一種三點接觸球軸承性能試驗臺的研制

王春月　劉靜　劉丹丹

摘 要：文章針對一種三點接觸球軸承，因其運轉(zhuǎn)速度高，且運行在高溫工況下，并結(jié)合其極限載荷條件及運轉(zhuǎn)特點，研制了一種特殊的軸承試驗臺。介紹了試驗臺的技術(shù)方案及試驗臺相關(guān)參數(shù)計算方法。經(jīng)實踐表明該試驗臺可靠性良好，運行平穩(wěn)，可用于三點接觸球軸承在特殊運轉(zhuǎn)工況下的研究。

關(guān)鍵詞：滾動軸承；三點接觸；試驗臺；設(shè)計

1 試驗用三點接觸球軸承主要技術(shù)要求

根據(jù)主機要求，軸承實際運轉(zhuǎn)工況應(yīng)滿足以下主要技術(shù)要求，試驗軸承最高轉(zhuǎn)速5500r/min，要求可實現(xiàn)無極調(diào)速；內(nèi)徑為220mm；最大軸向載荷50000N，最大徑向載荷46000N，實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的要求；軸承工作最高溫度125℃；系統(tǒng)可以實時在線監(jiān)控軸承的工作狀態(tài)，可以自動和受到控制，軸承的性能參數(shù)可存儲、顯示和處理，系統(tǒng)出現(xiàn)故障可啟動自動保護措施。

2 試驗臺系統(tǒng)技術(shù)方案

試驗臺由試驗主體、液壓系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等組成。

2.1 試驗臺主體

試驗臺尺寸：長×寬×高=2000mm×1200mm×300mm，試驗主軸徑向跳動：≤0.015mm。試驗臺主體是試驗臺的主要部件，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，由試驗平臺、上下殼體，一套，材料HT300；徑向加載組件、軸向加載組件，一套；試驗頭、底板、標(biāo)準(zhǔn)件、油管及附件等一套組成。為便于安裝和拆卸，殼體做成剖分的。試驗機設(shè)計結(jié)構(gòu)是左端為試驗軸承，中間和右端為陪試軸承。采用噴油冷卻潤滑的方式，所以在下殼體設(shè)計有回油槽，軸承工裝上留有噴油孔，方便安裝噴嘴使高壓潤滑油可以有效的噴到滾動體上。

2.2 加載原理

三點接觸球軸承試驗：

油缸施力點在FB處，該試驗以左端三點接觸球軸承為試驗軸承。

FB=MS=1.256M（kN）

FD=MS=12.256M（kN）

2.3 驅(qū)動電機功率

分別計算試驗軸承和陪試軸承的摩擦力矩。取圓柱滾子軸承的摩擦因數(shù)為0.0011，雙列角接觸球軸承的摩擦因數(shù)為0.0024，單列三點接觸球軸承的摩擦因數(shù)為0.0020[1]。

最大軸向載荷為Fa為50000N，最大徑向載荷Fr為46000N，最高轉(zhuǎn)速n為3600r/min。

此時計算得，F(xiàn)A=3000N；FB=350FA/515=2039N；FC=165FA/515=961N。

陪試圓柱滾子軸承的摩擦力矩為：

M1=0.5FAd？滋=0.5×3000×0.22×0.002=0.66N·m

陪試雙列角接觸球軸承的摩擦力矩為：

考慮到電機效率，選擇電機功率為37kW，選用高速電機，額定轉(zhuǎn)速3000rpm，最高轉(zhuǎn)速8000rpm。

2.4 液壓系統(tǒng)

試驗機系統(tǒng)工作壓力14MPa（油泵最大供油能力）。Ⅰ路油為徑向油缸，壓力范圍：0～10MPa（F折合加載力=P壓力×S加載盤面積，折合加載力：0～120kN），Ⅱ路油為軸向油缸，壓力范圍：0～5MPa（折合加載力：0～6280N），載荷控制精度±2%F.S.。分別調(diào)節(jié)Ⅰ向和Ⅱ向加載油壓，可實現(xiàn)無極調(diào)節(jié)，且互不干擾。

2.5 電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，試驗軸承和陪試軸承的振動、溫度和壓力通過相應(yīng)的溫度傳感器來采集信號測出相應(yīng)的值。變頻器與工控機通過串口通信來控制主軸電動機轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)的報警和啟動、停止通過開關(guān)量板控制。

3 試驗臺運行情況

對三點接觸球軸承按試驗要求進行軸向和徑向同時加載，按試驗要求進行了加載和極限載荷、極限轉(zhuǎn)速的試驗條件下的運行。結(jié)果顯示，本試驗臺能到達預(yù)定的設(shè)計性能，系統(tǒng)運行可靠、平穩(wěn)。能夠模三點接觸球軸承的實際運行工況，提高系統(tǒng)試驗溫度，并可監(jiān)控溫度、振動信息，系統(tǒng)能自動控制、采集數(shù)據(jù)信息。

參考文獻

[1]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2006：20-66.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊：第五卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993：12-23.