阅读说明：本技术 一种滚动轴承预紧力精确加载系统及加载方法 (Rolling bearing pretightening force accurate loading system and loading method ) 是由 吴智恒 罗江龙 郭伟科 黄栋 毛璐瑶 陈启愉 张华伟 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种滚动轴承预紧力精确加载系统及加载方法。该加载系统包括等效装置、加载装置和应变采集装置；具体的加载方法是：先通过等效装置配合应变采集装置获得等效轴承在承受待加载预紧力后外圈的加载应变值；然后通过调节电流大小使两个导电环产生互相吸引的电磁力,牵引对应的轴承压环对两个待加载轴承的外圈施加预紧力。当施加的预紧力致使采集的待加载轴承外圈上应变数值与等效装置中获得的加载应变值在允许的精度区间内时,则完成轴承预紧力的加载。本发明可定量精准施加预紧力,操作过程中加载的预紧力大小调节方便,精度高。(The invention relates to a rolling bearing pretightening force accurate loading system and a loading method. The loading system comprises an equivalent device, a loading device and a strain acquisition device; the specific loading method comprises the following steps: firstly, obtaining a loading strain value of an outer ring of an equivalent bearing after bearing a to-be-loaded pretightening force through the cooperation of an equivalent device and a strain acquisition device; and then the two conducting rings generate mutually attracted electromagnetic force by adjusting the current, and the corresponding bearing compression rings are pulled to apply pretightening force to the outer rings of the two bearings to be loaded. And when the applied pretightening force causes the acquired strain value on the outer ring of the bearing to be loaded and the load strain value obtained in the equivalent device to be within an allowable precision range, the bearing pretightening force is loaded. The invention can quantitatively and accurately apply the pretightening force, and the pretightening force loaded in the operation process is convenient to adjust and has high precision.)

一种滚动轴承预紧力精确加载系统及加载方法

技术领域

本发明涉及轴承应用技术领域，涉及一种轴承的预紧力加载系统及方法。

背景技术

随着球轴承载荷的增加，变形率会逐渐减小。当作用的载荷超过载荷-位移曲线的拐点后，适当的预紧力将有利于减小轴承的位移。同时，对轴承施加预紧力可以避免轴承打滑，提高旋转、定位精度及减小振动噪音。但是，若轴承的预紧力过高则会导致轴承摩擦温升过高而造成早期失效。所以对轴承施加静确的预紧力将极大的提高轴承的性能和使用寿命。

工程上通常磨削轴承相对的两个端面，然后将轴承压紧在轴上。但是这种方法经验性强，操作复杂，并且预紧载荷难以控制，不能定量控制载荷。公告号为CN205978124U的专利中提出了一种通过轴套温升膨胀的方法施加轴承的预紧力，但是由于材料的温升膨胀为非线性，难以控制。公告号为CN110567626A的专利中借助有限元的思想计算变形量并进行预紧力的施加，但是有限元仿真对于材料参数和边界条件的要求较高，且计算结果相对于试验测试在准确度上有一定差距。也有部分学者利用振动信号进行监测来施加预紧力，但是干扰因素较多，不利于操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可定量精准施加预紧力的滚动轴承预紧力精确加载系统和方法。操作过程中加载的预紧力大小调节方便，精度高。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种滚动轴承预紧力精确加载系统，其特征在于：包括等效装置、加载装置和应变采集装置；所述等效装置包括固定底座、用于支撑等效轴承的支撑圆筒、托盘和放置在托盘上的砝码，支撑圆筒固定安装在固定底座上，支撑圆筒的内外径与等效轴承外圈的内外径大小相适应，托盘由用于放置所述砝码的盘体和固定在盘体底面上的支撑环构成，支撑环的内外径与等效轴承的内圈的内外径大小相适应；所述加载装置包括加载筒、用于安装加载筒的加载支撑座、穿过加载筒且用于安装两个待加载轴承的支撑轴和两组间隔设置在支撑轴上的加载组件，在支撑轴上位于两个待加载轴承之间的位置安装有一轴套，加载组件包括轴承压环、导电环和隔磁环，导电环、隔磁环与对应的待加载轴承设置在轴承压环内，且隔磁环位于导电环和对应的待加载轴承外圈之间，两组加载组件安装后对应的两个导电环相对设置；轴承压环由两个半环体组合构成，半环体包括半环圆周面、轴承外圈侧压面和导电环卡接面，导电环卡接面上均布开设有漏磁缺口，每个导电环分别与一可调电流的控制电路连接；加载筒套装在两个轴承压环上且在加载筒上开设有穿线窗口；所述应变采集装置包括应变采集仪和与应变采集仪连接的第一应变片及第二应变片，第一应变片、第二应变片分别粘贴在等效轴承和待加载轴承的外圈圆周面上。优选在外圈圆周面的中心位置，用于测量轴承外圈的周向应变。

