滚动轴承疲劳寿命试验台的设计
滚动轴承疲劳寿命试验台[实用新型专利]
![滚动轴承疲劳寿命试验台[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e270362b974bcf84b9d528ea81c758f5f61f2920.png)
(10)授权公告号(45)授权公告日 (21)申请号 201520544772.1(22)申请日 2015.07.26G01M 13/04(2006.01)(73)专利权人华东交通大学地址330013 江西省南昌市昌北经济技术开发区双港东大道808号(72)发明人张龙 胡俊锋 熊国良(54)实用新型名称滚动轴承疲劳寿命试验台(57)摘要本实用新型公开一种滚动轴承疲劳寿命试验台，属于故障检测技术领域。
本实用新型为滚动轴承性能退化评估研究提供一个有效的试验验证平台。
驱动电机安装于试验台架下方，通过V 带驱动传动轴旋转，主系统固定于试验台架上方，加载装置安置于主系统上方，通过砝码-杠杆进行加载。
本实用新型可对单套或多套滚动轴承进行疲劳寿命试验，且可针对性地对各套滚动轴承分别施加不同压力。
加载装置采用砝码-杠杆形式，将载荷等比例增加且载荷值稳定不变，易于操作与控制。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 204944839 U 2016.01.06C N 204944839U1.一种滚动轴承疲劳寿命试验台，其特征在于：该试验台包括驱动电机，主系统，试验台架及加载装置;驱动电机安装于试验台架的下部，主系统位于试验台架上部;驱动电机主轴上大带轮与主系统中小带轮通过V带连接传动;加载装置通过试验台架上的杠杆安装位铰接，与主系统上测试轴承座面接触并施加载荷。
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承疲劳寿命试验台，其特征在于：所述大带轮与小带轮直径比为1.7:1，为增速过程。
3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承疲劳寿命试验台，其特征在于：所述主系统包含传动轴及输出轴，均通过2个支撑轴承座安装于试验台架上;两者通过凸缘联轴器连接传动;每个支撑轴座底部设有导向槽，通过导向螺栓可限定支撑轴承座的轴向位置;支撑轴承座两侧均安装有调节装置，其上调节螺栓对支撑轴承座的径向位置进行调节，进而调控主系统安装位置;导向螺栓与调节螺栓的双向操作可消除主系统上轴心不对中现象。
滚动轴承故障模拟实验台设计方案
滚动轴承故障模拟实验台设计方案一．课题简介：结合旋转机械故障模拟实验台的结构特点,进行滚动轴承故障模拟实验台和试件的结构设计,并对各个组件进行详细的功用分析.二．课题准备：1．滚动轴承的结构：滚动轴承由套圈（内圈和外圈）、滚动体（球或滚子）以及保持架构成。
即：相对的两个套圈之间放置若干个滚动体，通过保持架使滚动体保持一定间隔，进行滚动运动。
滚动体的形状，除球之外，还有圆柱滚子、滚针、圆锥滚子以及鼓形球面滚子。
从几何学讲，滚动体与内外圈滚道是点（球）或线（滚子）接触。
滚动体在内外圈滚动面上进行滚动运动，并公转。
滚动体与套圈是以其滚道面的接触面支撑轴承所承担的负荷。
保持架并不直接承受负荷，只是用以保持滚动体的正确位置及等间距，同时防止安装轴承时滚动体脱落。
2．滚动轴承的分类：滚动轴承按滚动体形状可大致分为：球轴承和滚子轴承。
球轴承按套圈结构可分为：深沟球轴承、向心推力球轴承、推力球轴承等；滚子轴承按滚子形状可分为：圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、自动调心滚子轴承等。
此外，按承受负荷方向可分为：承受径向负荷的向心轴承和承受轴向负荷的推力轴承。
（其他分类方法暂不列举）3．滚动轴承的安装：轴承的安装是否正确，影响着精度、寿命、性能。
因此，设计及组装部门对于轴承的安装要充分研究。
希望要按照作业标准进行安装。
作业标准的项目通常如下：（1）清洗轴承及轴承关连部件（2）检查关连部件的尺寸及精加工情况（3）安装（4）安装好轴承后的检查（5）供给润滑剂这些也是造成轴承故障的原因。
三．课题研究（滚动轴承常见故障及原因分析）：1.故障形式（1）轴承转动困难、发热；（2）轴承运转有异声；（3）轴承产生振动；（4）内座圈剥落、开裂；（5）外座圈剥落、开裂；（6）轴承滚道和滚动体产生压痕。
2.故障原因分析（1）由于装配前的检查不仔细，轴承在装配前未先清洗并认真检查轴承的内外座圈、滚动体和保持架，导致有生锈、毛刺、碰伤和裂纹；未检查轴承间隙是否合适，转动是否轻快自如，有无突然卡止的现象；同时检查轴径和轴承座孔的尺寸、圆度和圆柱度及其表面是否有毛刺或凹凸不平等。
滚动轴承疲劳寿命及可靠性强化试验技术现状及发展
