[发明专利]一种模块化交叉滚子轴承温升及静刚度测试装置与方法

权利要求书

1.一种交叉滚子轴承测试方法，利用一种交叉滚子轴承测试机构，该种交叉滚子轴承测试机构的结构是：包括配重块(10)，配重块(10)固定安装在转台(4)轴心孔上端，转台(4)通过交叉滚子轴承(2)支撑在底座(5)上部环槽中，交叉滚子轴承(2)外圈由上压板(1)通过一圈螺栓固定在底座(5)上，交叉滚子轴承(2)内圈由下压板(3)通过另一圈螺栓固定在转台(4)上；转台(4)轴心孔下端与连接轴(8)通过螺纹固定连接，连接轴(8)向下通过联轴器(7)与电机(6)的输出轴连接，电机(6)固定在底座(5)内腔中；底座(5)上端面开有热电偶安装槽，热电偶安装槽中对称安装有多个热电偶(9)，各个热电偶(9)与交叉滚子轴承(2)外圈接触，

在底座(5)下部圆周径向开有一个法兰孔，该法兰孔中安装有加载套筒(18)，加载套筒(18)外沿安装边通过螺栓与底座(5)外壁固定，加载套筒(18)内孔中通过螺纹套装有加载螺栓(17)；转台(4)轴心孔中向下套装有力矩测量轴(13)，加载螺栓(17)与力矩测量轴(13)之间依次顶接有钢球一(16)、传感器连接轴(15)和力传感器(14)；加载套筒(18)、加载螺栓(17)、钢球一(16)、传感器连接轴(15)、力传感器(14)一起称为加载模块，此处的加载模块为径向安装；底座(5)上端面还沿直径方向对称设置有位移传感器支架一(12)和位移传感器支架二(20)，位移传感器支架一(12)上设置有位移传感器一(11)，位移传感器支架二(20)上设置有位移传感器二(19)，

在底座(5)上端面通过螺钉固定安装有支架套筒(21)，支架套筒(21)上顶面轴心孔中通过螺栓固定安装有加载套筒(18)，加载套筒(18)内孔中通过螺纹套装有加载螺栓(17)；在转台(4)轴心孔上端套装有连接平台(22)，加载螺栓(17)向下与连接平台(22)之间依次设置有钢球一(16)、传感器连接轴(15)、力传感器(14)，

还包括轴承座(27)和径向中间轴(26)，交叉滚子轴承(2)外圈支撑在轴承座(27)的台阶孔中，交叉滚子轴承(2)外圈上的上压板(1)与轴承座(27)固定连接，交叉滚子轴承(2)内圈通过下压板(3)与转台(4)固定；转台(4)轴心孔中套装有径向中间轴(26)，径向中间轴(26)上下两端均通过压块(31)安装在径向支座(30)中；还包括径向加力底座(29)，径向加力底座(29)内孔中设置有加载螺栓(17)，加载螺栓(17)与轴承座(27)外壁之间依次设置有钢球一(16)、传感器连接轴(15)、径向力传感器(14)、径向力传感器连接块(28)、钢球二(32)，该部分一起称为径向力加载模块；轴承座(27)设置有位移测量平面，即由径向中间轴(26)的中轴线与加载螺栓(17)的中轴线所组成的平面，在该位移测量平面安装有位移测试单元，位移测试单元包括位移传感器三(23)、位移传感器四(24)和位移传感器五(25)，该三个位移传感器均设置在各自的磁座上，三个磁座吸附在工作台上，位移传感器三(23)位于转台(4)的一个侧面，位移传感器五(25)位于转台(4)的另一个侧面，位移传感器四(24)位于径向轴承座(27)侧面，位移传感器四(24)与钢球二(32)沿直径方向相对；位移传感器三(23)和位移传感器五(25)用于测量交叉滚子轴承(2)内圈的位移量，位移传感器四(24)用于测量交叉滚子轴承(2)外圈的位移量，

其特征在于，该交叉滚子轴承测试方法具体包括四种性能测试方法，利用上述的交叉滚子轴承测试机构，按照以下步骤实施：

第一种，交叉滚子轴承温升测试方法，

1.1)组装交叉滚子轴承温升测试机构，固定好热电偶(9)；

1.2)启动电机(6)，保持转速值不变，改变配重块(10)的质量大小，运行5小时，读取各个热电偶(9)的温度值，取平均值，绘制不同载荷条件下的轴承温升与转速之间的关系曲线，得到轴承的温升与转速变化规律；

1.3)保持配重块(10)质量不变，改变电机(6)的转速大小，运行5小时，读取各个热电偶(9)的温度值，取平均值，绘制不同转速条件下的轴承温升与载荷之间的关系曲线，得到轴承的温升与载荷变化规律；

第二种，交叉滚子轴承角刚度测试方法，

将加载模块安装在底座(5)下部侧壁的法兰孔内，拧转加载螺栓(17)调节加载力的大小来改变加载力矩的大小，记录不同力矩作用下位移传感器一(11)和位移传感器二(19)的读数，分别计算出对应的力矩载荷大小、轴承的偏转角度值，然后绘制力矩与偏转角度之间的关系曲线，拟合获取其函数关系式，通过求导得到如下的轴承角刚度值，轴承角刚度值计算公式如下：

M_t＝F_t·L，

式中，θ是轴承的偏转角度，δ₁、δ₁为两个位移传感器测量值，D为两个位移传感器之间的距离，M_t是倾覆力矩，F_t为外载荷，L为力矩作用的力臂长度，K_t为轴承角刚度；

第三种，轴承轴向刚度测试方法，

3.1)安装好轴向的加载模块，并将力传感器(14)归零；

3.2)将位移传感器一(11)和位移传感器二(19)分别安装在位移传感器支架一(12)、位移传感器支架二(20)上，调整参数使其在传感器的测量范围内；

3.3)开始加载，通过改变加载螺栓(17)的进给量，调节轴向力的大小，记录不同轴向力作用下位移传感器一(11)和位移传感器二(19)的读数；以轴向力为纵坐标、两个位移传感器读数的平均值为横坐标，绘制变化曲线，通过拟合得到函数关系式，通过对该函数关系式求导，得到轴承轴向刚度，计算公式如下：

式中，K_n为轴向刚度值，F_n为加载的轴向力，X_n为传感器测得位移值，即可求出轴承轴向刚度值；

第四种，轴承径向刚度测试方法，

4.1)组装径向力的加载模块，并且将三个磁力表座吸附到工作台上的测量位置，安装好位移传感器三(23)、位移传感器四(24)和位移传感器五(25)，使之位于测量面内，设置好位移传感器参数；

4.2)开始加载，通过改变加载螺栓(17)的进给量，改变径向力的大小，记录不同径向力作用下的三个位移传感器的读数，根据三个位移传感器的读数换算出轴承径向变形的大小，绘制径向力与径向变形之间的关系曲线，拟合成函数关系式，求导得到轴承的径向刚度值，计算公式是：

X＝|X_r1-X_r2|，

式中，X_r1为位移传感器三(23)和位移传感器五(25)的读数平均值，代表轴承内圈的位移值；X_r2为轴承外圈的位移值；F_r为径向力，K_r为径向刚度。