專利名稱：軸承結(jié)合部特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承結(jié)合部特性研究的實(shí)驗(yàn)裝置，具體是針對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸軸承結(jié)合部特性研究的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國數(shù)控機(jī)床開發(fā)中已經(jīng)逐步采用CAD/CAE/CAM的設(shè)計(jì)理念，在設(shè)計(jì)階段力圖準(zhǔn)確反映機(jī)床產(chǎn)品的加工精度等性能。目前國內(nèi)機(jī)床制造企業(yè)開始采用CAE技術(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)開發(fā)的機(jī)床產(chǎn)品開展動(dòng)、靜、熱態(tài)性能分析，但大多數(shù)情況下機(jī)床分析結(jié)果與機(jī)床實(shí)際性能相差較大，分析結(jié)果尚不能作為可信的設(shè)計(jì)依據(jù)，只能采用“設(shè)計(jì)一研制一試驗(yàn)一修改”的開發(fā)過程，致使產(chǎn)品研制周期長、成本高。其主要原因是機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在著各種各樣的結(jié)合面，結(jié)合面對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的影響非常明顯，而結(jié)合面特性的影響因素和影響規(guī)律非常復(fù)雜，很大程度上決定著分析結(jié)果的可信度，結(jié)合面特性研究成為制約數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的瓶頸問題之一。提高機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高機(jī)床產(chǎn)品的動(dòng)、靜、熱態(tài)性能，縮短機(jī)床產(chǎn)品研制開發(fā)的周期，迫切需要研究和建立一套支持機(jī)床產(chǎn)品設(shè)計(jì)的性能分析方法和平臺(tái)。在機(jī)床性能設(shè)計(jì)所涉及的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究中，將不可避免地涉及到復(fù)雜結(jié)構(gòu)結(jié)合面接觸動(dòng)力學(xué)建模的問題。對(duì)于機(jī)床的結(jié)合面接觸特性參數(shù)的建模方法和預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，有助于建立起更加符合實(shí)際的機(jī)床結(jié)構(gòu)的理論分析模型。從而使在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段，就能通過一定的分析計(jì)算，預(yù)測(cè)機(jī)床特性，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改。這對(duì)于提高機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短機(jī)床產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定型周期具有重要的意義。除了刨床、拉床等主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床外，大多數(shù)機(jī)床都有主軸部件，主軸部件是機(jī)床特別是精密機(jī)床的重要功能部件，其運(yùn)動(dòng)精度和結(jié)構(gòu)剛度是決定機(jī)床加工質(zhì)量和切削效率的重要因素。主軸系統(tǒng)中的軸承組件對(duì)主軸系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)精度、剛度和速度適應(yīng)性有重要影響，軸承結(jié)合部是主軸組件的核心，其特性的研究對(duì)于在設(shè)計(jì)階段提高主軸系統(tǒng)仿真分析的可靠性有重要意義，也是提高機(jī)床的開發(fā)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。軸承結(jié)合部包括軸承、軸承外圈與軸承座孔的結(jié)合面、軸承內(nèi)圈和軸的結(jié)合面三部分。軸承廣泛應(yīng)用于機(jī)床組件中，軸承結(jié)合部特性對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性有重要的影響， 隨著機(jī)床加工精度的不斷提高，這種影響更為顯著。