滚动轴承疲劳寿命及可靠性强化试验技术现状及发展滚动轴承是广泛应用的重要机械基础件，其质量的好坏直接影响到主机性能的优劣，而轴承的寿命则是轴承质量的综合反映，在中国轴承行业“十一五”发展规划中，重点要求开展提高滚动轴承寿命和可靠性工程技术攻关。
低载荷、高转速的传统轴承寿命试验方法周期长、费用高且试验结果的可靠性差，而强化试验则在保持接触疲劳失效机理一致的前提下，大大地缩短试验时间，降低了试验成本，从而加快了产品的开发周期和改进步伐，因此轴承寿命强化试验受到越来越多的关注、研究和应用。
轴承快速寿命试验包含了比轴承寿命强化试验更为广泛的内涵，它不仅在寿命试验方面，而且在寿命试验的设计，寿命数据的处理、分析，寿命的预测评估，轴承失效的快速诊断、分析、处理等系统技术方面具有更新更广的内容。
轴承寿命理论的现状及发展早在1939年，Weibull提出滚动轴承的疲劳寿命服从某一概率分布，这就是后来以其名字命名的Weibull分布，认为疲劳裂纹产生于滚动表面下最大剪切应力处，扩展到表面，产生疲劳剥落，Weibull给出了生存概率S与表面下最大剪切应力τ、应力循环次数N和受应力体积V的关系：（1）瑞典科学家Palmgren经过数十年的数据积累，于1947年和Lundberg一起提出了滚动轴承的载荷容量理论，又经过五年的试验研究，该理论才得以完善。
该理论认为接触表面下平行于滚动方向的最大交变剪切应力决定着疲劳裂纹的发生，考虑到材料冶炼质量对寿命的影响，同时指出：应力循环次数越多、受力体积越大，则材料的疲劳破坏概率就越大，提出了统计处理接触疲劳问题的指数方程：（2）式中 S——轴承使用寿命τ0——最大动态剪切应力振幅z0——最大动态剪切应力所在的深度c、e、h——待定指数，由轴承试验数据确定V——受应力体积N——应力循环次数，以万次计经过推导和大量轴承试验数据分析，获得Lundberg-Palmgren额定寿命计算公式：(3)式中 L10 ——基本额定寿命，百万转Cr ——基本额定动载荷，NP ——当量动载荷，Nε——寿命指数，球轴承取3，滚子轴承取10/3该公式1962年已由ISO列为推荐标准，并于1977年修正为正式的国际标准ISO 281/1－1977。
轴承滚子四线摩擦副滚动接触疲劳寿命试验台架设计
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通 常要求 滚 动接 触疲 劳 寿 命试 验 机 具 有一 些
特殊 的性能 ， 以达 到对 滚动疲劳寿命 较精确 的测 量。每次试验时试验机都要作长 时间的运转， 这 就要求试 验机 在无人监 控时 ， 其试验参数 （ 如载
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传动轴(等速万向节)扭转疲劳试验台方案
传动轴（等速万向节)扭转疲劳试验台技术方案一、功能：本试验台可进行各种轴类、杆件的动态扭转疲劳试验及静态扭转刚性、强度试验。
适用于汽车传动轴、等速万向节、球笼、汽车半轴、汽车驱动桥壳等零部件的扭转疲劳及静扭转性能试验。
动态扭转可实现对称循环和非对称循环疲劳试验。
并可模拟等速万向节实际工矿下（装车状态）的动态扭转疲劳试验，工件安装角度可以360°自由旋转.试验时计算机按设定的参数控制试验台自动进行。
屏幕显示扭矩值、转角值、摆动频率、摆动振幅、循环次数和加载波形等，到达设定次数，自动停机并打印试验结果。
试验台具有电机过载、试验扭矩、转角超载保护停机、油温过高、滤油器堵等报警防护功能.二、设备构成:传动轴（等速万向节)扭转疲劳试验台主要由主机台架系统、液压加载系统、伺服控制系统、强电控制系统、计算机数据处理系统、专用夹具等部分组成。
●主机：本机采用台架式结构,驱动系统、固定夹具、活动支撑等全部固定在试验平台上,它们的安装由工艺保证，试验台的驱动部分和测量（扭矩传感器，扭角传感器）部分都安装在驱动台座中，由旋转作动器（摆动油缸)通过扭矩传感器对试件施加扭矩的大小直接由扭矩传感器测量并输出给计算机,而转角则通过光电编码器测量输出脉冲信号给计算机.主机台架上装有动、静态双向高精度扭矩传感器。
旋转伺服作动器（加载执行元件）上装有电液伺服阀用于主控制。
同轴安装高分辨率光电角度传感器。
以此来实现扭矩及角度的测量。
●液压系统:液压油源泵机组采用电机加变量柱塞泵构成，系统压力通过溢流阀设定，输出到系统的压力油经过了小于6μm过滤精度的过滤器的过滤，保证电液伺服阀安全可靠的进行工作.回油过滤器对回到油箱的液压油进行过滤，保证油箱中液压油的清洁。
在输送到作动器的进、回油路上装有蓄能器，减小液压冲击对试验的影响。
油源的冷却采用传统的循环水冷却方式，选用高效率的热交换元件，使液压油的工作温度能够保证在其正常工作范围.（水源用户自备，入口温度不超过30℃)●伺服控制系统：本测控系统采用动态电液伺服控制技术，实现全数字闭环控制，主要测量通道采用交流放大器、宽范围、不分档,连续全程测量，采用大规模可编程门阵列（FPGA）硬件实时跟踪、积分累加原理（∑—Δ)并采用同步采集、及数据预处理。
滑动轴承试验台设计全解
