14K軸承試驗(yàn)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

閆 眾

（中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150025）

14K軸承試驗(yàn)機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

閆 眾

（中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150025）

針對(duì)14K軸承試驗(yàn)機(jī)性能老化、不能滿足軸承各項(xiàng)性能指標(biāo)試驗(yàn)要求的現(xiàn)狀，改進(jìn)設(shè)計(jì)了該試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)形式、驅(qū)動(dòng)方法、潤(rùn)滑設(shè)計(jì)和加載方式，使試驗(yàn)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)控制和信號(hào)的自動(dòng)采集，滿足了軸承試驗(yàn)要求。

軸承試驗(yàn)機(jī)；疲勞壽命； 噴射潤(rùn)滑；加載試驗(yàn)

1　前言

14K軸承試驗(yàn)機(jī)是老式的低轉(zhuǎn)速、通過(guò)累計(jì)工作小時(shí)做軸承疲勞壽命試驗(yàn)的半自動(dòng)軸承試驗(yàn)機(jī)，見(jiàn)圖1。

14K軸承試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)：最大軸向載荷700N（手動(dòng)加載），最大徑向載荷1 000N（手動(dòng)加載），電機(jī)功率11kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速3 000r/ min，潤(rùn)滑油流量15l/min，回油方式采用自流回油。被試軸承的溫度檢測(cè)采用水銀溫度計(jì)，由試驗(yàn)人員觀測(cè)記錄。

軸承的種類很多，使用狀態(tài)不同，所需要的性能指標(biāo)也不相同。隨著高科技的不斷發(fā)展，對(duì)各類軸承的各項(xiàng)性能指標(biāo)都要有嚴(yán)格的考核試驗(yàn)，因此，14K軸承試驗(yàn)機(jī)目前已經(jīng)不能滿足軸承的各項(xiàng)性能指標(biāo)的試驗(yàn)要求。

2　原14K軸承試驗(yàn)機(jī)存在的缺陷

（1）14K軸承試驗(yàn)機(jī)不具備高速運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。運(yùn)轉(zhuǎn)速度是定值不能做變速試驗(yàn)。

（2）14K軸承試驗(yàn)機(jī)的潤(rùn)滑方式不具備噴射潤(rùn)滑的功能。

（3）14K軸承試驗(yàn)機(jī)不具備調(diào)控潤(rùn)滑油溫度的功能，也無(wú)法記錄潤(rùn)滑油的溫升狀態(tài)。

（4）對(duì)于被試軸承的溫度變化，14K軸承試驗(yàn)機(jī)不具備自動(dòng)采集、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)的功能。

（5）對(duì)于被試軸承的軸向加載、徑向加載，14K軸承試驗(yàn)機(jī)均采用手動(dòng)加載，不具備自動(dòng)變載的功能，加載的力量也小。

（6）14K軸承試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)接漏油油池較小，當(dāng)自流回油經(jīng)常出現(xiàn)回油不暢通時(shí)，造成油液溢出工作臺(tái)流淌滿地的現(xiàn)象，污染現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，且油污不易被清潔。

圖 1 14K軸承試驗(yàn)機(jī)

3　新型軸承試驗(yàn)機(jī)的性能

為了確定軸承在某種特殊環(huán)境下的運(yùn)轉(zhuǎn)性能及軸承疲勞壽命，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究工作，有的國(guó)家試驗(yàn)時(shí)數(shù)多達(dá)20×104h以上，并可通過(guò)各種性能試驗(yàn)，如斷油試驗(yàn)、高低溫試驗(yàn)、超極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，采取變速動(dòng)力單元、控溫潤(rùn)滑、試驗(yàn)加載單元（軸向、徑向）、計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集等方法，以確保軸承的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)大量充分的試驗(yàn)，積累了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

3.1高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)

新型軸承試驗(yàn)機(jī)使被試軸承的轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)超過(guò)極限轉(zhuǎn)速0.6倍的高速壽命試驗(yàn)。

3.2噴射潤(rùn)滑試驗(yàn)

軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體和保持架也以相當(dāng)高的速度旋轉(zhuǎn)，使周圍空氣形成氣流，用一般潤(rùn)滑方式很難將潤(rùn)滑油輸送到軸承中去。新型軸承試驗(yàn)機(jī)用油泵將高壓油經(jīng)噴嘴噴射到軸承中，然后油流回油槽，同時(shí)對(duì)軸承起潤(rùn)滑和冷卻作用。

3.3軸承性能壽命試驗(yàn)

為了確定軸承的某項(xiàng)性能壽命而做的試驗(yàn)稱為性能壽命試驗(yàn)，性能壽命是指軸承在一定工作條件下，某項(xiàng)性能指標(biāo)喪失前的累計(jì)工作小時(shí)數(shù)或轉(zhuǎn)數(shù)，例如摩擦力矩性能壽命試驗(yàn)、密封性能壽命試驗(yàn)等。

3.4軸承疲勞壽命試驗(yàn)

