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专利号: 2020109272524
申请人: 沈阳建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于:包括动力驱动组件(1)、加载部件(2)、多向移动工作台组件(3)、试验平台(4)以及控制台(5);

所述动力驱动组件包括主轴(1-2)、安装座(1-3)、轴承座(1-4),加载部件(2)通过键槽连接方式套在主轴(1-2)的一端,且加载部件(2)一端与主轴(1-2)轴肩接触,另一端通过螺母(2-4)连接固定于主轴(1-2)上;所述安装座(1-3)和轴承座(1-4)通过螺栓连接固定于试验平台(4)的安装面(4-1)上;

所述多向移动工作台组件(3)包括垂直升降系统(3-1)、多向导轨系统(3-2)、工作台组件(3-3),所述垂直升降系统(3-1)装配于试验平台(4)的安装面(4-1)下方;垂直升降系统(3-1)的电动推杆(3-1-2)沿Z方向上的移动可使多向导轨系统(3-2)和工作台组件(3-3)上的陶瓷试件(3-3-3)与加载部件(2)相接触;所述控制台(5)通过螺栓连接固定在安装面上(4-1)。

2.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述动力驱动组件(1)还包括驱动伺服电机(1-1)、联轴器(1-5)以及轴承(1-6),驱动伺服电机(1-1)装配于安装座(1-3)上;轴承(1-6)的外圈固定在轴承座(1-4)中,主轴(1-2)穿过并固定在轴承(1-6)的内圈;主轴(1-2)的一端与驱动伺服电机(1-1)的输出轴之间通过联轴器(1-5)连为一体,主轴(1-2)一端设有轴肩,轴肩外的转轴段上有螺纹。

3.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述加载部件(2)包括两个相同形状及尺寸的左回转零件(2-1)、右回转零件(2-2)以及陶瓷滚动体(2-3);

所述左回转零件(2-1)中心有第一通孔(2-1-1),第一通孔(2-1-1)周围有多个阶梯孔(2-1-2),左回转零件(2-1)边缘均匀分布多个第一球形凹坑(2-1-3);

所述右回转零件(2-2)中心有第二通孔(2-2-1),第二通孔(2-2-1)周围有多个螺纹孔(2-2-2),右回转零件(2-2)边缘均匀分布多个第二球形凹坑(2-2-3);

所述加载部件(2)由左回转零件(2-1)及右回转零件(2-2)通过螺栓连接装配与一体;

所述陶瓷滚动体(2-3)放置于左回转零件(2-1)及右回转零件(2-2)的球形凹坑内并有部分突出于加载部件(2)外。

4.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述垂直升降系统(3-1)包括第一电机(3-1-1)和电动推杆(3-1-2),垂直升降系统(3-

1)的电动推杆(3-1-2)一端经过安装面(4-1)上的第三通孔与多向导轨系统(3-2)中的导轨支撑底座(3-2-1)装配一体。

5.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述多向导轨系统(3-2)包括导轨支撑底座(3-2-1)、Y方向导轨(3-2-2)、X方向导轨(3-

2-3)、Y方向导轨移动滑块(3-2-4)、X方向导轨移动滑块(3-2-5)、第二电机(3-2-6)以及第三电机(3-2-7);

所述导轨支撑底座(3-2-1)置于安装面(4-1)上方装配于导向柱(4-3),导轨支撑底座(3-2-1)可沿导向柱(4-3)的Z方向移动;Y方向导轨(3-2-2)包括左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2);左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2)相互平行固定在导轨支撑底座(3-2-1)两侧,左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-

2)间通过传动轴(3-2-2-3)相连,第二电机(3-2-6)安装于左侧Y方向导轨(3-2-2-1)和右侧Y方向导轨(3-2-2-2)的端部;

所述X方向导轨(3-2-3)通过Y方向导轨移动滑块(3-2-4)安装在Y方向导轨(3-2-2)上,X方向导轨(3-2-3)与Y方向导轨(3-2-2)保持垂直;

所述第三电机(3-2-7)装配于X方向导轨(3-2-3)一端。

6.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述工作台组件(3-3)包括工作台(3-3-1)和夹紧装置(3-3-2);

所述工作台(3-3-1)通过X方向导轨移动滑块(3-2-5)安装在X方向导轨(3-2-3)上;