目录摘要： ......................................................... - 1 - Abstract: ...................................................... - 2 - 1 绪论 ......................................................... - 3 -1.1 选题的背景和意义........................................ - 3 -1.2 滑动轴承试验台的研究现状................................ - 4 -1.3 设计的主要内容及要求.................................... - 6 -1.3.1 被测轴承的尺寸..................................... - 6 -1.3.2 测试条件........................................... - 6 -1.3.3 测试对象........................................... - 6 -2 滑动轴承的作用机理及相关参数估算 ............................. - 7 -2.1 滑动轴承动压形成的基本原理.............................. - 7 -2.2 滑动轴承试验台相关参数的估算............................ - 8 -2.2.1燃油泵滑动轴承的相关参数估算....................... - 8 -2.2.2 试验台摩擦转矩的估算............................... - 9 -3 滑动轴承试验台的设计 ........................................ - 10 -3.1 试验台总体布局及设计................................... - 10 -3.1.1 驱动系统.......................................... - 11 -3.1.2 润滑系统.......................................... - 11 -3.1.3 加载系统.......................................... - 12 -3.1.4 测量系统.......................................... - 12 -3.2 试验台主体台架及相关零件的设计......................... - 12 -3.2.1 支撑轴承座的设计.................................. - 13 -3.2.2 主轴的设计........................................ - 14 -3.2.3 联轴器的设计...................................... - 17 -3.2.4 油封设计：...................................... - 17 -3.3 驱动系统设计........................................... - 18 -3.3.1 变频电机的选择.................................... - 18 -3.3.2 变频器的选择...................................... - 20 -3.3.3 增速齿轮箱的设计.................................. - 20 -3.3.4 联轴器的选择...................................... - 22 -3.4 润滑系统设计........................................... - 23 -3.3.1 燃油泵中滑动轴承的润滑机理........................ - 23 -3.3.2 润滑系统原理...................................... - 24 -3.3.3 润滑系统液压泵的设计和选型........................ - 26 -3.3.4 液压泵驱动电机的选择.............................. - 27 -3.3.5 比例溢流阀的选择.................................. - 27 -3.3.6 比例流量阀的选择.................................. - 28 -3.4 加载系统设计........................................... - 29 -3.4.1 加载方案的选择.................................... - 29 -3.4.2 液压加载系统的原理................................ - 30 -3.4.3 液压系统主要元件的设计............................ - 32 -3.4.4 加载系统机构的设计................................ - 36 -3.5 测量系统设计........................................... - 37 -3.5.1 油膜压力分布的测量................................ - 37 -3.5.2 油膜温度分布的测量................................ - 40 -3.5.3 轴心轨迹测量...................................... - 41 -3.5.4 摩擦力矩测量...................................... - 42 -3.5.5 集流器的设计...................................... - 42 - 总结 .......................................................... - 44 - 致谢 .......................................................... - 45 - [参考文献] .................................................... - 46 -燃油泵滑动轴承试验台设计摘要：滑动轴承试验台通过模拟滑动轴承的工作情况，测试滑动轴承的各项性能参数，为分析影响滑动轴承润滑性能的因素，改善滑动轴承的润滑条件，优化轴承设计和延长轴承寿命等有重要作用。
轴承寿命试验
实验一：滚动轴承疲劳寿命一、实验目的1.了解影响轴疲劳承寿命的影响因素2.了解实验的原理及试验方法二、实验设备ABLT-1A型轴承寿命强化试验机三、实验原理及方法ABLT-1A型轴承寿命强化试验机适用于内径为10-60mm的滚动轴承寿命强化实验。
该试验机主要由实验头、实验头座、传动系统、加载系统、润滑系统、电器控制系统、计算机监控系统等部分组成。
实验头装在实验头座内。
传动系统传递电机的运动，使试验轴按一定转速旋转。
加载系统提供试验所需的的载荷。
润滑系统使实验轴承在正常情况下充分润滑进行实验。
电气控制系统提供电气和动力保护，控制电机和液压油缸等的动作。
计算机记录试验温度和振动信息，监控机器的运行情况。
强化是在保持滚动轴承接触疲劳失效机理一致的前提下被实验的轴承上所加的当量动载荷应接近或达到额定动载荷C的一半，以达到缩短试验周期的目的。
实验轴承外圈温度自动显示，试验时间自动累计显示，疲劳剥落自动停机，用工控机将实验结果每隔一定时间将寿命实验通过时间、振动、温度自动打印一份。
主要技术指标：实验轴承类型：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、汽车水泵轴连轴承和汽车轮毂轴承。
实验轴承内径：Φ10-60mm实验轴承数量：2-4套最大径向载荷：25KN/100KN最大轴向载荷：50KN试验轴承转速：1000-10000r/min（有级可调）供电电源：380v 50hz 三相功率：约4.5KW环境温度：5-40 ℃四、实验步骤1.在同一批同型号经检验合格的的产品中随机轴承实验样品在同一批同型号经检验合格的的产品中随机轴承实验样品，每批轴承必须在同一结构的试验机，在相同实验条件下进行试验。
2.在样品内外套圈非基准端面上逐套编号。
3.试验主体组装：试验主体是指主轴，承载体，左右衬套，左右法兰盘，拆卸环，左右锁紧螺母，承载轴承实验轴承等。
各零部件要清洗干净。
严格按照标准和图样要求组装。
4.在压装轴承时只允许内圈受力，压装后手感检查每套轴承是否旋转灵活。
滚针轴承使用寿命的研究设计
理论上IKO滚针轴承CF10BUURM的使用寿命20000~80000小时，但是，实际的寿命取决于许多因素——过早的轴承失效会导致代价高额的设备停工，有时甚至还会导致更严重的后果。
令人满意的IKO滚针轴承使用寿命始于正确的轴承选择。从一开始，轴承设计师通过为不同应用选择正确的轴承来延长轴承使用寿命和设备性能。这个过程要考虑许多因素，例如载荷、硬度、轴承寿命预测、运行环境等等。
摘 要
滚动轴承的寿命定义为从轴承开始工作到轴承滚道轮或滚动体的表面，因疲劳最先出现表面剥落的总转数（或者在一定转数下的总旋转时间）。但是，即使尺寸、结构、材料、热处理完全相同条件的轴承运行时，寿命也会有所不同，不是一定的。这是因为材料的疲劳限度本身就存在差异。
