交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法，装置主要包括驱动电机、加载电机、受载轴、交变载荷发生件、被测滚动轴承、探头移动架、超声纵波探头。其中驱动电机驱动受载轴转动，使受载轴右端的被测滚动轴承以特定转速转动；加载电机驱动交变载荷发生件产生交变载荷，经受载轴对被测滚动轴承实现不同大小和频率的交变载荷加载；探头移动架可调节超声纵波探头与被测滚动轴承两侧的贴合位置；通过超声纵波探头监测被测轴承在模拟工作状态下的应力。该试验装置可模拟滚动轴承在不同转速、承受不同大小和频率的交变载荷的工作状态，并监测应力分布情况，从而用于滚动轴承承载和使用性能的实验研究。

【技术实现步骤摘要】
交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法
本专利技术涉及一种交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置及方法，尤其适用于模拟滚动轴承处于不同转速、承受不同大小和频率的交变载荷的工作状态，并监测滚动轴承的应力分布的实验研究。
技术介绍
滚动轴承是用于支撑回转构件的基本机械元件，在现代装备、机器和仪器等领域的机构中有着广泛的使用。机构中滚动轴承的选用和失效形式在使用过程中备受关注，它对提高滚动轴承使用性能、保障机械系统的可靠性和稳定性具有重要作用。实际中，滚动轴承的选用和失效形式主要与轴承转速和承受的载荷有关，原因是轴承的工作转速和载荷决定了滚动轴承的应力状况。所以探究轴承所受应力与转速和载荷的关系，对指导机构中轴承的选用及提高轴承的寿命有着重要意义。由于机构在运作时内部和外部的作用力往往呈周期变化，所以轴承承受的载荷常常是交变载荷。并且理论表明，滚动轴承在经向载荷作用下，滚动摩擦副不同部位的载荷分布是不同的。所以研究工作中的滚动轴承的应力状况，需综合考虑轴承转速、交变载荷的加载和轴承周向位置等因素。目前，超声波检测技术已经十分成熟，广泛应用于构件的应力无损检测。利用超声波法监测滚动轴承工作时滚动摩擦副的应力，无需破坏或停止运转的轴承，能够极大限度地减少测量手段对轴承实际应力状况的影响。经专利查询和文献检索，目前还没有在综合考虑滚动轴承转速、交变载荷的加载和轴承周向位置等因素的情况下，利用超声纵波监测轴承应力状况的类似试验装置。鉴于此，专利技术一种利用超声波探究滚动轴承在交变载荷下应力状况的试验装置，将对滚动轴承的使用性能研究和工程应用具有重要意义。
技术实现思路
专利技术目的：为了模拟滚动轴承的实际工作状态并对滚动轴承应力状况进行研究，本专利技术提出了一种利用超声纵波波监测滚动轴承受交变载荷时应力状况的试验装置。技术方案：本专利技术交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，主要包括工作台、驱动电机、加载电机、左支撑、右支撑、前支撑、后支撑、受载轴、交变载荷发生件、被测滚动轴承、探头移动架、超声纵波探头、超声发射接收器、数字示波器、计算机。所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，受载轴分别通过左端的一般轴承和右端的被测滚动轴承支撑在左支撑和右支撑上，左支撑和右支撑均固定在工作台上；驱动电机驱动受载轴及其右端的被测滚动轴承转动，改变驱动电机转速可模拟被测轴承以不同转速转动；加载电机驱动交变载荷发生件运作，产生正弦交变载荷经受载轴作用于被测滚动轴承，通过改变加载调速电机转速和交变载荷发生件上配置块质量，可模拟不同大小、不同频率的交变载荷加载；前支撑和后支撑固定在工作台上，用于保证交变载荷发生件在非竖直方向上的稳定；探头移动架置于右支撑上，探头移动架的两侧各布置一个超声纵波探头，利用探头移动架可实现超声探头的空间位置调整，使超声探头与被测轴承外圈不同位置贴合并进行应力监测；右支撑采用可分离形式，并内置了轴承内外径调整环，方便被测轴承的安装和更换，可对不同尺寸的轴承进行实验；超声发射接收器用于激励发射探头产生纵波，纵波经被测轴承外圈传播后由另一侧接收探头接收，且超声发射接收器可将接收和发射的声信号转换为电信号；实验中，数字示波器和计算机用于对超声发射接收器输出的电信号进行波形显示、数据存储和分析处理。