為了確定軸承的疲勞壽命而做的試驗(yàn)稱為疲勞壽命試驗(yàn)，軸承的疲勞壽命是指軸承內(nèi)部的工作表面出現(xiàn)疲勞剝落前，正常工作的累計(jì)小時(shí)數(shù)或轉(zhuǎn)數(shù)。

3.5軸承極限性能試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，如果被試軸承的轉(zhuǎn)速等于極限轉(zhuǎn)速，稱其為極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。在極限轉(zhuǎn)速試驗(yàn)時(shí)，所加的載荷較小，一般為額定載荷的0.1倍。

3.6軸承工作環(huán)境試驗(yàn)

為了確定軸承在某種特殊環(huán)境下的運(yùn)轉(zhuǎn)性能或壽命而做的試驗(yàn)稱為工作環(huán)境試驗(yàn)。比如在高溫、低溫、真空、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下所作的試驗(yàn)等。

4　原14K軸承試驗(yàn)機(jī)改造

4.1實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)

改進(jìn)設(shè)計(jì)14K軸承試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)形式及驅(qū)動(dòng)方法。原有的傳動(dòng)方式是由電機(jī)皮帶輪通過(guò)皮帶帶動(dòng)被試軸承主軸的皮帶輪使其轉(zhuǎn)動(dòng)。這種傳動(dòng)形式不可能使被試軸承主軸實(shí)現(xiàn)每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的工作性能，為此，將14K軸承試驗(yàn)機(jī)的主軸箱體重新設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖2。

圖2　重新設(shè)計(jì)的14K軸承試驗(yàn)機(jī)主軸箱體

選用電主軸直接驅(qū)動(dòng)被試軸承主軸，該設(shè)計(jì)方案的思想是直驅(qū)式驅(qū)動(dòng)，采用軟帶連接被試驗(yàn)軸承主軸，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2實(shí)現(xiàn)噴射潤(rùn)滑

新設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油液壓站，增加溫度傳感器、加熱器、回油冷卻器，選用高壓油泵注入潤(rùn)滑油，再選用一臺(tái)油泵將回流油吸回潤(rùn)滑油箱，加速潤(rùn)滑油的循環(huán)流動(dòng)，既能使被試驗(yàn)軸承能得到良好的潤(rùn)滑又能帶走被試驗(yàn)軸承的熱量。用溫度傳感器發(fā)訊號(hào)控制潤(rùn)滑油的加熱或冷卻，保證被試驗(yàn)軸承所需要的潤(rùn)滑油溫度。

4.3實(shí)現(xiàn)被試軸承溫度的自動(dòng)采集

使用熱電偶溫度傳感器替代玻璃管溫度計(jì)，改變?cè)囼?yàn)機(jī)人工記錄的工作方式，實(shí)現(xiàn)被試軸承溫度的自動(dòng)采集、自動(dòng)記錄并能監(jiān)測(cè)隨著轉(zhuǎn)速及時(shí)間的變化形成的變化曲線。

4.4實(shí)現(xiàn)被試軸承的自動(dòng)加載

新設(shè)計(jì)被試軸承徑向加載、軸向加載液壓站，使用壓力傳感器來(lái)控制加載的變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載。同時(shí)通過(guò)壓力傳感器的信號(hào)確定變載的數(shù)值。

4.5實(shí)現(xiàn)整機(jī)自動(dòng)控制、自動(dòng)采集功能

新設(shè)計(jì)的試驗(yàn)機(jī)具備整機(jī)自動(dòng)控制、自動(dòng)采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、對(duì)比、輸出的功能。

4.6增大接漏油油池的容積，避免油液溢出

新設(shè)計(jì)的14K軸承試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)增大了接漏油油池的容積，同時(shí)增加了一個(gè)回油箱、一套回油系統(tǒng)，用油泵將油池內(nèi)油吸回油箱，避免漏油油液溢出工作臺(tái)的現(xiàn)象出現(xiàn)。

5　結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)二年的使用，改造后的14K軸承試驗(yàn)機(jī)達(dá)到了改進(jìn)設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)了高速運(yùn)轉(zhuǎn)、噴射潤(rùn)滑、被試軸承溫度的自動(dòng)采集、被試軸承自動(dòng)加載、整機(jī)自動(dòng)控制、信號(hào)自動(dòng)采集，同時(shí)改變了操作工人的工作條件，脫離了在油泥狀態(tài)下工作的環(huán)境，為企業(yè)節(jié)約資金改造舊試驗(yàn)機(jī)開(kāi)辟了一條新的路徑。

（編輯：鐘 媛）

Improvement design of 14K bearing test machine

Yan Zhong

（Bearing R&D Center，AVIC Harbin Bearing Co.，Ltd.，Harbin 150025，China）

In view of the status that the 14K bearing test machine performance becomes aging and cannot meet the bearing test requirements of each performance index， the design of the mechanical drive form in the test machine， driving method， lubrication design and the way of loading were improved to make test machine spindle speed reach tens of thousands of revolutions per minute， and realize automatic control of test machine and automatic acquisition of signal，and meet the requirements of bearing test.

bearing test machine； fatigue life； splash lubrication； load test

TH133.33

B

1672-4852（2016）01-0019-03

2016-02-18.

閆 眾（1987-），男，工程師.