这正文中我们将从设计入手，以CF10BUURM螺栓轴承为例。通过对外圈、螺栓轴、保持架的设计与研究与CNC编程探索IKO轴承的秘密。在尺寸精度上，将尺寸控制在公差范围内，保证滚针轴承转动时游隙和摩擦系数。
在这里我们主要讨论的是标准凸轮从动轴承CF。CF10BUURM,这里的10是代表尺寸，也就是杆端直径的大小。B代表的是杆端顶部带六角孔。UU代表的轴承带密封圈密封，R是指外圈外径面是球面。M这里代表细牙螺纹。
这个轴承可以分为外圈、螺栓轴、密封垫片、侧板、保持架、滚针、螺母七个部分，其中螺母是标准件，不需设计其他的我们将在正文中一一计算与设计。其中外圈和螺栓轴将进行数控车编程。
We also need to consider somethings ,such asstoring it in a professional room,surface cleaning, bearing selection, the preparation before installation, installation and dismantlementcarefully , and correct lubrication.
小型滚动轴承疲劳寿命试验机
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图 ５ 试 验 中 期振 动 信 号 表 ３ 验 证 试 验 结 果
图 ３ 测 控 系统 原 理 图
３ 试 验机 验证 试 验 对 研 制 的小 型滚动 轴 承疲 劳寿命 试 验机 进行 可靠 性
试 验 机测控 系统 包 括 基 于 ＬａｂＶＩＥＷ 的 数 据 采 集 系 统 和控 制 系统 。数 据采集 系统通 过振 动加 速度 传感 器 拾 取 表征 试 验轴 承 和试 验机 状 态 的振 动 信 号 ；使 用 电磁 计 数 器拾 取试 验 轴承 已经运 行 的 寿命 ；使 用 力 传 感 器 拾 取 试验过程 中加载力 的实时数据。通 过数据采集卡 以及 ＬａｂＶＩＥＷ 程 序对 振 动信 号进 行 采 集 和处 理 ，并实 时 显 示 和存储 ，以监测 、判 断试 验 轴承 的疲 劳损 坏与 否 以及试 验 机 的运 行 状况 。控 制 系统 主要通 过 电磁继 电器 的状态 切 换 实现 轴 承损坏 时的 自动停 机控 制 。 图 ３所示 为测 控 系 统 原理 图
试 验来 验 证试 验机 的性 能 。利 用 自动测 控 系统 测得 的振 动信 号来识别试验轴承 的状态 以及试 验机是 否有部件 发生 失效 ，若发生失效 ，则根据设定 的判定条件立 即停止试验 。
本文 所使 用 的测 试 对象 均 由某 外 资 企 业 提 供 ，轴 承 生产 厂 家为浙 江 省慈 溪 市 龙 贝 轴 承有 限公 司 ，精度 等级 为 Ｐ５级 ，验 证数 量 为 ５套 。轴 承技 术 条 件 如 表 １所 示 ， 验证 工况 如表 ２所 示 。
滚动接触疲劳试验机技术简介
GPM-30微机控制滚动接触疲劳试验台1、产品外观及主要用途济南益华技术简介本试验台用于模拟轴承、轮箍、轧辊等滚动接触零件工况的失效试验，将一恒定的载荷施加于滚动或滚动加滑动接触的试样，使其接触表面受到循环接触应力的作用。
通过控制和改变负荷、速度、滑差率、时间、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度等参数的情况下进行测试，以评定试样材料的综合使用性能。
满足标准GB10622-89金属材料滚动接触疲劳试验方法要求。
2、基本结构及原理试验台主要由主机、静压作动器、油源、电器测控系统、软件部分、电脑及辅件等组成。
2.1试验台主机采用卧式框架结构。
机电一体。
主机主要由机架、主动运动机构、陪试运动机构、试验力加载机构、试验参数测量部分、试件副盘部分、辅件部分等组成：机架。
主要由机架、工作台、支架、运动连接机构、底板等部分组成。
机架由工程钢整体焊接，各部分紧固的安装在一起。
机架满足结构空间和试验刚性要求，稳定可靠。
主动运动部分。
此部分卧式安装于主机工作台之上，伺服电机驱动主动轴带动主试件做旋转运动，其间串联动态扭矩传感器和弹性联轴器。
试验过程中恒扭矩输出，旋转速度无级可调，试验过程稳定、控制精度高。
陪试运动部分。
伺服电机驱动，通过同步圆弧齿型带传递带动传动轴以及陪试主轴同步旋转，传动轴通过轴承座体固定于工作台上，陪试主轴安装于杠杆保持架一端，杠杆保持架可以传动轴为支点做杠杆运动以施加试验力。
伺服控制系统调控试验转速。
主动和陪试双伺服电机控制，可获得宽范围的滑差率。
试验力加载机构。
采用液压作动器加载机构，位于主机下部，由静压油源和作动器组成，并具有长时保压调节功能。
试验时油缸活塞向上推动杠杆保持架一端，则另一端陪试主轴带动陪试件施加向下的压力于主动轴连接的主试件。
主、陪试件之间可产生最大试验力30kN，油压传感器测量试验负荷。
液压站和作动器特殊设计制造，整个加载试验过程平稳、可靠。
