[发明专利]一种轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机械测量技术领域，可用于滚动轴承以及部分滑动轴承的径向刚度、轴向刚度的测量。

背景技术

轴承刚度的测量方法，一般依据胡克定理F=Kx，通过测量力F和力引起的位移x，从而计算得到刚度K。最新的关于轴承刚度测试的专利技术，比如“轴承刚度测试装置”（申请号：200810137157）、“气浮轴承的刚度测试装置”（申请号： 201010530570），都是对基于胡克定理的测试装置的改进和发明。

 基于胡克定理的测试方法，属于静力学方法，虽然原理简单，但对设备要求较高，原因在于轴承刚度K一般较大，施加很大的力F但却产生很小的位移x，导致测试设备既需要产生并测量很大的载荷力，又需要精密测量力产生的极其微小的位移，容易造成测试装置的结构复杂、成本高昂。

 另外，根据最近科技论文的研究成果，有诸多因素影响轴承的刚度，主要包括预紧力、内外圈变形等，而这些因素，基于胡克定理的测试装置通常无法予以考虑，也就不容易测出实际安装状态下轴承的刚度。

发明内容

本发明的目的是为了解决轴承径向刚度、轴向刚度的测量，而提出的一种动力学测量方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

1、轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：测量轴承径向刚度时，包括以下步骤：

步骤1.1：确定轴承径向刚度K_r与测试用轴一阶横向振动固有频率f的函数关系K_r=K_r(f)；

步骤1.2：组建测试用轴--被测轴承--刚性支座的物理系统；

步骤1.3：测量测试用轴的一阶横向振动固有频率，设测量值为f₀ Hz；

步骤1.4：按照公式计算轴承的径向刚度，公式为： K_r= K_r(f₀)；

2、根据权利要求1所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：步骤1.1进一步包括以下步骤：

步骤1.1.1：建立以弹簧单元为支撑的测试用轴的有限元模型；

步骤1.1.2：设置弹簧单元刚度K_r；

步骤1.1.3：求解测试用轴的一阶横向振动固有频率f；

步骤1.1.4：改变弹簧单元刚度K_r，重复步骤1.1.2和1.1.3，得到一系列K_r、f数对；

步骤1.1.5：构建K_r与f的函数关系K_r=K_r(f)；

3、根据权利要求1所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：步骤1.2中，测试用轴的两端分别安装被测轴承，被测轴承安装在刚性支座上；

4、根据权利要求1所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：步骤1.2中，在测试用轴中部通过电磁力等柔性接触方式施加径向力，以测量不同径向力下轴承的径向刚度；

5、根据权利要求1所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：步骤1.2中，被测轴承可以加装预紧装置，但要求两端的被测轴承处于同样的预紧状态，以测量不同预紧力下轴承的径向刚度；

6、轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：测量轴承轴向刚度时，包括以下步骤：

步骤2.1：求出测试用轴的质量M；

步骤2.2：组建测试用轴--被测轴承--刚性轴承座的物理系统；

步骤2.3：测量测试用轴的一阶轴向振动固有频率，设测量值为f Hz；

步骤2.4：按照公式计算轴承的径向刚度，公式为：K_a=4π²f²M；

7、根据权利要求6所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：步骤2.2中，测试用轴的一端安装被测轴承，另一端仅需限定径向位移、允许轴向位移，测试用轴和被测轴承安装在刚性支座上；

8、根据权利要求7所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：测试用轴仅需限定径向位移、允许轴向位移的一端，可安装无挡边的圆柱滚子轴承；

9、根据权利要求6所述的轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测量方法，其特征在于：步骤2.2中，在测试用轴上通过电磁力等柔性接触方式施加轴向力，以测量不同轴向力下轴承的轴向刚度；