设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置论文和设计-宋超

全文摘要

本实用新型提出了一种设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其包括底座、温度箱、组合式夹具组件、径向力加载组件、监测组件、动力组件和台架，组合式夹具组件包括顶块、加载板、陪试轴承座、芯轴、陪试轴承、端盖和锁紧部件，上述部件都是独立的可拆装部件，可通过更换芯轴、顶块或者加载板实现不同直径关节轴承寿命试验的装夹，提高了试验夹具的利用率和通用性，另外，本实用新型的组合式夹具组件，采用了加载板内孔增加单侧挡边，减小顶块厚度，挡边与端盖协同固定陪试轴承等结构设计改进，有效避免了关节轴承磨损试验过程中易发生的芯轴变形或断裂现象。

设计方案

1.一种设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，其包括温度箱、底座、径向力加载组件、监测组件、动力组件和台架，

所述组合式夹具组件包括顶块、加载板、陪试轴承座、芯轴、陪试轴承、端盖和锁紧件，所述底座固定安装在所述温度箱的底面，所述陪试轴承座有两个，且其芯部为圆孔结构，安装于所述底座之上，且两个所述陪试轴承座的内部圆孔的圆心连线平行于所述温度箱的前端端面，所述芯轴设于所述陪试轴承座的内部圆孔的圆心连线之上，被试关节轴承安装于所述芯轴之上，所述顶块有多个，安装于所述芯轴之上，且位于所述被试关节轴承的左右两端，对所述被试关节轴承的内圈进行轴向定位，所述陪试轴承安装于所述陪试轴承座的内部圆孔中，且所述内部圆孔的内圈与所述陪试轴承的外圈间隙配合，所述内部圆孔朝向所述被试关节轴承的第一面设有挡边，与所述被试关节轴承相对的第二面由所述端盖进行封堵，所述挡边和所述端盖对所述陪试轴承的外圈形成轴向定位，所述锁紧件用于将两块所述顶块从左侧和从右侧夹紧所述被试关节轴承的内圈；

所述径向力加载组件包括电液油缸、第一法兰和第二法兰，所述第一法兰设于所述电液油缸的第一端，所述第二法兰设于所述电液油缸的第二端，所述电液油缸通过所述第一法兰固连于所述台架的顶端，所述电液油缸通过所述第二法兰连接所述加载板，所述加载板上设有圆孔，通过该圆孔将所述被试关节轴承安装其上；

所述监测组件包括位移传感器和温度传感器，所述位移传感器设于所述台架的顶端外侧，且与所述电液油缸的末端相连，所述温度传感器设于所述温度箱内部，且安装于所述加载板的第二端；

所述动力组件包括电机、电机座、丝杠、手轮、联轴器、穿箱轴、法兰轴和电机轴，所述芯轴的第二端安装有转接头，所述转接头与穿过所述温度箱的穿箱轴相连，所述穿箱轴的外圈安装有橡胶套，且所述橡胶套固定安装在所述温度箱之上，所述穿箱轴的第二端与所述法兰轴相连，所述法兰轴通过所述联轴器与所述电机的电机轴相连，所述电机设置于所述电机座之上，所述电机座的第二端通过丝杠与固定装置进行连接，所述丝杠上设有手轮；以及

所述锁紧件通过螺母进行夹紧，且所述螺母安装于所述芯轴之上，所述加载板的第二端安装有反光条，所述控制器通过线缆分别与所述电机、电液油缸、位移传感器和温度传感器相连，所述控制器连接有所述温度箱的温度控制装置。

2.根据权利要求1所述的设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，所述组合式夹具组件还包括衬套，所述衬套为圆柱形中空管，所述衬套的内圈与所述芯轴外表面间隙配合。

3.根据权利要求1所述的设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，所述加载板的第二端圆孔与所述被试关节轴承的外圈间隙配合，且所述加载板的第二端圆孔的第一侧设有能轴向固定所述被试关节轴承外圈的挡边。