试验参数测量部分。
采用油压传感器测量试验负荷，串联于主动轴上的扭矩传感器动态测量试验扭矩。
轮对轴承跑合试验台技术部分
1 技术条件1.1 适用范围主要适用于主要应用于轨道车辆转向架制造、检修时轮对轴承组装完成后的轮对轴承跑合试验，是检查轮对轴承组装质量的主要工艺手段和设备。
本试验台为具有轮对轴承正反转跑合、轮对轴承温升监控等功能的综合试验台。
1.2 适用环境环境温度：-20℃～+55℃海拔高度：≤2000m相对湿度：≤80％使用电源：AC380V±10%，50Hz1.3 设备的基本要求1.3.1 设备的总体要求1.3.1.1 该设备可应用于轮对滚动轴承跑合作业。
1.3.1.2 该设备为离线停留式1.3.1.3 该设备关键部件材质均采用国内外业界著名厂商生产的合格产品，性能指标都达到或者超过相关标准的要求。
1.3.1.4 该设备具备的功能：●能对轮对轴承进行跑合试验。
●可输入轮对轴号。
●有软起动、变速、制动功能。
●摩擦压力、制动力可调。
●跑合作业时间可调。
●每端两点远红外测温。
●超温报警。
●转速可测。
●计算机显示屏显示检测数据并存储，可随时输出。
●能自动判别跑合是否合格。
●基础数据长期存储和恢复功能。
●遇见紧急情况时设备具有急停功能。
1.3.1.5 该设备是完整的、全新的，并且具有合理的结构、高的稳定性、可靠性和耐久性，具有足够的刚度和强度，程序简单易懂，操作、维修方便。
1.3.1.6 该设备设有安全保护联锁装置和短路、断路及漏电保护装置，停电或意外停机时的保护装置。
具有完善、可靠的联锁、安全保护和故障报警等功能。
1.3.1.7 该设备的零部件选用优质材料制造，所选用的机械、液压、电气元器件和控制系统是先进的、优质的、可靠的系列产品。
1.3.1.8 提供该设备必要的易耗品和备件，所需数量应满足两年的正常使用。
1.3.2 选用材料的技术要求该设备及工装的零部件所用材料的牌号符合图纸所规定的牌号，符合GB1591-88、GB699-88、GB700-88之规定，进厂原材料有质量合格证件，属国家大型钢铁企业的产品。
滚动轴承疲劳寿命试验台的设计
第1章绪论1.1课题研究的目的和意义滚动轴承是机器运转中重要的零部件，是旋转结构中的重要组成部分之一，具有承受载荷和传递动运动的作用。
可是，滚动轴承是机器运转时主要故障来源之一，有数据结果分析表明：旋转机器中有35%的故障都与轴承的失效相关，轴承能够使用多久和可靠性的大小直接影响到机器系统的整体性能。
为此在对轴承的加速老化试验和加速寿命试验，对于研究轴承的故障演变规律和失效原理有着很重要的意义。
在20世纪前期，Lundberg和Palmgren对5210的滚动轴承做了很多试验，根据1400多套滚子轴承、球轴承的寿命试验结果，在Weibull分布理论的基础上，通过研究得到了寿命与负载的方程式，称为L-P公式。
伴随我国轴承制造技术的不断发展，轴承的几何结构和制造精度得到了相当高的提升和改进。
目前，在市场上有几百种不一样型号的滚动轴承。
现在的5210轴承钢的材料和制造精度比以前的要好，而且现在在材料的选择上已近不局限于轴承钢。
现在生产轴承的原料包括合金钢，陶瓷，轴承钢和塑料等。
为此，为了评估新材料的处理工艺，新材料和新几何结构的滚动轴承的磨损寿命，还得对滚动轴承做疲劳寿命试验。
另外由于加工技术的提高和材料科学的发展，使用时润滑条件的改善，轴承能够使用的时间越来越长。
来自工业和武器等方面的需求也助推了滚动轴承箱相当好的方向发展。
比如发电设备，排水设备等要求轴承工作时间连续不间断的十几二十几的小时不间断的无故障运行10000-20000个小时，折算一下相当于与连续工作11-22年并且中间没有出现任何故障，即使是电动工具、一般机械和家用电器等对寿命的要求相对较低的使用场景也要求轴承无故障的间断或不间断的工作4000-8000小时。
因此，在很多情况下，研究轴承的寿命必须利用加速疲劳寿命试验方法来获得轴承在高应力的疲劳寿命，并且通过加速实验的结果来估计不一样应力水平下的疲劳寿命，以减少试验时的成本和时间。
1.2 国内疲劳试验台的现状国内最早的疲劳寿命试验平台产品都是从前苏联引进，采用剖分式试验主体，在国内称之为第一种机型。
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第1章绪论1.1课题研究的目的和意义滚动轴承是机器运转中重要的零部件，是旋转结构中的重要组成部分之一，具有承受载荷和传递动运动的作用。
可是，滚动轴承是机器运转时主要故障来源之一，有数据结果分析表明：旋转机器中有35%的故障都及轴承的失效相关，轴承能够使用多久和可靠性的大小直接影响到机器系统的整体性能。
为此在对轴承的加速老化试验和加速寿命试验，对于研究轴承的故障演变规律和失效原理有着很重要的意义。
在20世纪前期，Lundberg和Palmgren对5210的滚动轴承做了很多试验，根据1400多套滚子轴承、球轴承的寿命试验结果，在Weibull分布理论的基础上，通过研究得到了寿命及负载的方程式，称为L-P公式。