由于軸承剛度的非線性特點(diǎn)和軸承組件裝配關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，通過理論計(jì)算難以獲得可靠的動(dòng)靜態(tài)參數(shù)；通過實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種軸承結(jié)合部特性研究的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以對(duì)軸承結(jié)合部的靜動(dòng)特性進(jìn)行研究，可以為提高機(jī)床開發(fā)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量所需建立的結(jié)合部參數(shù)數(shù)據(jù)庫提供硬件支持和參數(shù)支持。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是軸承組件、軸向加載機(jī)構(gòu)、徑向加載機(jī)構(gòu)通過螺栓連接于帶有T型槽的平臺(tái)上。本發(fā)明軸承組件結(jié)構(gòu)是軸承位于軸承座中，軸與軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸承內(nèi)圈隔套、 軸承外圈隔套分別套接在軸的外部，軸承蓋與軸承座固定連接，軸承蓋與軸承座間有調(diào)整墊片。本發(fā)明軸向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是，手柄一和螺帽一通過螺紋連接，螺帽一和軸向加載螺桿通過圓柱銷一連接，軸向壓塊與軸向加載螺桿端部固定連接，軸向加載螺桿與軸向?qū)邹D(zhuǎn)動(dòng)連接，軸向?qū)着c軸向?qū)字喂潭ㄟB接。本發(fā)明徑向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是手柄二和螺帽二通過螺紋聯(lián)接，螺帽二和徑向加載螺桿通過圓柱銷二聯(lián)接，徑向壓塊與徑向加載螺桿下端固定連接，徑向加載螺桿與徑向?qū)邹D(zhuǎn)動(dòng)連接，徑向?qū)着c龍門固定連接，徑向?qū)字翁自趶较驅(qū)淄獠坎⑴c龍門固定連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)利用軸向加載機(jī)構(gòu)、徑向加載機(jī)構(gòu)和測(cè)試系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸承結(jié)合部的靜、動(dòng)特性同時(shí)進(jìn)行研究，將靜動(dòng)特性的研究整合到一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。(2)實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)四種影響因素進(jìn)行研究，根據(jù)需要可以對(duì)影響因素及影響因素包含的情況進(jìn)行擴(kuò)增，平臺(tái)、加載機(jī)構(gòu)及測(cè)試系統(tǒng)不需改變，增加和改變軸承組件即可實(shí)現(xiàn)。(3)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)充分考慮了機(jī)床常用主軸軸承組件的結(jié)合面的存在形式和載荷的的作用形式，采用了合適的軸承組件裝配和加載機(jī)構(gòu)使試驗(yàn)臺(tái)上結(jié)合部和實(shí)際機(jī)床主軸軸承組件中軸承結(jié)合部工作狀況相一致。(4)利用該軸承結(jié)合部實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠獲取大量軸承結(jié)合面靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，以建立結(jié)合面特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫。對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)一步擬合，可以得到范圍內(nèi)任意尺寸、型號(hào)以及種類的軸承的特性參數(shù)。


圖1是本發(fā)明的的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的雙列面對(duì)面軸承組合時(shí)的軸承組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明軸向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明徑向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例1即軸承組件軸向加載時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例2即徑向加載時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式軸承組件1、軸向加載機(jī)構(gòu)4、徑向加載機(jī)構(gòu)2通過螺栓連接于帶有T型槽的平臺(tái) 3上。本發(fā)明軸承組件結(jié)構(gòu)是軸承105位于軸承座104中，軸102與軸承105轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸承內(nèi)圈隔套106、軸承外圈隔套107分別套接在軸的外部，軸承蓋101與軸承座固定連接，軸承蓋101與軸承座間有調(diào)整墊片103。本發(fā)明軸向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是，手柄一 401和螺帽一 403通過螺紋連接，螺帽一和軸向加載螺桿402通過圓柱銷一 404連接，軸向壓塊407與軸向加載螺桿端部固定連接，軸