4.根据权利要求3所述的设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，两块所述顶块分别设有中心孔，中心孔的内圈与所述芯轴间隙配合，两块所述顶块分别位于所述被试关节轴承的左侧和右侧。

5.根据权利要求3所述的设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，两个所述陪试轴承座轴向对称安装在所述底座之上，所述陪试轴承座设有用于安装所述陪试轴承的内孔，所述陪试轴承内圈与所述顶块间隙配合。

6.根据权利要求1所述的设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，所述电机固定在所述电机座上，所述丝杠和手轮与所述电机座连接，所述丝杠可驱动电机座移动，并且所述手轮上配备有对所述电机座进行位置固定的机械锁。

7.根据权利要求1所述的设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其特征在于，所述底座上设有滑槽，所述陪试轴承座固定安装于所述滑槽之上，且两个所述陪试轴承座可沿所述滑槽调节其相对距离。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于机械设备可靠性鉴定技术领域，具体涉及一种设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置。

背景技术

关节轴承低温磨损试验，用于评估关节轴承在低温环境下的抗磨性能指标，是关节轴承型号产品的设计与研发、定制与选型的重要依据评判准则。低温磨损鉴定试验过程中，温度、载荷、往复运动状态的控制，均需要实时控制，整个试验过程运行周期较长，故需要自动化成度较高的试验系统，以实现外部环境条件、载荷条件、运转条件均能实时满足鉴定试验大纲的要求，并可实时监控磨损量和被试轴承温度，减少人为因素对试验结果的影响，保证试验结果判定的准确性。

但是现有的系统存在下述问题：(1)现有寿命试验夹具结构不能保证芯轴的刚度，芯轴容易在大径向载荷作用产生的大弯矩下发生脆断，以航空低速重载宽系列自润滑关节轴承为例，寿命试验的径向载荷是相同内径其他类型关节轴承的1.3-1.5倍，芯轴更容易发生脆断；(2)现有寿命试验夹具，设计通用性差，在完成不同型号关节轴承的寿命试验时，需要多种规格的夹具，造成了资金、时间和资源的极大浪费；(3)试验夹具笨重，而温度箱空间相对狭小，不易于被试产品和试验夹具的安装固定，安装过程相对繁琐费力，大幅延长试验准备时间。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种夹具组件可组装和可替换的关节轴承低温磨损试验装置，从而能够对不同型号的关节轴承进行磨损试验。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，其包括温度箱、底座、组合式夹具组件、径向力加载组件、监测组件、动力组件和台架，所述组合式夹具组件包括顶块、加载板、陪试轴承座、芯轴、陪试轴承、端盖和锁紧件，所述底座固定安装在所述温度箱的底面，所述陪试轴承座有两个，且其芯部为圆孔结构，安装于所述底座之上，且两个所述陪试轴承座的内部圆孔的圆心连线平行于所述温度箱的前端端面，所述芯轴设于所述陪试轴承座的内部圆孔的圆心连线之上，被试关节轴承安装于所述芯轴之上，所述顶块有多个，安装于所述芯轴之上，且位于所述被试关节轴承的左右两端，对所述被试关节轴承的内圈进行轴向定位，所述陪试轴承安装于所述陪试轴承座的内部圆孔中，且所述内部圆孔的内圈与所述陪试轴承的外圈间隙配合，所述内部圆孔朝向所述被试关节轴承的第一面设有挡边，与所述被试关节轴承相对的第二面由所述端盖进行封堵，所述挡边和所述端盖对所述陪试轴承的外圈形成轴向定位，所述锁紧件用于将两块所述顶块从左侧和从右侧夹紧所述被试关节轴承的内圈。

所述径向力加载组件包括电液油缸、第一法兰和第二法兰，所述第一法兰设于所述电液油缸的第一端，所述第二法兰设于所述电液油缸的第二端，所述电液油缸通过所述第一法兰固连于所述台架的顶端，所述电液油缸通过所述第二法兰连接所述加载板，所述加载板上设有圆孔，通过该圆孔将所述被试关节轴承安装其上。