进一步地，所述控制电路包括可调稳压电源、可调电阻、控制开关，所述可调稳压电源、可调电阻、所述导电环、控制开关连接形成电路回路。

进一步地，所述半环圆周面上均布设有多个应变片定位口，每个应变片定位口与一个所述第二应变片相对应，在所述半环圆周面内壁上开设有线槽。

进一步地，所述加载支撑座上开设有与所述加载筒下部相适应的卡槽。

进一步地，所述应变采集仪为多通道应变采集仪，所述第一应变片和第二应变片均设有多个。

本发明还公开一种利用上述滚动轴承预紧力精确加载系统的加载方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）选取一个与待加载轴承同型号的轴承作为等效轴承，等效轴承粘贴第一应变片后放置到支撑圆筒上，通过托盘及砝码施加待加载预紧力；并通过应变采集仪第一应变片的形变数据，获得等效轴承在承受待加载预紧力后外圈的加载应变值；（2）将2个待加载轴承安装在支撑轴上并完成加载装置的其他部件的安装；（3）接通两组导电环的电源，使两组导电环产生电磁力作用于待加载轴承外圈，观察应变采集仪监测的第二应变片的应变数值，并分别通过两组可调电流的控制电路调节电流，慢慢增大两个导电环的电磁力，使第二应变片的应变数值与步骤（1）中获得的加载应变值在允许的精度区间内，则完成预紧力的精确加载。

进一步地，所述步骤（1）中的第一应变片和步骤（3）中的第二应变片均设有多个，所述应变采集仪为多通道应变采集仪，多通道应变采集仪与一数据处理装置相连接，数据处理装置能分别计算并存储等效装置、加载装置测试得到的等效轴承应变均值与待加载轴承的应变均值，同时能判定是否满足精度的要求，其中，满足精度的指标为：

。

本发明的有益效果是：本发明可定量精准施加预紧力，操作过程中加载的预紧力大小调节方便，精度高。具体是：先通过等效装置配合应变采集装置获得等效轴承在承受待加载预紧力后外圈的加载应变值；然后通过调节电流大小使两个导电环产生互相吸引的电磁力 ，牵引对应的轴承压环对两个待加载轴承的外圈施加预紧力。当施加的预紧力致使采集的待加载轴承外圈上应变数值与等效装置中获得的加载应变值在允许的精度区间内时，则完成轴承预紧力的加载。

由于等效轴承与支撑轴承严格对照，不但避免预紧力传递中由于摩擦等因素的影响，而且电流可以进行精准的控制，所以可定量精准施加预紧力，且调节方便，精度高，可行性强。

本发明适用角接触球轴承等成对使用的同种类型轴承。通过控制两个导电环的电流方向可以产生吸力或斥力，可分别适用于两个轴承面对面、背靠背安装的两种方式，适用性强，加载简单易行，操作方便。

附图说明

图1 为本发明滚动轴承预紧力精确加载系统的方框示意图；

图2 为本发明中等效装置的立体示意图；

图3 为本发明中等效装置的剖面示意图；

图4 为本发明中加载装置的立体示意图；

图5 为图4的结构分解示意图；

图6为本发明中加载装置的俯视图；

图7为图6中A-A截面剖视图；

图8 为本发明中轴承压环的结构示意图；

图9 为本发明中导电环的控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体的说明。

如图1所示，本发明一种滚动轴承预紧力精确加载系统，包括等效装置1、加载装置2和应变采集装置3；所述应变采集装置3包括应变采集仪31和与应变采集仪31连接的第一应变片32及第二应变片33。优选的，所述应变采集仪为多通道应变采集仪，所述第一应变片32和第二应变片33均设有多个。

如图2、3所示，所述等效装置1包括固定底座11、用于支撑等效轴承12的支撑圆筒13、托盘14和放置在托盘上的砝码15。支撑圆筒13固定安装在固定底座11上。优选的，支撑圆筒13的内外径与等效轴承的外圈121的内外径大小相适应；托盘14由用于放置所述砝码的盘体141和固定在盘体底面上的支撑环142构成，支撑环142的内外径与等效轴承的内圈122的内外径大小相适应。第一应变片32粘贴在等效轴承的外圈121的圆周面的中心位置上。如此设计，等效轴承的外圈121刚好被支撑圆筒13支撑住，然后选择与待加载预紧力匹配的砝码15，放置到托盘14上，通过支撑环142将预紧力施加在等效轴承的内圈122上，能保证获取到精度高的加载应变值。

如图4-6所示，所述加载装置2包括加载筒21、用于安装加载筒的加载支撑座22、穿过加载筒且用于安装两个待加载轴承23的支撑轴24和两组间隔设置在支撑轴上的加载组件。在支撑轴24上位于两个待加载轴承23之间的位置安装有一轴套25，轴套25两侧分别与两个待加载轴承的内圈232接触。加载组件包括导电环26、隔磁环27和轴承压环28，导电环26、隔磁环27与对应的待加载轴承23设置在轴承压环28内，且隔磁环27位于导电环26和对应的待加载轴承外圈231之间。两组加载组件安装后对应的两个导电环26位于两个待加载轴承之间且相对设置。支撑轴24一端为轴肩241、另一端与一紧固螺母242螺纹连接，如此，两个待加载轴承23则限位固定在支撑轴24上。

