1.一种机床主轴轴承瞬态预紧力测试装置,其特征在于:在机床主轴前后端串联轴承之间安装轴承隔圈,设置光纤光栅传感器对轴承运行时的轴向力进行检测,所述轴承隔圈由两个圆环及连接两个圆环的若干等截面悬臂梁组成,等截面悬臂梁沿圆环均布,所述圆环上设置有安装槽用于收纳放置光纤,每个等截面悬臂梁上粘贴两个光纤光栅传感器,具体粘贴方式为,光纤光栅传感器FBG1沿轴向粘贴于等截面悬臂梁的中央用于测量轴向应变,紧邻FBG1并垂直轴向的方向粘贴另一只光纤光栅传感器FBG2用于温度补偿,即两个光纤光栅传感器在悬臂梁上垂直分布,通过用FBG1测量的数值减去FBG2测量的数值进行温度补偿,根据应变和轴向力的关系,实时在线监测轴承承受轴向力的变化,进而分析轴承预紧力的变化。
2.根据权利要求1所述测试装置的机床主轴轴承瞬态预紧力测试方法,其特征在于,所述机床主轴前后端串联安装成对角接触球轴承,前后端整体呈背靠背安装的主轴轴承配置方式,在前后端轴承之间安装所述轴承隔圈,假设每个轴承隔圈上的等截面悬臂梁个数为n,n个等截面悬臂梁测试由外力及热膨胀引起的轴向应变变化量分别为Δε1、Δε2、.....、Δεn,则单个等截面悬臂梁所测轴向力分别为EA*Δε1、EA*Δε2、……EA*Δεn,其中E为隔圈材料的弹性模量,A为等截面悬臂梁截面面积,进而得到整个隔圈承受的轴向力即轴承预紧力为EA*(Δε1+Δε2+.....+Δεn),若施加的初始预紧力F0,则隔圈承受的初始预紧力为F0/
2,单个轴承的瞬时预紧力为[EA*(Δε1+Δε2+.....+Δεn)+F0/2]/2。
3.根据权利要求2所述的机床主轴轴承瞬态预紧力测试方法,其特征在于:定义等截面悬臂梁的长度为Lmm,厚度为hmm,宽度为wmm,则等截面悬臂梁截面面积A=wh,根据光线光栅中心波长变化量对应变、温度的响应关系式,单个等截面悬臂梁上的FBG1在环境温度、轴向力Fa作用后中心波长变化量ΔλB可以写为:单个等截面悬臂梁上的FBG2在承受悬臂梁的垂直方向结构应变变化及环境温度影响后中心波长变化量ΔλB1可以写为:
其中,E为隔圈材料的弹性模量,Fa为单个等截面悬臂梁承受的轴向力,Pe为光纤的弹光系数,λB为FBG1的中心波长,λB1为FBG2的中心波长,ν为隔圈材料的泊松比,αf为光纤的热膨胀系数;ξ为光纤的热光系数,ΔT为环境温度变化量;
用FBG1测量的数值减去FBG2测量的数值进行温度补偿,将公式(1)和公式(2)相减并进行变换,单个等截面悬臂梁在轴向力Fa作用后应变变化为:若n个等截面悬臂梁所承受的轴向力分别记为Fa1、Fa2、……、Fan,根据上述公式(3)获得n个悬臂梁的应变变化数据Δε1、Δε2、……、Δεn,从而得到Fa1、Fa2、……、Fan,求得则前后端单个轴承的瞬时预紧力为(Fa1+Fa2……+Fan+F0/2)/2。