所述监测组件包括位移传感器和温度传感器，所述位移传感器设于所述台架的顶端外侧，且与所述电液油缸的末端相连，所述温度传感器设于所述温度箱内部，且安装于所述加载板的第二端。所述动力组件包括电机、电机座、丝杠、手轮、联轴器、穿箱轴、法兰轴和电机轴，所述芯轴的第二端安装有转接头，所述转接头与穿过所述温度箱的穿箱轴相连，所述穿箱轴的外圈安装有橡胶套，且所述橡胶套固定安装在所述温度箱之上，所述穿箱轴的第二端与所述法兰轴相连，所述法兰轴通过所述联轴器与所述电机的电机轴相连，所述电机设置于所述电机座之上，所述电机座的第二端通过丝杠与固定装置进行连接，所述丝杠上设有手轮。所述锁紧件通过螺母进行夹紧，且所述螺母安装于所述芯轴之上，所述加载板的第二端安装有反光条，所述控制器通过线缆分别与所述电机、电液油缸、位移传感器和温度传感器相连，所述控制器连接有所述温度箱的温度控制装置。

优选的，所述组合式夹具组件还包括衬套，所述衬套为圆柱形中空管，所述衬套的内圈与所述芯轴外表面间隙配合。

优选的，所述加载板的第二端圆孔与所述被试关节轴承的外圈间隙配合，且所述加载板的第二端圆孔的第一侧设有能轴向固定所述被试关节轴承外圈的挡边。

优选的，两块所述顶块分别设有中心孔，中心孔的内圈与所述芯轴间隙配合，两块所述顶块分别位于所述被试关节轴承的左侧和右侧。

优选的，两个所述陪试轴承座轴向对称安装在所述底座之上，所述陪试轴承座设有用于安装所述陪试轴承的内孔，所述陪试轴承内圈与所述顶块间隙配合。

优选的，所述电机固定在所述电机座上，所述丝杠和手轮与所述电机座连接，所述丝杠可驱动电机座移动，并且所述手轮上配备有对所述电机座进行位置固定的机械锁。

进一步地，所述底座上设有滑槽，所述陪试轴承座固定安装于所述滑槽之上，且两个所述陪试轴承座可沿滑槽调节其相对距离。

对比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、夹具易拆装、通用性强。本实用新型中的顶块、加载板、衬套都是独立部件，拆卸方便，可通过更换衬套，实现不同宽度系列关节轴承寿命试验的装夹，通过更换芯轴、顶块、加载板可实现不同直径关节轴承寿命试验的装夹，试验夹具利用率高，通用性好；

2、结构受力合理，采用加载板内孔增加单侧挡边、减小顶块的锥度、挡边与端盖协同固定陪试轴承等结构设计改进，有效避免了高速重载自润滑轴承试验过程中极易发生的芯轴变形或断裂。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的各组件所属关系结构示意图；以及

图3为本实用新型的控制电路示意图。

具体实施方式

为详尽本实用新型之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本实用新型提供一种设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置，如图1～3所示，包括温度箱1、底座2、组合式夹具组件3、径向力加载组件4、监测组件5、动力组件6和台架7，组合式夹具组件3包括顶块31、加载板32、陪试轴承座33、芯轴34、陪试轴承35、端盖36和锁紧件37，底座2固定安装在温度箱1的底面，陪试轴承座33有两个，且其芯部为圆孔结构，安装于底座2之上，且两个陪试轴承座33的内部圆孔的圆心连线平行于温度箱1的前端端面，芯轴34设于陪试轴承座33的内部圆孔的圆心连线之上，被试关节轴承9安装于芯轴34之上，顶块31有多个，安装于芯轴34之上，且位于被试关节轴承9的左右两端，对被试关节轴承9的内圈进行轴向定位，陪试轴承35安装于陪试轴承座33的内部圆孔中，且内部圆孔的内圈与陪试轴承35的外圈间隙配合，内部圆孔朝向被试关节轴承9的第一面设有挡边，与被试关节轴承9相对的第二面由端盖36进行封堵，挡边和端盖36对陪试轴承35的外圈形成轴向定位，锁紧件37用于将两块顶块31从左侧和从右侧夹紧被试关节轴承9的内圈。