有益效果：采用上述方案，具有以下优点和突出效果：1)改变驱动电机转速可模拟被测轴承以不同转速转动，便于研究转速对滚动轴承应力状况的影响；2)利用交变载荷发生件实现正弦交变载荷施加于滚动轴承上，非常贴切地模拟出滚动轴承实际工作状态下的受载情况；3)通过改变加载电机转速和交变载荷发生件上配置块质量，可改变交变载荷的大小和频率，提高了实验中交变载荷的可变性和丰富性；4)利用探头移动架上可调整超声探头的空间位置，使探头能对轴承外圈不同位置的应力状况经行监测，且探头移动架的操作简单方便，在不停机状态下便可进行探头位置调整；5)右支撑采用可分离形式，便于被测轴承的安装和更换，并内置了滚动轴承内外径调整环，可以使装置用于不同内外径滚动轴承的实验研究；6)采用超声纵波手段对实验中轴承外圈的应力进行监测，不会破环轴承且能够实现轴承运转情况下进行原位监测，极大限度减小了测量手段对滚动轴承实际应力状况的影响；7)整个实验装置结构紧凑，各部件布置合理，装置的操作简单方便，在充分考虑了实验人员实际操作情况下进行了人性化设计。附图说明图1为交变载荷滚动轴承应力超声原位监测装置右等轴侧视图图2为交变载荷滚动轴承应力超声原位监测装置左等轴侧视图图3为交变载荷发生件结构图图4为滚动轴承载荷分布示意图图5为右支撑及探头移动架结构图图6为超声纵波信号发射、接收和处理示意图图7为交变载荷滚动轴承应力超声原位监测装置操作流程图图中：1-计算机；2-数字示波器；3-超声发射接收器；4-前支撑；5-探头移动架；5-1-水平移动台；5-2-水平锁紧螺母；5-3-贴合移动台；5-4-齿轮Z6；5-5-齿轮Z7；5-6-竖直移动台；5-7-水平滚珠丝杆；5-8-水平旋钮；5-9-弹簧；5-10-竖直滚珠丝杠；5-11-左贴合滚珠丝杠；5-12-贴合锁紧螺母；5-13-右贴合滚珠丝杠；5-14-齿轮Z8；5-15-竖直锁紧轮齿；5-16-竖直锁紧螺母；5-17-齿轮Z9；6-工作台；7-超声纵波发射探头；8-超声纵波接收探头；9-被测滚动轴承；10-右支撑；10-1-右立柱上盖；10-2-右立柱；10-3-外径调整环；10-4-键；10-5-内径调整环；11-受载轴；12-后支撑；13-加载传动轴；14-齿轮Z1；15-V带轮R1；16-加载V带；17-V带轮R2；18-加载电机；19-交变载荷发生件；19-1-右加载轴；19-2-滚子轴承d1；19-3-齿轮Z4；19-4-左加载轴；19-5-齿轮Z5；19-6-加载座；19-7-配重块；19-8-稳定杆；19-9-加载杆；19-10-滚子轴承d2；19-11-滚珠；20-齿轮Z2；21-左支撑；22-齿轮Z3；23-驱动座；24-驱动传动轴；25-V带轮R3；26-驱动V带；27-V带轮R4；28-驱动电机；29-加载电机控制器；30-驱动电机控制器。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细说明：如图1和图2所示，交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置主要包括工作台6、驱动电机28、加载电机18、驱动座23、左支撑21、右支撑10、前支撑4、后支撑12、受载轴11、交变载荷发生件19、被测滚动轴承9、探头移动架5、超声纵波发射探头7、超声纵波接收探头8、超声发射接收器3、数字示波器2、计算机1。驱动电机28、加载电机18、驱动座23、左支撑21、右支撑10、前支撑4、后支撑12固定于工作台6上；受载轴11左右两端分别支撑于左支撑21和右支撑10上；被测滚动轴承9置于右支撑10内，并支撑受载轴11的右端；交变载荷发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，包括工作台(6)，工作台(6)上设有顺序连接的计算机(1)、数字示波器(2)和超声发射接收器(3)，其特征在于：工作台(6)上还设有轴承工作模拟装置，所述的轴承工作模拟装置包括横向并排设置在工作台(6)上的前支撑(4)和后支撑(12)，前支撑(4)和后支撑(12)之间设有交变载荷发生件(19)，交变载荷发生件(19)下方纵向连接有受载轴(11)，受载轴(11)一端通过有左支撑(21)置在工作台(6)上，另一端设有被测滚动轴承(9)，被测滚动轴承(9)通过右支撑(10)设置在工作台(6)上，右支撑(10)上设有探头移动架(5)，探头移动架(5)上设有用以检测被测滚动轴承(9)状态的超声纵波发射探头(7)和超声纵波接收探头(8)，超声纵波发射探头(7)和超声纵波接收探头(8)通过线路与超声发射接收器(3)相连接，受载轴(11)上还设有齿轮Z