伴随我国轴承制造技术的不断发展，轴承的几何结构和制造精度得到了相当高的提升和改进。
目前，在市场上有几百种不一样型号的滚动轴承。
现在的5210轴承钢的材料和制造精度比以前的要好，而且现在在材料的选择上已近不局限于轴承钢。
现在生产轴承的原料包括合金钢，陶瓷，轴承钢和塑料等。
为此，为了评估新材料的处理工艺，新材料和新几何结构的滚动轴承的磨损寿命，还得对滚动轴承做疲劳寿命试验。
另外由于加工技术的提高和材料科学的发展，使用时润滑条件的改善，轴承能够使用的时间越来越长。
来自工业和武器等方面的需求也助推了滚动轴承箱相当好的方向发展。
比如发电设备，排水设备等要求轴承工作时间连续不间断的十几二十几的小时不间断的无故障运行10000-20000个小时，折算一下相当于及连续工作11-22年并且中间没有出现任何故障，即使是电动工具、一般机械和家用电器等对寿命的要求相对较低的使用场景也要求轴承无故障的间断或不间断的工作4000-8000小时。
因此，在很多情况下，研究轴承的寿命必须利用加速疲劳寿命试验方法来获得轴承在高应力的疲劳寿命，并且通过加速实验的结果来估计不一样应力水平下的疲劳寿命，以减少试验时的成本和时间。
1.2 国内疲劳试验台的现状国内最早的疲劳寿命试验平台产品都是从前苏联引进，采用剖分式试验主体，在国内称之为第一种机型。
经过改造，在我国重要的轴承试验台生产厂先后制造出了名为ZS系列的轴承寿命试验台，以满足当下我国轴承生产公司对轴承使用时间的要求，以此，同时为刚刚开始不久的我国轴承疲劳寿命试验累积了一定的试验参考依据。
第一个试验台机型结构包括径向加载油缸、轴、中承载体、2个端承载体和试验主轴。
试验台的主要结构拼接后安装在主体被剖分了的底座内，试验主轴由联轴器和传动主轴连接，传动主轴的动力经过带轮靠电机带动变速传动。
竖向和横向的施加载荷的油缸依次同手动加压缸结合，利用扭转促使手动加压缸活塞得到不一样的压力。
这种试验台在我国使用比较广泛，为轴承制造业的进步发挥了很大的作用。
这种试验台的优点在于：容易保障试验精度，结构简单；传动结构是皮带传动，由带轮来改变速度，结构单一；加载是手动加压缸增加压力，能量消耗少；试验主轴和传动主轴由联轴器连接在一起，布局正当，容易获得高速转动，可是不好的地方：载荷和转速的调整，温度数据的采录和检测振动都是要人工操作，试验员工作量较大；传动结构的皮带易打滑易发热而造成危险；加压油缸在试验时容易泄露从而引起压力不足或发热引起压力变高时必须人为的更改，小轴承试验支撑之间的距离比较大，不能实现较大载荷实验。
1.3 我校实验室的试验台情况之前设计的试验台如图1-1，这个试验台结构包括主实验结构、固定框架、径向加压结构和驱动电机，驱动电机安装在固定的机架下面，主结构安装于机架的上面。
主实验结构由主轴、被测轴承和支撑轴承构成。
支撑轴承安置在主轴的中心位置，试验轴承安置在主轴的一端，驱动电机由同步带带着主轴旋转，径向加载依靠液压泵提供载荷，安装在支架的底下。
通过控制液压泵对被测轴承施加径向压力。
这个试验台采用的是液压加载，有利于加载载荷大小的控制，主轴和电动机通过带传动，能够实现过载保护，主轴和被测轴承之间用锥形结构连接，一边实现轴承的快换。
图1-1滚动轴承试验台1、驱动电机2、同步带3、主轴4、支撑轴承的安装位5、支撑轴承6、支撑轴承的安装位7、螺栓8、轴套9、温度传感器10、加速度传感器11、被测轴承座12、被测轴承13、锥型套14、轴承端盖15、固定框架16、液压缸17、上输油管18、下输油管19、二通阀20、压力表21、液压泵22、支撑轴承图1-2试验台布局图图 1-3 试验台受力图如上图在实验的过程中，由于受力不平衡造成了一个弯矩使支撑轴承出现偏移，支撑轴承的外圈出现过度磨损。
这可能是由于布局的不规范和设计的不合理导致试验台的寿命过短，没有起到很大的实际作用，而且又要长时间的不间断工作，导致液压加载系统漏油，不能施加稳定的载荷，是实验的结果得不到很好的保证。
1.4 本文研究的内容本文主要研究内容如下：（1）研究并确定轴承试验台的总体设计思路。
（2）试验台结构设计：包括支撑轴承的选用，主轴设计、传动轴设计、带及带轮的设计并完成试验台的PRO/E三维造型。
（3）加载方式设计：确定施加载荷的形式、设计施加载荷方案、绘制原理图。
（4）建立主轴的力学模型，来校验试验台的设计是不是合理，满足设计的要求。
第2章试验台总体方案设计滚动轴承试验台应该包括机械系统、传动系统、加载系统及辅助设备。
机械系统由试验部分、支撑部分及传动部分组成。
2.1 轴承概况滚动轴承通常包括外圈、内圈、滚动体及保持架。
在特殊情况时，可以没有外圈和内圈，由其他相应的零部件替代。
为了需要，有的轴承装有防尘套、安设调节用的紧定套和密封圈。
2.1.1 套圈轴承的内圈一般装配在轴上，和轴一起转动。
轴承外圈一般装在机壳或轴承座内起支撑作用，有些轴承是内圈固定起支撑作用，外圈转动。