径向力加载组件4包括电液油缸41、第一法兰42和第二法兰43，第一法兰42设于电液油缸41的第一端，第二法兰43设于电液油缸41的第二端，电液油缸41通过第一法兰42固连于台架7的顶端，电液油缸41通过第二法兰43连接加载板32，加载板32上设有圆孔，通过该圆孔将被试关节轴承9安装其上。

监测组件5包括位移传感器51和温度传感器52，位移传感器51设于台架7的顶端外侧，且与电液油缸41的末端相连，温度传感器52设于温度箱1内部，且安装于加载板32的第二端。动力组件6包括电机61、电机座62、丝杠63、手轮64、联轴器65、穿箱轴66、法兰轴67和电机轴68，芯轴34的第二端安装有转接头13，转接头13与穿过温度箱1的穿箱轴66相连，穿箱轴66的外圈安装有橡胶套8，且橡胶套8固定安装在温度箱1之上，穿箱轴66的第二端与法兰轴67相连，法兰轴67通过联轴器65与电机61的电机轴68相连，电机61设置于电机座62之上，电机座62的第二端通过丝杠63与固定装置进行连接，丝杠63上设有手轮64。锁紧件37通过螺母10进行夹紧，且螺母10安装于芯轴34之上，加载板32的第二端安装有反光条12，控制器14通过线缆分别与电机61、电液油缸41、位移传感器51和温度传感器52相连，控制器14连接有温度箱1的温度控制装置。

组合式夹具组件3还包括衬套11，衬套11为圆柱形中空管，衬套11的内圈与芯轴34外表面间隙配合。加载板32的第二端圆孔与被试关节轴承9的外圈间隙配合，且加载板32的第二端圆孔的第一侧设有能轴向固定被试关节轴承9外圈的挡边。两块顶块31分别设有中心孔，中心孔的内圈与芯轴34间隙配合，两块顶块31分别位于被试关节轴承9的左侧和右侧。

两个陪试轴承座33轴向对称安装在底座2之上，陪试轴承座33设有用于安装陪试轴承35的内孔，陪试轴承35内圈与顶块31间隙配合。电机61固定在电机座62上，丝杠63和手轮64与电机座62连接，丝杠63可驱动电机座62移动，并且手轮64上配备有对电机座62进行位置固定的机械锁。底座2上设有滑槽15，陪试轴承座33固定安装于滑槽15之上，且两个陪试轴承座33可沿滑槽15调节其相对距离。

本实施例中，芯轴34与被试关节轴承9的内圈为0.013～0.038mm的间隙配合；芯轴34的材料为9Cr18轴承钢；加载板32材料为Q275碳素钢；温度箱1内的其他试验夹具材料均为不锈钢；芯轴34的异型轴端和异型转接头的中心异型孔的形状为椭圆形；加载板32侧面的通孔为M5的螺纹孔；陪试轴承座33的内孔挡边厚度为0.7mm；加载板32的内孔挡边厚度为0.7mm；芯轴34的表面硬度应不小于50HRC；陪试轴承35选用双列调心滚动轴承；陪试轴承35的润滑方式为脂润滑；温度传感器52选用热电偶传感器；位移传感器51选用激光位移传感器；橡胶套8材料选用聚四氟乙烯(PTFE)，并用棉纱适当封堵橡胶套8和穿箱轴66之间的空隙。

电机61固定在电机座62上，电机座62下端安装有滚轮和滚道，可以沿轴向实现一定范围内的移动。电机座62移动依靠丝杠63和手轮64进行手动驱动，手轮64上配备有机械锁，保证电机61在工作过程的固定。

具体而言，电机轴68与电机61相连，将电机61的旋转运动通过联轴器65、法兰轴67、穿箱轴66传递给温度箱1内部的关节轴承试验夹具，通过控制电机61的转速实现对被试关节轴承9转速的精确控制。