【技术特征摘要】
1.一种交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，包括工作台(6)，工作台(6)上设有顺序连接的计算机(1)、数字示波器(2)和超声发射接收器(3)，其特征在于：工作台(6)上还设有轴承工作模拟装置，所述的轴承工作模拟装置包括横向并排设置在工作台(6)上的前支撑(4)和后支撑(12)，前支撑(4)和后支撑(12)之间设有交变载荷发生件(19)，交变载荷发生件(19)下方纵向连接有受载轴(11)，受载轴(11)一端通过有左支撑(21)置在工作台(6)上，另一端设有被测滚动轴承(9)，被测滚动轴承(9)通过右支撑(10)设置在工作台(6)上，右支撑(10)上设有探头移动架(5)，探头移动架(5)上设有用以检测被测滚动轴承(9)状态的超声纵波发射探头(7)和超声纵波接收探头(8)，超声纵波发射探头(7)和超声纵波接收探头(8)通过线路与超声发射接收器(3)相连接，受载轴(11)上还设有齿轮Z2(20)；
所述交变载荷发生件(19)包括加载座(19-6)，加载座(19-6)上并排设有相互啮合的轴承齿轮A和轴承齿轮B，所述轴承齿轮A包括齿轮Z4(19-3)，齿轮Z4(19-3)通过右加载轴(19-1)在两侧分别设有滚子轴承d1(19-2)，右加载轴(19-1)两端位于两个滚子轴承d1(19-2)外侧设有两个配重块(19-7)，所述轴承齿轮B包括齿轮Z5(19-5)，齿轮Z5(19-5)通过左加载轴(19-4)在两侧分别设有滚子轴承(19-2)，左加载轴(19-4)两端位于两个滚子轴承(19-2)外侧设有两个配重块(19-7)，加载座(19-6)底部通过螺纹连接有横向设置的稳定杆(19-8)，稳定杆(19-8)下方设有圆环结构的加载杆(19-9)，加载杆(19-9)内置滚子轴承d2(19-10)，所述受载轴(11)设置在滚子轴承d2(19-10)内，稳定杆(19-8)左端和右端各设有一个螺栓孔，分别用于与前支撑(4)和后支撑(12)连接固定；
所述后支撑(12)上通过加载传动轴(13)设有与齿轮Z4(19-3)啮合的齿轮Z1(14)，加载传动轴(13)通过加载V带(16)连接有加载电机(18)；
所述工作台(6)上还设有与齿轮Z2(20)啮合的齿轮Z3(22)，齿轮Z3(22)通过驱动V带(26)连接有驱动电机(28)。


2.根据权利要求1所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：所述的齿轮Z1(14)的加载传动轴(13)上设有V带轮R1(15)，所述加载电机(18)的输出轴上设有V带轮R2(17)，加载V带(16)方分别连接V带轮R1(15)和V带轮R2(17)并进行传动。


3.根据权利要求1所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：所述的齿轮Z3(22)通过驱动传动轴(24)设置在驱动座(23)上，其中驱动传动轴(24)上还设有V带轮R3(25)，所述驱动电机(28)的输出轴上设有V带轮R4(27)，驱动V带(26)设置在V带轮R3(25)和V带轮R4(27)上并进行传动。


4.根据权利要求1所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：受载轴(11)固定在滚子轴承d2(19-10)的内圈上，使交变载荷发生件(19)产生的载荷施加于受载轴(11)上。


5.根据权利要求1所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：稳定杆(19-8)的中间部位为正方体结构，上方为柱体制有螺纹，套在加载杆(19-9)中部的正方形杆外围，两者之间的凹槽内设置有滚珠(19-11)。


6.根据权利要求1所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：右支撑(10)包括顶部为半弧形的右立柱(10-2)，右立柱(10-2)上方设有半弧形结构的右立柱上盖(10-1)，所述被测滚动轴承(9)外侧设有轴承外圈调整环(10-3)，被测滚动轴承(9)内侧设有轴承内径调整环(10-5)，轴承内径调整环(10-5)圆心处通过键(10-4)与受载轴(11)固定连接。


7.根据权利要求6所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：当对不同尺寸的被测滚动轴承(9)进行测试时，只需将右立柱上盖(10-1)与右立柱(10-2)分离后，更换不同型号尺寸的轴承外径调整环(10-3)和轴承内圈径调整环(10-5)即可。


8.根据权利要求6所述的交变载荷滚动轴承应力超声原位监测试验装置，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡而已，卢精文，孙鸿兵，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32