油缸后套614，油缸连接套616将油缸前套615，油缸后套614螺钉连接在一起，并且通过螺钉固定在连接杆65上；所述连接杆65放置于滚动座67上，滚动座67放置于凹半圆台613上，凹半圆台613下是回弹补偿装置68，活塞杆610装在伺服油缸69内，右端与弹性装置模块611连接，构成液压模块。

进一步的，所述弹性装置模块611右端与顶杆614焊接，顶杆614装载力传感器612；所述弹性装置模块611包括：左板6112、右板6111、横导柱6113、弹簧6114，所述横导柱6113末端焊接在右板6111上，两边各套一个弹簧6114，左板6112上的光孔穿过导柱压在弹簧6114上，另一面与液压模块的活塞杆610焊接。

进一步的，所述回弹补偿装置68包括：上底板681、下底板682、竖导柱683弹簧684以及四根竖导柱683与上底板681，四根弹簧684套在竖导柱683上。

进一步的，所述的径向力加载单元包括：第一推进装置单元和接触板5，所述第一推进装置单元与接触板5连接，抵住轴承套单元3；

所述的轴向力加载单元包括：第二推进装置单元，摆臂7，所述第二推进装置单元6与摆臂7连接；所述摆臂7包括：单摆臂71，摆座72，摆臂连扳73两条单摆臂71铰接在摆座72上，摆臂连扳73通过四颗螺钉连接两条单摆臂71。

作为一种优选，所述摆臂7中摆臂连扳73与顶杆614连接处为半球形凹槽。

作为一种优选，所述摆臂7中单摆臂71与轴承套右端盖37连接处为平面圆柱式点接触。

作为一种优选，所述接触板5与轴承套36连接处为圆柱平面式点接触。

本发明具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明的有益效果是优化原有手动加载方法，采用液压加载方案以提高加载力的精确性和稳定性，并对液压缸的受力进行了分析；优化原有径向力垂直加载所导致摩擦力增大的问题，采用水平加载尽可能减小摩擦力以提高加载力的精确性。

附图说明

图1是轴向径向力加载装置总体装配图；

图2是推进装置单元的细节放大图；

图3是弹性装置模块的细节放大图；

图4是回弹补偿装置的细节放大图；

图5 是轴承套模块的半剖视图；

图6 是轴承套模块半剖视工程图；

图7 是摆臂的细节放大图；

其中图1中：1-电机，2-制动器，3-轴承套单元，4-平台，5-接触板，6-加载装置，7-摆臂。

具体实施方式

现将结合图1-7，对本发明的技术方案进行完整的描述。以下描述仅仅是本发明的一部分实施案例而已，并非全部。基于本发明中的实施案例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明的权利保护范围之内。

本发明提供的用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，包括辅助加载单元、径向力加载单元、轴向力加载单元和推进装置单元6四个单元组成。

轴承套3装配：左轴承35，右轴承34通过阶梯安装在旋转轴系31上，轴承套36内，用螺钉35锁紧轴承套左端盖112、轴承套右端盖116轴承套两端。

辅助加载单元构成：轴承套单元3与制动器2相连，轴承套单元3放置于平台4上。辅助加载单元通过主轴上的阶梯孔定位，制动器2，电机3和主轴两端相连。主轴可用机械主轴配套异步电机或电主轴，制动器可采用电涡流制动器，水力测功机。

具体的说，辅助加载单元辅助加载单元在旋转轴上定位包括：轴承套模块3、平台4；所述轴承套模块3放置于平台4上，制动器2和轴承套模块3相连；所述轴承套模块3包括：旋转轴系31、轴承套左端盖32、轴承套右端盖37、螺钉35、轴承套36、左轴承33、右轴承34；左轴承33和右轴承34通过阶梯安装在旋转轴系31上，轴承套36内，用螺钉35锁紧轴承套左端盖32、轴承套右端盖37，固定轴承套的两端。

推进装置6装配：垫板61与固定座62焊接，铰链63安装在固定座62的铰链座上，铰链63和连接板64焊接，连接板64通过四颗螺钉与连接杆65连接。连接杆串连油缸前套615，油缸后套614，油缸连接套616将油缸前套615，油缸后套614四颗螺钉连接在一起，并且通过四颗螺钉固定在连接杆65上，连接杆65放置于滚动座67上，滚动座67放置于凹半圆台613上，凹半圆台613下是回弹补偿装置68，活塞杆610装在伺服油缸69内，与弹性装置611连接，弹性装置611与顶杆614焊接，顶杆614装载力传感器612。

摆臂7装配：两条单摆臂71铰接在摆座72上，摆臂连扳73通过四颗螺钉连接两条单摆臂71。

推进装置6与摆臂7连接构成轴向力加载单元。推进装置6与接触板5连接，抵住轴承套单元，构成径向力加载单元。

该装置实验时分为轴向加载和径向加载。均为水平加载，径向加载时，通过伺服油缸69推动活塞杆610传过用于保护的弹性装置611推动接触板5进行径向力的加载。相同的推进装置6通过摆臂7将沿着轴向的分力传到轴承套单元3。根据杠杆两端距离的换算关系，计算出传递到加载轴111上力的大小，通过力传感器612的输出信号，在计算机上显示其大小，由于是水平加载，减去平台4对轴承套单元3的摩擦力f=uN可知加载力的大小。

