轴承试验台

滚动轴承试验台总体方案设计

1、轴承试验台作用与设计要求

实验台作用：在轴承产品开发阶段，轴承试验主要是针对轴承结构的试验，看试验产品能否满足使用工况要求；产品定型后，轴承试验的主要目的就是对轴承质量进行考核，鉴别轴承产品的质量等级，促进质量的提高，从而找到轴承结构、材料、制造工艺等某些环节存在的问题，进而加以控制。

试验台的设计要求：

一般情况下，滚动轴承实验台应具有如下设计要求：1）必须易于拆卸，能对轴承的不同故障类型进行监测；2）试验台必须能够改变轴承所受轴向力和径向力的大小，以方便研究轴承在不同载荷作用下的运行状态；3）轴承转速应可调；4）试验台的设计必须方便的安装各种传感装置；5）试验台的扩展性也应考虑。

2、轴承试验台具体设计方案

轴承试验系统应该包括机械装置、液压部分、控制系统、以及测试系统四部分组成。

2.1轴承试验机机械装置设计

设计机械结构时主要考虑问题：1）轴承如何在轴上固定，以保证方便的施加轴向和径向载荷；2）整个试验台采用何种布置形式，如卧室还是立式；3）如何实现试验机对尽可能多的不同种类轴承（如轴承内径不同、型号不同等）进行试验；4）轴的设计。

围绕以上几个关键问题，讨论试验机机械结构总体设计。

1）轴承在轴上的安装方式

为了方便施加轴向和径向力，轴承的安装方式如下图1所示。之所以考虑把轴承安装在轴端，一方面便于轴承安装与固定，另一方面由于试验机要适用于不同内径的轴承，因此不同内径轴承只需跟换与之相配合的轴端就可以，不需要改变试验机的其他结构，降低试验机制造成本，拓宽了使用范围。

图1 轴承的安装方式

2）试验台的布置形式

目前，轴承试验台的总体布置可分为卧式与立式两种，其中卧式结构占绝大多数。如下图2所示铁路轴承试验台，即为典型的卧式结构。

图2 铁路轴承试验台

而对于轴承尺寸较大时，则采用立式结构；有时确定试验台布置形式时，还需要综合考虑加载装置布置，轴承在轴上的安装方式以及监测装置布置等因素。如下图3所示为斯凯孚公司研制的一款轴承振动测试机，其结构即为立式结构。又如图4所示，其为某转盘轴承试验台，由于轴承尺寸大，重量大，为方便轴承拆装，也采用立式结构。

图3 MUV150A型轴承噪声与振动测试机图4 某主转盘轴承试验台

具体到本试验台，由于轴承安装在轴端位置，若采用卧式结构，则转轴处于悬臂状态；当轴承较重，转速较高时，将会产生较大的离心力，影响装置的稳定性，并对支撑轴承有较高的要求。且相对于立式结构，卧式结构加载装置布置相对较复杂。因此综合各方面因素考虑，初步决定本试验台采用立式结构布置。

3）实现对不同内径轴承的监测

轴承内径不同，与轴承配合的轴的直径也将不同。显然，每次试验不同内径的轴承都更换不同尺寸的转轴是不现实的。为此，考虑将与轴承连接部分轴端做成可更换式结构，即试验台的动力输出结构不变，转轴不做更换，轴端部分与轴连接，不同尺寸轴承只需更换不同轴端，大大降低试验台成本。具体轴端与轴的连接方式有如下几种方案：

a.采用联轴器连接。即采用通用联轴器将轴端与轴连接在一起，结构简图如下图5所示。

图5 采用联轴器连接结构

采用联轴器连接的优点是联轴器可以选择标准件，轴端结构简单，连接可靠。但采用联轴器连接会增大轴悬臂部分尺寸和重量，造成轴悬伸部分加长，可能会导致运转不稳定。

b.轴端与轴直接连接。结构如下图6所示。这样的结构相对来说轴端结构更为紧凑，悬伸较小，装配简单可靠。缺点是轴端结构相对复杂，制造成本增大。

图6轴端与轴直接连接结构图

4）轴的设计

由于该试验台为通用试验台，因此轴的设计应按最大载荷，最恶劣工作条件来设计。这样的话，轴径势必会加大，轴的重量及转动惯量也随之增大。这就导致电机的负载增大，而且在高速运转时稳定性差，影响试验台监测。

因此，在轴的设计时考虑采用空心轴结构。在保证轴的承载能力的前提下，尽量减轻轴的重量。

基于以上几点进行试验台的机械结构设计，总体结构图如下图7所示。

图7 轴部分总体结构图