一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法，該實驗裝置包括液壓初始預緊模塊、壓電致動器預緊力調整模塊和頻響函數(shù)測試模塊。液壓初始預緊模塊包括液壓系統(tǒng)、液壓缸、拉力傳感器、拉力顯示器和主軸；壓電致動器預緊力調整模塊包括若干第一壓力傳感器、若干壓電致動器、致動器孔座、滾動軸承、端蓋和軸承座；頻響函數(shù)測試模塊包括若干加速度傳感器、若干第二壓力傳感器、若干激振器、數(shù)據(jù)采集儀、計算機和信號發(fā)生器。該實驗方法采用一種對滾動軸承實施組合預緊的方式，并在頻響函數(shù)測試模塊中計算得出滾動軸承的剛度。本發(fā)明一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，通過精確調整滾動軸承的預緊力來實現(xiàn)對滾動軸承剛度的動態(tài)測試。
【專利說明】一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于主軸-軸承系統(tǒng)的性能測試領域，具體涉及一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法。
【背景技術】
[0002]軸承剛度是主軸系統(tǒng)中一個非常重要的性能參數(shù)，在主軸-軸承系統(tǒng)中，軸承的剛度主要受軸承預緊配置方式、預緊力的大小、軸承配對方式、軸承與軸的配合、主軸轉速和軸承溫升等因素決定。隨著高速高精密加工技術的發(fā)展，對主軸-軸承系統(tǒng)就提出了更多的要求，特別是要通過精確地控制軸承預緊力來保證主軸-軸承系統(tǒng)具有最佳的剛度，因此，研究預緊力的配置方式和預緊力的大小對軸承剛度的影響以及準確測試軸承的剛度顯得十分重要。
[0003]然而，現(xiàn)在還沒有一種能夠精確進行滾動軸承剛度測試的裝置。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種滾動軸承剛度測試實驗裝置及其實驗方法，通過精確調整滾動軸承的預緊力來實現(xiàn)對滾動軸承剛度的動態(tài)測試。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
[0006]一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，包括液壓初始預緊模塊、壓電致動器預緊力調整模塊和頻響函數(shù)測試模塊；所述的液壓初始預緊模塊包括液壓系統(tǒng)、液壓缸、拉力傳感器、拉力顯示器和主軸；其中，液壓缸固定在實驗平臺上；液壓缸的活塞桿與拉力傳感器左側相連；拉力傳感器右側與主軸相連；拉力顯示器與拉力傳感器相連；所述的壓電致動器預緊力調整模塊包括若干第一壓力傳感器、若干壓電致動器、致動器孔座、滾動軸承、端蓋和軸承座；其中，軸承座固定在實驗平臺上；主軸穿過軸承座；主軸的軸肩左側依次設置有滾動軸承和致動器孔座；若干第一壓力傳感器和壓電致動器沿主軸周向均勻裝在致動器孔座里，第一壓力傳感器和壓電致動器通過螺釘擰緊并緊頂住滾動軸承的外圈；設置在致動器孔座左側的端蓋固定在軸承座上；所述的頻響函數(shù)測試模塊包括若干加速度傳感器、若干第二壓力傳感器、若干激振器、數(shù)據(jù)采集儀、計算機和信號發(fā)生器；所述加速度傳感器設置于主軸上，用于測量主軸的加速度；所述激振器設置于主軸上，用于給主軸施加激振力；第二壓力傳感器設置于對應激振器端部；信號發(fā)生器連接激振器，第二壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集儀連接計算機；加速度傳感器通過數(shù)據(jù)采集儀連接計算機。
[0007]本發(fā)明進一步的改進在于:所述計算機用于根據(jù)第二壓力傳感器和加速度傳感器采集到的數(shù)據(jù)算出主軸-軸承系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)，進而采用模態(tài)試驗技術識別出主軸-軸承系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，然后計算滾動軸承軸向剛度和/或徑向剛度。