本装置轴向力加载采用沿竖直方向旋转的摆臂7机构，使辅助加载单元受到的力水平，即与旋转轴系轴线平行；水平方向采用平板与圆柱形的辅助加载单元接触，利用平板与圆的相切保证径向力指向圆心。在辅助加载单元下加平台4来平衡自重影响。并且还可以在辅助加载单元与平衡自重的平台4间加入平面滚子轴承，尽可能减小摩擦力。将活塞杆610前端做成半球形，与顶杆614接触的摆臂连扳73做成半球形凹槽，配合铰链63，这样整个加载装置就构成一个二力杆结构，使加载杆受力平行于轴线，避免产生颠覆力矩，提高加载装置的稳定性，延长液压缸使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims

1.一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，其特征在于，包括辅助加载单元、径向力加载单元、轴向力加载单元和推进装置单元（6）；

所述辅助加载单元通过内部的轴承与加载轴即旋转轴系相连，所述辅助加载单元用于在旋转轴系上定位；所述径向力加载单元通过推进装置单元与径向加载板的配合，实现径向力的加载与卸载，采用径向力传感器测量径向加载力；所述轴向力加载单元，通过推进装置单元与摆臂机构的配合，实现轴向力的加载与卸载，采用轴向力传感器测量轴向力；

所述的推进装置单元（6）包括：铰链模块、液压模块和弹性装置模块；所述铰链模块包括：垫板（61）、固定座（62）、铰链（63）、连接板（64），其中，所述垫板（61）位于最下方，其固定于平台（4）上，在垫板（61）上通过所述固定座（62）固定铰链（63）的一端，铰链（63）活动端固定在连接板（64）上，所述连接板（64）通过螺钉与连接杆（65）连接，构成铰链模块；

所述液压模块包括：连接杆（65）、伺服阀（66）、伺服油缸（69）、滚动座（67）、油缸前套（615）、油缸连接套（616）、油缸后套（614）、凹半圆台（613）、活塞杆（610）；所述连接杆（65）串连油缸前套（615），油缸后套（614），油缸连接套（616）将油缸前套（615），油缸后套（614）螺钉连接在一起，并且通过螺钉固定在连接杆（65）上；所述连接杆（65）放置于滚动座（67）上，滚动座（67）放置于凹半圆台（613）上，凹半圆台（613）下是回弹补偿装置（68），活塞杆（610）装在伺服油缸（69）内，右端与弹性装置模块（611）连接，构成液压模块；

所述弹性装置模块（611）右端与顶杆（614）焊接，顶杆（614）装载力传感器（612）；所述弹性装置模块（611）包括：左板（6112）、右板（6111）、横导柱（6113）、弹簧（6114），所述横导柱（6113）末端焊接在右板（6111）上，两边各套一个弹簧（6114），左板（6112）上的光孔穿过导柱压在弹簧（6114）上，另一面与液压模块的活塞杆（610）焊接；

所述的径向力加载单元包括：第一推进装置单元和接触板（5），所述第一推进装置单元与接触板（5）连接，抵住轴承套单元（3）；

所述的轴向力加载单元包括：第二推进装置单元，摆臂（7），所述第二推进装置单元（6）与摆臂（7）连接；所述摆臂（7）包括：单摆臂（71），摆座（72），摆臂连扳（73）两条单摆臂（71）铰接在摆座（72）上，摆臂连扳（73）通过四颗螺钉连接两条单摆臂（71）；

所述回弹补偿装置（68）包括：上底板（681）、下底板（682）、竖导柱（683）弹簧（684）以及四根竖导柱（683）与上底板（681），四根弹簧（684）套在竖导柱（683）上。

2.根据权利要求1所述的一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，其特征在于，所述的辅助加载单元包括：轴承套模块（3）、平台（4）；所述轴承套模块（3）放置于平台（4）上，制动器（2）和轴承套模块（3）相连；所述轴承套模块（3）包括：旋转轴系（31）、轴承套左端盖（32）、轴承套右端盖（37）、螺钉（35）、轴承套（36）、左轴承（33）、右轴承（34）；左轴承（33）和右轴承（34）通过阶梯安装在旋转轴系（31）上，轴承套（36）内，用螺钉（35）锁紧轴承套左端盖（32）、轴承套右端盖（37）。

3.根据权利要求1所述的一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，其特征在于，所述摆臂（7）中摆臂连扳（73）与顶杆（614）连接处为半球形凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，其特征在于，所述摆臂（7）中单摆臂（71）与轴承套右端盖（37）连接处为平面圆柱式点接触。

5.根据权利要求1所述的一种用于旋转轴系的轴向径向力加载装置，其特征在于，所述接触板（5）与轴承套（36）连接处为圆柱平面式点接触。