比如汽车轮毂轴承。
如图2-1所示。
a)深沟球轴承内圈b)深沟球轴承外圈图2-1 轴承内外圈2.1.2 滚动体滚动轴承中滚动体是绝对少不了的零件，只有通过滚动体才能形成滚动摩擦。
滚动体的类型有圆柱滚子、钢球、圆锥滚子、滚针和球面滚子。
圆柱滚子可以分为空心圆柱滚子、长圆柱滚子和端圆柱滚子；球面滚子可以分为非球面滚子和球面滚子。
滚顶体是数量及体积能够影响到轴承的承载能力。
图2-2是滚动轴承的滚动体。
a)钢球b)圆柱滚子和滚针c)球面滚子d）圆锥滚子图 2-2 滚动体2.1.3 保持架保持架的功用是将轴承里面的滚动体依次按比例的分离，使滚动体及内圈或外圈独立组成组合件，使滚动体在轨道上的运动时是正确的，能够提高轴承里面的润滑和载荷分配能力。
附带保持架的轴承摩擦小，更多用于高速旋转的情况下。
保持架有两种，一种是实体保持架，另一种是冲压保持架。
实体保持架通常用压铸、车制、注塑等方法制成。
冲压保持架通过金属板材的冲压形成，结构有冠形、浪形、和窗形。
保持架的原料一般有铜铝合金、铸铁、钢和工程塑料等。
图 2-3为普通滚动体保持架。
图 2-3 保持架2.1.4 密封圈和防尘盖密封圈的作用是将轴承内部和外界隔离开来，对滚动体、滚道和保持架形成封闭的环形罩。
一部分可以装配在轴承的支撑部位上，另一部分固定在垫圈或套圈上，也可以直接装配在轴承上。
结构有两类，一类是接触式，另一类是非接触式密封。
接触式密封的轴承和密封圈接触，封闭效果良好，但是摩擦力矩比较大，温度升高较快；非接触式密封采用的是小缝隙的封闭方式，摩擦小，因此温度升高较慢而且没有磨损，比较适合于高速转动。
密封圈的取材一般为橡胶。
2.2 被测轴承的参数被测轴承参数表如下表2-1所示。
被测轴承模型如图2-4。
表2-1 6205滚动轴承参数表内径mm外径mm宽度mm基本额定动载荷KN/基本额定静载荷KN/最大工作转速min/r25 52 15 14.0 7.88 12000图 2-4 6205滚动轴承2.3 实验室电机参数实验室电机数据表如下表2-2所示。
电机模型如图2-5。
表 2-2 Y系列电动机技术数据电动机型号额定功率KW/满载转速（min/r）堵转转矩最大转矩质量kg/额定转矩额定转矩同步转速3000r/min，2极Y80M1-2 0.75 2825 2.2 2.3 16图 2-5 Y80M1-2电机2.4 试验台方案设计及选用轴承试验台的机械部分重要组成结构包括：试验台支架、加载结构、传动体系、实验主轴等其他辅助设备等。
轴承试验台方案一如下图2-6所示：1、试验轴承2、试验轴2、支撑轴承4、支撑轴承5、联轴器6、电机图 2-6 试验台方案一由图2-6 所示，试验台选用了卧式的布局，主轴由两个滚动轴承支撑，左端装上被测的实验轴承，右端及联轴器连接，联轴器和电机连接。
主轴只做旋转运动，不直接加载任何压力，载荷加载在试验轴承的外圈上，试验轴承可以更换。
动力由电机通过联轴器传递给主轴。
加载方式通过杠杆施加径向载荷。
受力分析如下图2-7所示：试验主轴左端受向下的径向力，由两个支撑轴承提供两个相反的支反力。
由于电机转动，试验主轴同时也受到由联轴器传过来的扭矩。
通过分析可知，试验主轴受到的弯矩不平衡，试验主轴有向左下方倾斜的趋势，这不利于试验正常的运行，会缩短试验台的寿命，使试验结果得不到很好的保证，所以此方案不过合理。
图 2-7 试验主轴受力分析图轴承试验台方案二如下图2-8所示：图 2-8 试验台方案二如上图所示，试验台采用的也是卧式结构，主要由试验部分和传动部分构成。
试验主轴被两个滚动轴承支撑，左右两端各装配了一个试验轴承。
试验主轴和传动轴通过联轴器连接来传递运动，传动轴也由一对滚动轴承支撑着，中间通过键槽装配一个带轮，带轮经由皮带及电动机上的带轮相连，从而传递运动。
试验主轴和传动轴没有直接施加任何压力，压力通过杠杆加载在试验轴承的外圈上，载荷为径向载荷，试验轴承能够替换。
试验主轴受力如下图2-9所示：图 2-9 试验主轴受力图由上试验主轴受力图可知，试验主轴两端受到相同的向下的压力，中间由一对滚动轴承提供了两个支反力。
试验主轴由于通过传动轴来获得动力，所以所受扭矩主要由传动轴来承受，试验主轴几乎不受任何扭矩影响。
所以方案二的有点在于：试验主轴受力分布较合理，没有向任何方向倾斜的趋势，带轮传动能够起到良好的过载保护。
经过反复研究和讨论，选用第二类方案。
PRO/E三维造型如下图2-10所示。
图 2-10 试验台传动结构模型2.5 试验台的测试系统试验台的测试结构由数据收集部分和数据分析部分组成。
数据收集部分由加速传感器和温度传感器两部分构成；加速度传感器和温度传感器安装在试验轴承箱上，通过数据线将加速度传感器和温度传感器分别及加速度和温度数据采集系统相连接，通过数据线将加速度和温度数据采集系统和电脑计算机输入接口连接，从而获得加速度信号和温度信号。
2.6 加载结构的确定滚动轴承试验台的实际要求是要完成在被试轴承施加径向压力4KN，径向压力的方向竖直向下，压力稳定不变。