[0008]本發(fā)明進一步的改進在于:所述的頻響函數(shù)測試模塊包括三個加速度傳感器、三個第二壓力傳感器和三個激振器；兩個激振器以滾動軸承為中心對稱布置在主軸的徑向端部，另一個激振器和一個加速度傳感器沿主軸軸線布置在主軸端面；另兩個加速度傳感器對稱布置在主軸的徑向另一側，并和徑向布置的兩個激振器分別對應。
[0009]本發(fā)明進一步的改進在于：液壓缸的活塞桿依次通過第一帶銷孔螺釘、第一鋼絲、 螺釘與拉力傳感器左側相連；拉力傳感器右側依次通過第二帶銷孔螺釘、第二鋼絲、第三帶 銷孔螺釘與主軸相連。
[0010]本發(fā)明進一步的改進在于：所述滾動軸承包括內圈、外圈，以及設置在內圈和外圈 之間的滾動體。
[0011]一種滾動軸承剛度測試實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟：
[0012]1)通過液壓系統(tǒng)控制液壓缸的活塞桿運動，帶動主軸運動，并依據(jù)拉力顯示器上 的數(shù)值，給滾動軸承施加一個初始預緊力；
[0013]2)分別給各個壓電致動器通電并調節(jié)其電壓值，同時根據(jù)各個第一壓力傳感器的 數(shù)據(jù)使?jié)L動軸承的預緊力達到預定值；
[0014]3)啟動信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦激振電壓信號，該正弦激振電壓信號使激振器產(chǎn)生正 弦激振力并施加到主軸上；
[0015]當測試滾動軸承的軸向剛度時，僅給軸向布置的激振器通電，使其產(chǎn)生軸向激振 力；當測試滾動軸承的徑向剛度時，僅給徑向布置的激振器通電，使其產(chǎn)生徑向激振力；
[0016]然后，第二壓力傳感器和加速度傳感器分別獲取輸入的力信號和輸出的加速度響 應信號并通過數(shù)據(jù)采集儀導入到計算機中，計算機根據(jù)采集到的力信號和加速度信號計算 兩者的互功率譜以及力信號的自功率譜，互功率譜與自功率譜之比即為主軸_軸承的頻率 響應函數(shù)；
[0017]4)對上述頻率響應函數(shù)進行模態(tài)識別，計算出主軸_軸承系統(tǒng)的固有頻率、模態(tài) 剛度和模態(tài)阻尼；
[0018]5)對滾動軸承的徑向剛度：通過測試得出的主軸_軸承的頻率響應函數(shù)，識別出 其固有頻率和徑向總剛度為r;再根據(jù)簡支梁等效模型，算出主軸的彎曲剛度&;在徑
【權利要求】
1.一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，其特征在于:包括液壓初始預緊模塊、壓電致動器預緊力調整模塊和頻響函數(shù)測試模塊； 所述的液壓初始預緊模塊包括液壓系統(tǒng)(I)、液壓缸(2)、拉力傳感器(5)、拉力顯示器(6)和主軸(16);其中，液壓缸(2)固定在實驗平臺上；液壓缸(2)的活塞桿與拉力傳感器(5)左側相連；拉力傳感器(5)右側與主軸(16)相連；拉力顯示器(6)與拉力傳感器(5)相連； 所述的壓電致動器預緊力調整模塊包括若干第一壓力傳感器(12)、若干壓電致動器 (13)、致動器孔座(14 )、滾動軸承(15 )、端蓋(17 )和軸承座(18 );其中，軸承座(18 )固定在實驗平臺上；主軸(16)穿過軸承座(18);主軸(16)的軸肩左側依次設置有滾動軸承(15)和致動器孔座(14);若干第一壓力傳感器(12)和壓電致動器(13)沿主軸(16)周向均勻裝在致動器孔座(14)里，第一壓力傳感器(12)和壓電致動器(13)通過螺釘擰緊并緊頂住滾動軸承(15)的外圈；設置在致動器孔座(14)左側的端蓋(17)固定在軸承座(18)上； 所述的頻響函數(shù)測試模塊包括若干加速度傳感器(11)、若干第二壓力傳感器(19)、若干激振器(20)、數(shù)據(jù)采集儀(21)、計算機(22)和信號發(fā)生器(23);所述加速度傳感器(11)設置于主軸(16)上，用于測量主軸(16)的加速度；所述激振器(20)設置于主軸(16)上，用于給主軸(16)施加激振力；第二壓力傳感器(19)設置于對應激振器(20)端部；信號發(fā)生器(23)連接激振器(20)，第二壓力傳感器(19)通過數(shù)據(jù)采集儀(21)連接計算機(22);加速度傳感器(11)通過數(shù)據(jù)采集儀(21)連接計算機(22 )。