摘要：新型軸承疲勞壽命試驗機用來模擬汽車張緊輪的實際運行狀態，對汽車張緊輪軸承進行承受拉力的模擬仿真實驗和高溫仿真實驗，通過結構改進和功能開發實現一款質量可靠、經濟實惠的軸承疲勞壽命試驗機。

關鍵詞：軸承疲勞壽命試驗機 研發 功能 結構 意義

1 試驗機研發的背景

近年來我國汽車工業發展迅速，轎車的銷售量已躍居世界第一位。對汽車發動機質量的要求也越來越高，而張緊輪是為了確保汽車發動機正常工作、正確傳遞能量給各種附件的汽車功能件，提高張緊輪軸承的可靠性是保證汽車發動機正常運行和使用的前提條件。

新型軸承疲勞壽命試驗機用來模擬汽車張緊輪的實際運行狀態，對汽車張緊輪軸承進行承受拉力的模擬仿真實驗和高溫仿真實驗，以此驗證軸承和拉力結構設計、制造工藝、選用材質等質量水平在模擬實際車況條件下的運行情況和壽命。

2 試驗機的主要功能及機構組成

2.1 新型軸承疲勞壽命試驗機的主要功能是：

2.1.1 該試驗機技術方案實施了包括各種載荷力交替變換仿真、轉速仿真等在內的各種環境仿真，并且確保了上述仿真的真實性、可靠性，在上述仿真條件下，該試驗機的綜合技術方案確保了長時間工作的能力。

2.1.2 該試驗機可以實現計算機自動控制下試驗機的可靠運轉。

2.1.3 該試驗機具備有效、及時而可靠的軸承運轉過程和軸承失效時對各種參數的監控能力。所監控的參數包括電機轉速及徑向負荷、實驗體溫度等。

2.2 試驗裝置主要由以下幾部分組成：傳動系統、溫控系統、施力裝置、控制裝置。

2.2.1 傳動系統：

測試軸承轉速一般要達到6000~15000轉/分，汽車發動機的實際使用最高轉速為12000轉/分。本試驗機傳動系統的輪系結構是：由一臺3600轉/分的變頻電機通過轉動皮帶辦和主軸箱帶動一個直徑為φ350mm的主動大帶輪，然后由大帶輪通過壓緊輪再帶動位于上方的兩個φ80mm的定位輪和夾在中間的五個φ70mm的小帶輪一起旋轉。大帶輪、定位輪、小帶輪相互間的皮帶包角都是180°，皮帶總長為2890mm，通過計算按2890mm確定輪系的中心距和排列寬度，以確定大小傳動輪、定位輪和壓緊輪的相互位置。

2.2.2 溫控系統：

溫度測量范圍為0~150℃，精度±2℃，軸承使用環境溫度為120±5℃。為使軸承能在120±5℃的溫箱內正常運轉，在結構設計上必須考慮使兩個定位輪、五個小帶輪用定位套緊固在一個“L”型的立板上，并將該“L”型立板擺放在溫箱內。為使溫箱的保溫性能好、導熱系統低，需選用高分子的耐高溫復合材料來制作，要達到自動控溫，除內設大功率的加熱管，能在短時間內使溫箱內的環境溫度達到規定的溫升外，還要有溫控裝置。此試驗機為了使溫箱內的熱量趨于平衡，采用緊湊型氣缸和導向氣缸，從上蓋板和下底板處自動開閉的方式來調節溫度，有7支熱電偶與靜止的軸承內圈端面接觸，利用PLC模塊的反饋，在觸摸屏上點擊能自動顯示。

2.2.3 施力裝置：

軸承的徑向承載能力由控制大小皮帶輪的皮帶張力來實現。當施力氣缸活塞移動通過壓力傳感器，使氣壓力達到設定值時，電接觸點就會接通和斷開，以檢測壓力的大小。由于大皮帶輪（φ350mm）和小皮帶輪（φ70mm）的排列位置呈現物理學吊滑輪的模式，皮帶包角呈180°，也就是說作用在大皮帶輪上的拉緊力恰好等于小皮帶輪拉緊力的兩倍，試驗要求，作用在小帶輪上的皮帶拉力為675N，因此大皮帶輪上的皮帶拉力應為1350N。為保證施力氣缸傳遞給皮帶的拉力準確無誤，在調試時，需使施力氣缸對準“零位”。

采用氣壓加載方式，提供拉力交變載荷，按徑向水平加載的結構布局進行軸承的拉力性能試驗，徑向加載分布在試驗體兩側，其徑向加載氣缸行程±40mm，試驗體調節范圍40~150mm。

2.2.4 控制裝置：

控制裝置主要是氣路控制和電路控制兩部分。

氣路部分有五個氣缸和氣路板相連，并分別連接電磁閥、節流閥及單向節流閥，以控制它們的啟動、停止和移動速度，同時在缸體的外槽兩端還安裝有磁性開關，以控制它們的移動是否到位，并限制在規定的行程內，保證可完成應有的動作。

電路控制部分主要有相關的啟動電氣元件或動力源的控制部分；執行機構的控制部分；工作溫度、軸承受力、旋轉速度等的控制部分。

在計算機參數設定窗口中可設定系統的參數：轉速、載荷、循環參數（可任意設置）、循環時間數據、自動存盤時間等，系統可監控試驗的氣壓、轉速、載荷、試驗機溫度、試驗時間、循環次數等。

其他的還有電機電流、皮帶斷裂及試驗軸承溫度超限自動報警停機控制及通過光電傳感器和磁感應器來監控皮帶的斷裂（1/3以上），出現斷裂停機報警等控制。

3 試驗機研發的創新及意義

項目關鍵技術是軸承工作環境的仿真、實驗過程的控制及其參數的監控。主要的創新及意義如下：

3.1 采用先進的機、電、氣壓聯合控制方式，用計算機自動控制，以實現機構動作準確無誤，并且減少溫度、受力、轉速等與設定值之間的誤差。

3.2 通過結構設計，實現各種載荷力交替變換仿真、轉速仿真、溫度仿真等在內的各種環境仿真，并且確保上述仿真的穩定性、可靠性。

3.3 監控技術先進可靠，利用PLC模塊的反饋，光電傳感和磁感應技術，有效、及時而可靠地監控軸承運轉過程和軸承失效時的各種參數。

該試驗機的研發符合軸承行業的需求，經我校科研團隊與企業聯合后，目前已完成了樣機的試制工作，為企業批量生產軸承疲勞壽命試驗機提供依據。

從各方面獲得的信息來看，軸承行業對此類設備有相當大的需求量。由于國內該類試驗機的功能、可靠性及精度方面都有相當大的缺陷，而國外產品的價格又相當昂貴。此次試驗機的研發，通過結構改進和功能開發，基本形成了一款功能齊全、質量可靠、操作方便、經濟實惠的疲勞壽命試驗機。再經過公司一段時間試用后，繼續不斷改進，必將形成質量穩定的試驗機，可為其他軸承廠家提供產品。國內軸承廠家眾多，該試驗機有著廣闊的市場前景。將為推廣軸承疲勞壽命試驗技術的應用作出貢獻，不斷提升國內軸承的產品質量。