4向加載螺桿與軸向?qū)?05轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸向?qū)着c軸向?qū)字?06固定連接。本發(fā)明徑向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是手柄二 201和螺帽二 203通過螺紋聯(lián)接，螺帽二和徑向加載螺桿207通過圓柱銷二 202聯(lián)接，徑向壓塊208與徑向加載螺桿207下端固定連接，徑向加載螺桿與徑向?qū)?05轉(zhuǎn)動(dòng)連接，徑向?qū)着c龍門204固定連接，徑向?qū)字?206套在徑向?qū)淄獠坎⑴c龍門固定連接。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的兩種實(shí)施例作進(jìn)一步詳述。實(shí)施例1
本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中軸向加載機(jī)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)如圖3所示，軸承組件 1的結(jié)構(gòu)如圖2所示，軸向加載機(jī)構(gòu)4和軸承組件1通過螺栓固結(jié)在平臺(tái)3上。手柄一 401 和螺帽一 403通過螺紋聯(lián)接，螺帽一 403和軸向加載螺桿402通過圓柱銷一 404聯(lián)接，作用于手柄一 401的扭轉(zhuǎn)力通過螺帽一 403傳給軸向加載螺桿402，軸向加載螺桿402沿螺紋滾道轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向移動(dòng)，軸向加載螺桿402的軸向移動(dòng)使其端部聯(lián)接的軸向壓塊407通過力傳感器5軸向壓緊軸承組件中軸102的端面，對(duì)軸承組件1施加軸向載荷，載荷值可通過聯(lián)接在壓塊407和軸102端面之間的力傳感器5測(cè)得；在加載力的作用下，軸承組件1的軸承 105產(chǎn)生軸向變形，變形量可由軸102另一端面的位移反映出來，通過激光干涉儀等測(cè)量系統(tǒng)可測(cè)得軸102端面的位移量，進(jìn)而得出軸承結(jié)合部的軸向變形，由加載力和軸向變形量可得軸承結(jié)合部的軸向剛度。實(shí)施例2
本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中徑向加載機(jī)構(gòu)2的結(jié)構(gòu)如圖4所示，軸承組件1 的結(jié)構(gòu)如圖2所示，兩個(gè)徑向加載機(jī)構(gòu)2和軸承組件1通過螺栓固結(jié)在平臺(tái)3上。龍門204 與徑向?qū)字?06，徑向?qū)字?06與徑向?qū)?05都是通過螺栓聯(lián)接，手柄二 201和螺帽二 203通過螺紋聯(lián)接，螺帽二 203和徑向加載螺桿207通過圓柱銷二 202聯(lián)接，作用于手柄二 201的扭轉(zhuǎn)力通過螺帽二 203傳給徑向加載螺桿207，徑向加載螺桿207沿螺紋滾道轉(zhuǎn)動(dòng)并軸向移動(dòng)，徑向加載螺桿207的軸向移動(dòng)使其端部聯(lián)接的徑向壓塊208通過力傳感器6軸向壓緊軸承組件中軸102的端部軸段的上切面，兩個(gè)徑向加載機(jī)構(gòu)在軸102的兩端同時(shí)對(duì)軸承組件1施加徑向載荷，載荷值可通過聯(lián)接在徑向壓塊208和軸102端面之間的力傳感器6測(cè)得；在加載力的作用下，軸承組件1的軸承105產(chǎn)生徑向變形，理論上軸本身的變形遠(yuǎn)小于軸承結(jié)合部的變形，故軸承結(jié)合部的變形量可由軸102端部軸段的下切面的位移反映出來，通過激光干涉儀等測(cè)量系統(tǒng)可測(cè)得軸102端部軸段下切面的位移量，進(jìn)而得出軸承結(jié)合部的徑向變形，由加載力和徑向變形量可得軸承結(jié)合部的徑向剛度。實(shí)驗(yàn)臺(tái)充分考慮了實(shí)際研究的數(shù)控機(jī)床主軸軸承結(jié)合面的情況，從中選擇了對(duì)軸承結(jié)合部影響較大的四種因素進(jìn)行研究，通過更換軸承組件來實(shí)現(xiàn)相關(guān)因素的改變，其它未考慮的因素都采用所研究的數(shù)控機(jī)床系列中一種最常用的情況；軸承組件和加載機(jī)構(gòu)都可通過螺栓聯(lián)接在帶有T型槽的平臺(tái)上，徑向加載機(jī)構(gòu)還可以通過龍門底面聯(lián)接的定位鍵在平臺(tái)T型槽內(nèi)滑動(dòng)；軸向加載機(jī)構(gòu)和徑向加載機(jī)構(gòu)對(duì)軸承組件進(jìn)行加載，通過力傳感器和位移傳感器分別測(cè)出軸向和徑向的加載力及軸承結(jié)合部的位移，進(jìn)而求出軸承結(jié)合部的靜剛度；對(duì)于軸承結(jié)合部的動(dòng)力學(xué)模型，是將軸承結(jié)合部視為整體，不考慮軸承質(zhì)量，即在軸和軸承座孔之間直接用若干剛度和阻尼連接；利用動(dòng)態(tài)測(cè)試設(shè)備對(duì)軸承組件進(jìn)行激振、 拾振、數(shù)據(jù)采集和處理以后得到軸承組件的模態(tài)參數(shù)，最后利用一定擬合方法求出軸承結(jié)合部的動(dòng)態(tài)剛度和阻尼；得到不同因素下軸承結(jié)合部的靜剛度、動(dòng)剛度和阻尼之后，即可分析不同的影響因素對(duì)軸承結(jié)合部特性的影響規(guī)律。 