电液油缸41安装在台架7的上端，用于对关节轴承试验组合式夹具组件3提供径向载荷作用，电液油缸41由控制器14通过电缆控制，电液油缸41的法兰盘穿过温度箱1与加载板32相连，通过加载板32的力传递，作用到被试关节轴承9的外圈，电液油缸41内部的压力传感器将载荷情况反馈给控制器14，进而实现了对被试关节轴承9施加径向载荷的精确控制。

加载板32的内圈与被试关节轴承9之间采用间隙配合。加载板32与加载装置相连，按照径向载荷剖面的规定对被试关节轴承9施加径向载荷。加载板32设计出挡边可周向固定被试关节轴承9的外圈一面，另一面通过试验机主轴进行轴向夹紧。

顶块31穿在芯轴34，通过螺母10、锁紧件37、衬套11配合，轴向夹紧被试关节轴承9的内圈，夹紧力不要过大，以免被试关节轴承9内圈变形引起摩擦力矩的增加，加速自润滑衬垫的磨损。顶块31高度应尽量小，进而缩短两个陪试轴承35支点之间的距离，减小芯轴34承受的弯矩。

陪试轴承座33通过T型槽和螺栓安装固定在底座2上，陪试轴承座33内孔一面设计有挡边，另一面周向均布螺纹孔连接端盖36，陪试轴承35安装在内孔中并由挡边和端盖36轴向固定。陪试轴承35作为寿命试验过程中的陪试用轴承，被固定在陪试轴承座33上，为被试关节轴承9提供径向支撑，协助陪试轴承35内圈转动。

芯轴34与被试关节轴承9内孔之间采用间隙配合，一端加工出螺纹，通过与顶块31、螺母10夹紧被试关节轴承9的内圈，另一端加工出异型端面，通过转接头13与穿箱轴66间的螺纹连接相连，使被试关节轴承9实现内圈按照试验大纲规定的周期性完成往复摆动。

衬套11为圆柱形中空管，其内圈与芯轴34外表面间隙配合。通过更换相应长度的衬套11，可以适应不同宽度系列的关节轴承完成鉴定试验。转接头13中心的异型通孔与芯轴34的异型端面配合传递扭矩。转接头13的周向均布若干螺纹孔，通过螺纹连接与穿箱轴66的法兰盘相连接。穿箱轴66穿过温度箱1的外壁，实现温度箱1内外部结构的连接，穿箱轴66通过橡胶套8穿过温度箱1的箱体，并与橡胶套8为松配合，橡胶材料可以降低穿箱轴66穿过温度箱1时发生的磨损，也会降低箱内温度与外界的快速热交换，很好地保证了温度箱1内部预设温度的恒定。

联轴器65可以有效地减小因电机61运行振动及安装的不同心引起的弯矩，提高鉴定试验结果的精确度和准确性。温度传感器52安装在加载板32侧面开的通孔内，实时监控被试关节轴承9外圈的温度，当温度超过规定值时，立即停止鉴定试验，检查被试关节轴承9和试验系统。位移传感器51安装在台架7的顶端，通过对加载板32径向位移的采集，实时监控被试关节轴承9的径向磨损量，加载板32底端伸出反光条12与位移传感器51配合使用，反光条12与加载板32采用螺纹连接固定。

如图3所示，控制器14通过线缆与电机61、温度箱1、电液油缸41、位移传感器51以及温度传感器52相连接。控制器14发送指令，控制电机61的转速、转向和运行时间，温度箱1的温度值、温变速度和保温时间，电液油缸41的输出载荷。同时，控制器14实时监控并记录位移传感器51和温度传感器52采集获得的位移值和温度值。

利用自润滑关节轴承低温磨损鉴定试验系统完成低温磨损试验过程中装拆被试试验件操作简单、方便，实用价值较高。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本实用新型的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

设计图

设有组合式夹具组件的关节轴承低温磨损试验装置论文和设计

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