夹紧装置(3-3-2)通过螺纹连接固定于工作台(3-3-1)上,用于装夹陶瓷试件(3-3-3)。

7.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,所述多向移动工作台组件(3)还包括压力传感器(3-4)、加速度传感器(3-5),所述压力传感器(3-4)置于工作台(3-3-1)与X方向导轨移动滑块(3-2-5)之间;

所述加速度传感器(3-5)安装于陶瓷试件上的滚道(A)附近。

8.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,

所述陶瓷试件(3-3-3)为长方体,陶瓷试件上的滚道(A)仅是球轴承外圈滚道的一部分,需通过机械加工得到,陶瓷试件上的滚道(A)的尺寸要根据测试轴承型号以及加载部件(2)尺寸来确定。

9.根据权利要求1所述一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置,其特征在于,

所述试验平台(4)包括安装面(4-1)及平台支架(4-2),平台支架(4-2)通过焊接固定于安装面(4-1)下方,安装面(4-1)上有第三通孔和多个导向柱(4-3);

所述控制台(5)包括数据采集控制系统,数据采集控制系统与驱动伺服电机(1-1)、第一电机(3-1-1)、第二电机(3-2-6)、第三电机(3-2-7)、压力传感器(3-4)和加速度传感器(3-5)通信连接。

10.一种全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验装置的使用方法,采用权利要求1所述的装置,其特征在于,该方法包括如下步骤:步骤一:启动控制台中数据采集控制系统,开启垂直升降系统(3-1)中的第一电机(3-

1-1),电动推杆(3-1-2)推动多向导轨系统(3-2)和工作台组件(3-3)沿Z方向移动,使得装夹在工作台组件(3-3)上的陶瓷试件(3-3-3)与加载部件(2)相接触,关闭第一电机(3-1-

1);

步骤二:开启第二电机(3-2-6)以及第三电机(3-2-7),通过Y方向导轨移动滑块(3-2-

4)及X方向导轨移动滑块(3-2-5)在Y方向导轨(3-2-2)与X方向导轨(3-2-3)的移动,使陶瓷试件上的滚道(A)移至加载部件(2)上的陶瓷滚动体(2-3)的正下方,关闭第二电机(3-2-6)以及第三电机(3-2-7);

步骤三:开启第一电机(3-1-1),电动推杆(3-1-2)推动陶瓷试件上的滚道(A)与加载部件(2)上的陶瓷滚动体(2-3)接触,当陶瓷试件(3-3-3)与加载部件(2)之间的接触载荷加载至试验设置的接触载荷值后保载一定时间;

步骤四:开启动力驱动组件(1)中的驱动伺服电机(1-1),使得连接在主轴(1-2)上的加载部件(2)转速达到试验设置的预设值,由此全陶瓷球轴承外圈滚道滚动接触疲劳试验开始;

步骤五:疲劳试验中,控制台(5)中的数据采集控制系统自动采集压力传感器(3-4)传送的载荷信号并实时反馈和控制第一电机(3-1-1)动作,以保证陶瓷试件(3-3-3)和加载部件(2)恒定的接触载荷;

步骤六:疲劳试验中,控制台(5)中的数据采集控制系统自动采集加速度传感器(3-5)传送的振动信号;在试验初始阶段,通常振动信号较为平稳,当振动信号出现较大波动时将认定陶瓷试件上的滚道(A)可能出现裂纹,这时需将陶瓷试件(3-3-3)从夹紧装置(3-3-2)上拆卸下来,通过其他检测设备对陶瓷试件(3-3-3)上出现裂纹位置进行观测并记录数据;

观测后再将陶瓷试件(3-3-3)重新安装至工作台(3-3-1)上并重复步骤一、二、三和四,以保证接触疲劳试验继续运行;

步骤七:在陶瓷试件裂纹出现后的接触疲劳试验中,可根据加速度传感器(3-5)反馈的振动信号的变化,多次停止试验装置并拆卸陶瓷试件(3-3-3)后,通过其他检测设备对裂纹扩展进行检测并记录数据;每次检测后陶瓷试件(3-3-3)需重新装夹并重复步骤一、二、三和四;

步骤八:通过试验中陶瓷试件(3-3-3)的振动信号数值与疲劳失效振动信号预设值相比较,当振动信号数值达到或大于预设值时,确定陶瓷试件(3-3-3)已发生疲劳失效,试验结束。