四種影響因素包括軸承內(nèi)徑、軸承組合方式、軸承接觸角和預(yù)緊力，實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過更換軸承組件對(duì)四種因素對(duì)軸承結(jié)合部靜動(dòng)特性的影響進(jìn)行研究；本實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)時(shí)用不同內(nèi)徑和不同接觸角的70系列角接觸球軸承進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，軸承內(nèi)徑取50、70、90、100、120、150六種，接觸角取15°、25°、30°三種，預(yù)緊力分輕、中、重三種，軸承組合方式有單列、雙列面對(duì)面、雙列背靠背、三列面對(duì)面、三列背靠背五種情況；不同內(nèi)徑軸承與不同的軸和軸承座配合，與其他一些輔助件組成不同的軸承組件，不同的軸承組件共用相同的軸向加載機(jī)構(gòu)和徑向加載機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種軸承結(jié)合部特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于軸承組件、軸向加載機(jī)構(gòu)、徑向加載機(jī)構(gòu)通過螺栓連接于帶有T型槽的平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承結(jié)合部特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于軸承組件結(jié)構(gòu)是軸承位于軸承座中，軸與軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，軸承內(nèi)圈隔套、軸承外圈隔套分別套接在軸的外部，軸承蓋與軸承座固定連接，軸承蓋與軸承座間有調(diào)整墊片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承結(jié)合部特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于軸向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是，手柄一和螺帽一通過螺紋連接，螺帽一和軸向加載螺桿通過圓柱銷一連接，軸向壓塊與軸向加載螺桿端部固定連接，軸向加載螺桿與軸向?qū)邹D(zhuǎn)動(dòng)連接，軸向?qū)着c軸向?qū)字喂潭ㄟB接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸承結(jié)合部特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于徑向加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是手柄二和螺帽二通過螺紋聯(lián)接，螺帽二和徑向加載螺桿通過圓柱銷二聯(lián)接，徑向壓塊與徑向加載螺桿下端固定連接，徑向加載螺桿與徑向?qū)邹D(zhuǎn)動(dòng)連接，徑向?qū)着c龍門固定連接，徑向?qū)字翁自趶较驅(qū)淄獠坎⑴c龍門固定連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸承結(jié)合部特性實(shí)驗(yàn)臺(tái)，屬于機(jī)械制造領(lǐng)域。軸承組件、軸向加載機(jī)構(gòu)和徑向加載機(jī)構(gòu)可以通過螺栓聯(lián)接在平臺(tái)上，其中徑向加載機(jī)構(gòu)還可以通過龍門底面聯(lián)接的定位鍵在平臺(tái)T型槽內(nèi)滑動(dòng)；軸承組件由軸承座、軸承、軸、隔套、軸承蓋等組成，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)軸承結(jié)合部特性的研究可以為精密機(jī)床開發(fā)中的CAE仿真分析提供參數(shù)支持，提高機(jī)床的開發(fā)效率，另外本實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)軸承結(jié)合部的研究方法可以擴(kuò)展到其它包含軸承組件的非機(jī)床領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01M13/04GK102279104SQ20111006205
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者冀世軍, 張曉星, 張雷, 方兵, 曲興田, 王昕 , 趙繼, 高林林 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)