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，其特征在于:所述計算機(22 )用于根據(jù)第二壓力傳感器(19 )和加速度傳感器(11)采集到的數(shù)據(jù)算出主軸-軸承系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)，進而采用模態(tài)試驗技術識別出主軸-軸承系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，然后計算滾動軸承(15 )軸向剛度和/或徑向剛度。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，其特征在于:所述的頻響函數(shù)測試模塊包括三個加速度傳感器(11)、三個第二壓力傳感器(19)和三個激振器(20)；兩個激振器(20)以滾動軸承(15)為中心對稱布置在主軸(16)的徑向端部，另一個激振器(20)和一個加速度傳感器(11)沿主軸(16)軸線布置在主軸(16)端面；另兩個加速度傳感器(11)對稱布置在主軸(16)的徑向另一側，并和徑向布置的兩個激振器(20)分別對應。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，其特征在于:液壓缸(2)的活塞桿依次通過第一帶銷孔螺釘(3)、第一鋼絲(4)、螺釘與拉力傳感器(5)左側相連；拉力傳感器(5)右側依次通過第二帶銷孔螺釘(8)、第二鋼絲(9)、第三帶銷孔螺釘(10)與主軸(16)相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種滾動軸承剛度測試實驗裝置，其特征在于:所述滾動軸承(15 )包括內圈、外圈，以及設置在內圈和外圈之間的滾動體。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的一種滾動軸承剛度測試實驗裝置的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)通過液壓系統(tǒng)(I)控制液壓缸(2)的活塞桿運動，帶動主軸(16)運動，并依據(jù)拉力顯示器(6)上的數(shù)值，給滾動軸承(15)施加一個初始預緊力； 2)分別給各個壓電致動器(13)通電并調節(jié)其電壓值，同時根據(jù)各個第一壓力傳感器(12)的數(shù)據(jù)使?jié)L動軸承(15)的預緊力達到預定值；3)啟動信號發(fā)生器(23)產(chǎn)生正弦激振電壓信號，該正弦激振電壓信號使激振器(20)產(chǎn)生正弦激振力并施加到主軸(16)上； 當測試滾動軸承(15)的軸向剛度時，僅給軸向布置的激振器(20)通電，使其產(chǎn)生軸向激振力；當測試滾動軸承(15)的徑向剛度時，僅給徑向布置的激振器(20)通電，使其產(chǎn)生徑向激振力； 然后，第二壓力傳感器(19)和加速度傳感器(11)分別獲取輸入的力信號和輸出的加速度響應信號并通過數(shù)據(jù)采集儀(21)導入到計算機(22)中，計算機(22)根據(jù)采集到的力信號和加速度信號計算兩者的互功率譜以及力信號的自功率譜，互功率譜與自功率譜之比即為主軸-軸承的頻率響應函數(shù)； 4)對上述頻率響應函數(shù)進行模態(tài)識別，計算出主軸-軸承系統(tǒng)的固有頻率、模態(tài)剛度和模態(tài)阻尼； 5)對滾動軸承(15)的徑向剛度:通過測試得出的主軸-軸承的頻率響應函數(shù)，識別出其固有頻率和徑向總剛度為;再根據(jù)簡支梁等效模型，算出主軸(16)的彎曲剛度;在徑向將主軸(16)與滾動軸承(15)等效成并聯(lián)的彈簧系統(tǒng)，由公式:
7.根據(jù)權利要求6所述的實驗方法，其特征在于，步驟2)中，控制當各個壓電致動器(13)所通的電壓值相同或不等，對滾動軸承(15)進行均勻預緊或非均勻預緊。
【文檔編號】G01M13/04GK103543012SQ201310478427
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】李小虎, 吳文武, 洪軍, 李歡鋒, 趙宏 申請人:西安交通大學