如图7、8所示，轴承压环28由两个半环体组合构成，每个半环体包括半环圆周面281、轴承外圈侧压面282和导电环卡接面283，导电环卡接面283上均布开设有漏磁缺口284。优选的，在所述半环圆周面281上还均布设有多个应变片定位口285，在所述半环圆周面内壁上开设有线槽286，线槽286连通多个应变片定位口285。每个应变片定位口285对应的待加载轴承外圈上粘贴有一个所述第二应变片33，第二应变片33的引线则置于线槽286内，最后经由引线孔287穿出。每个半环体的中部靠导电环卡接面283一侧还开设有导电环电源线的引出缺口288。通过设置应变片定位口285，能够在待加载轴承外圈上做标记，然后再进行第二应变片33的粘贴，能保证应变片的均布设置。

每个导电环26分别与一可调电流的控制电路连接；具体的，所述控制电路可采用如下电路，如图9所示，其包括可调稳压电源291、可调电阻292、控制开关293，所述可调稳压电源291、可调电阻292、所述导电环26、控制开关294及保险丝295连接形成电路回路。如此，通过可调稳压电源291、可调电阻292的配合调节，能够改变通过导电环的电流大小，得到不同的电磁力，由于两个导电环26互相吸引，压紧轴承压环的导电环卡接面283，带动轴承压环的轴承外圈侧压面282挤压待加载轴承的外圈231，即对待加载轴承的外圈施加水平轴向预紧力，最后配合监测到的第二应变片的应变数值，完成预紧力的精准施加。

进一步的，如图5所示，所述加载筒21套装在两个轴承压环上且在加载筒21上开设有穿线窗口221。穿线窗口221可供第二应变片的引线及导电环的电线穿出。

具体的，所述加载支撑座22上开设有卡槽221，所述加载筒21的下部容纳在卡槽221内卡紧。

本发明还公开一种利用上述滚动轴承预紧力精确加载系统的加载方法，包括如下步骤：

（1）选取一个与待加载轴承同型号的轴承作为等效轴承，等效轴承粘贴第一应变片后放置到支撑圆筒上，通过托盘及砝码的重力对等效轴承的内圈施加待加载预紧力；并通过应变采集仪第一应变片的形变数据，获得等效轴承在承受待加载预紧力后外圈的加载应变值。其中，测试过程中等效装置各部件满足对应的水平精度和粗糙度要求。

（2）将2个待加载轴承面对面安装在支撑轴上并完成加载装置的其他部件的安装。

（3）接通两组导电环的电源，给两个导电环接入异向的初始电流，使两组导电环产生相吸电磁力，带动轴承压环挤压待加载轴承的外圈，同时观察应变采集仪监测的第二应变片的应变数值，并分别通过两组可调电流的控制电路调节电流，慢慢增大两个导电环的电磁力，使第二应变片的应变数值与步骤（1）中获得的加载应变值在允许的精度区间内，则完成预紧力的精确加载。

进一步地，所述步骤（1）中的第一应变片和步骤（3）中的第二应变片均设有多个，所述应变采集仪为多通道应变采集仪。具体的，步骤（1）中将多通道应变采集仪采集到的等效装置测试时的多个加载应变值通过电脑存储后并计算，得到等效轴承的应变均值。步骤（3）中将多通道应变采集仪采集到的加载装置测试时的多个应变数值通过电脑存储后并计算，得到待加载轴承的应变均值，当满足精度的要求时，停止实验。其中，满足精度的指标为：

。

其中，第一应变片32的数量为n个（n值根据轴承大小合理取值6-10），经应变采集仪31得到应变值：。通过数据处理装置记录，并计算等效轴承的应变均值：。

本实施力中，每个轴承压环28的半环体上均布5个应变片定位口，两个半环体组合成的轴承压环28具有10个应变片定位口，即在待加载轴承的外圈上粘贴有10个第二应变片。

当导电环通电施加水平预紧力时，通过应变检测仪检测待加载轴承的外圈上10个第二应变片的应变值，保存于数据处理装置中并计算出支撑轴承应变均值。通过控制电路中的可调的稳压电源291，及可变电阻292对电路中的电流进行调试进而控制预紧力的大小；电路中的保险丝30可以对电路进行保护，根据实际的需求可以选择合适的电源和电阻增加预紧力的上限。

另外，当2个待加载轴承工作环境需要背对背安装的，则上述加载方法中，在步骤（2）中对应将2个待加载轴承面对面安装在支撑轴上并完成加载装置的其他部件的安装。而步骤（3）中则是给两个导电环接入同向的初始电流，使两组导电环产生相斥的电磁力，作用到隔磁环上并传递给待加载轴承的外侧，背对背安装方式时预紧力的施加。

以上结合附图对实施方式进行了具体说明，但是本发明并不限于上述实施方式，该领域的技术人员可以在不违背该发明的宗旨下采用其他的实施方式。