湯潔，劉文勝，張培君

(1.國家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，河南 洛陽 471039；2.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；3.洛陽普瑞森精密軸承有限公司，河南 洛陽 471003)

1 國內(nèi)試驗機(jī)的發(fā)展及對比分析

1.1 第一種機(jī)型

國內(nèi)最早的滾動軸承疲勞壽命試驗機(jī)系前蘇聯(lián)引進(jìn)產(chǎn)品(簡稱為ΓΚБ系列)，采用剖分式試驗主體，被稱之為第一種機(jī)型，結(jié)構(gòu)如圖1所示。引進(jìn)消化吸收后，國內(nèi)長春第一汽車制造廠、石家莊軸承試驗機(jī)制造廠以及濟(jì)南試驗機(jī)制造廠先后生產(chǎn)出命名為ZS系列的軸承壽命試驗機(jī)，以滿足當(dāng)時國內(nèi)軸承生產(chǎn)企業(yè)軸承壽命試驗室的需求。同時，也為剛剛起步的國內(nèi)軸承壽命試驗積累了相當(dāng)?shù)脑囼灁?shù)據(jù)。

第一種機(jī)型試驗機(jī)由軸、徑向加載薄膜油缸、2個端承載體、中承載體和試驗主軸等組成。試驗主體部分組裝后裝配于上下剖分的主體底座內(nèi)，試驗主軸通過聯(lián)軸節(jié)和傳動主軸相連，傳動主軸的動力由電動機(jī)通過塔輪變速傳動。軸向及徑向加載薄膜油缸分別和手動增壓缸相連，靠旋轉(zhuǎn)推動手動增壓缸活塞獲得不同的壓力。此種試驗機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用極為普遍，為軸承工業(yè)的發(fā)展起到了不可磨滅的作用。

該試驗機(jī)的優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)簡單，容易保證試驗精度；傳動系統(tǒng)為皮帶傳動，塔輪調(diào)速，簡單方便；加載為手動增壓缸加載，節(jié)能；傳動主軸和試驗主軸通過聯(lián)軸節(jié)直接相連，結(jié)構(gòu)合理，容易實現(xiàn)高轉(zhuǎn)速。但不足之處為：轉(zhuǎn)速、載荷的調(diào)整，溫度數(shù)據(jù)的記錄和振動的檢測都依靠人工，試驗人員勞動強(qiáng)度大；傳動系統(tǒng)皮帶打滑容易發(fā)熱引起事故；加載油缸在試驗過程中由于泄漏造成壓力下降或由于發(fā)熱造成壓力上升需要人工調(diào)整，比較繁瑣；試驗主軸支點跨距不可大范圍調(diào)整，小規(guī)格軸承試驗支點跨距相對較大，無法實現(xiàn)大載荷試驗。

1.2 第二、三種機(jī)型

20世紀(jì)80年代中后期，兩種軸承疲勞壽命試驗機(jī)先后面世。一種是在前蘇聯(lián)引進(jìn)機(jī)型基礎(chǔ)上改進(jìn)的自動控制軸承疲勞壽命試驗機(jī)，稱之為第二種機(jī)型。該試驗機(jī)是在第一種機(jī)型的基礎(chǔ)上，將傳動塔輪改為同步齒形帶傳動，通過變頻電動機(jī)實現(xiàn)變頻調(diào)速控制，其加載系統(tǒng)壓力通過比例減壓閥自動控制。第二種機(jī)型的優(yōu)點除具有第一種機(jī)型的結(jié)構(gòu)簡單、合理，易于保證精度外，采用變頻調(diào)速可實現(xiàn)變速自動控制；載荷自動控制能夠?qū)崿F(xiàn)變載荷自動控制；轉(zhuǎn)速、載荷、溫度、振動等信號計算機(jī)自動檢測，報警自動停機(jī)并自動卸載，能夠做到無人值守自動運行。但缺點為：試驗主軸支點跨距不可大范圍調(diào)整，小規(guī)格軸承試驗支點跨距相對較大，無法實現(xiàn)大載荷試驗；加載電動機(jī)和主機(jī)同步運轉(zhuǎn)，發(fā)熱量大，不利于節(jié)能降噪；試驗時加載油缸橡皮膜一旦破裂，加載力基本消失，而試驗機(jī)無法發(fā)現(xiàn)，造成空載試驗運行；試驗裝置裝拆不便，且加工成本較高。

另一種是仿造的強(qiáng)化軸承疲勞壽命試驗機(jī)，主要指大載荷、低轉(zhuǎn)速的F&M 5型軸承壽命試驗機(jī)，國內(nèi)命名為ABLT系列疲勞壽命強(qiáng)化試驗機(jī)，稱之為第三種機(jī)型。該試驗機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用組合方箱主體，主體部分有軸、徑向加載薄膜油缸(徑向薄膜油缸未示出)，軸向加載板，端承載體，中承載體，試驗主軸等組成。試驗主軸通過中間傳動小方軸、聯(lián)軸節(jié)和傳動主軸相連，由電動機(jī)通過塔輪變速傳輸動力。加載油缸壓力由砝碼杠桿通過增壓缸獲得，加載系統(tǒng)壓力由電接點壓力表控制，在電接點壓力表調(diào)定范圍內(nèi)，加載電動機(jī)停止運行。與前兩種機(jī)型不同，第三種機(jī)型的端承載體及中承載體為外方內(nèi)圓結(jié)構(gòu)，軸向承載板和軸向加載板均為方平板，加工要求更加苛刻。若試驗軸承內(nèi)徑較小，可通過端承載體和軸向承載板之間加調(diào)節(jié)平板加以調(diào)整，縮小試驗軸承支承跨距。

1—軸向加載油缸；2—軸向加載板；3—端承載體；4—中承載體；5—試驗主軸；6—試驗軸承；7—軸向承載板；8—中間傳動小方軸；9—聯(lián)軸節(jié)；10—傳動主軸；11—塔輪

第三種機(jī)型的優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)簡單，試驗裝置裝拆方便；試驗主軸支點跨距可大范圍調(diào)整，小規(guī)格軸承試驗支點跨距相對較小，可以加大試驗載荷，實現(xiàn)強(qiáng)化試驗；加載系統(tǒng)壓力油泵開動時間較短，實現(xiàn)節(jié)能降噪；傳動系統(tǒng)為皮帶傳動，塔輪調(diào)速，簡單方便。但不足之處為：傳動主軸和試驗主軸通過中間小傳動方軸硬連接，無法實現(xiàn)高速試驗；載荷靠人工調(diào)整砝碼進(jìn)行，無法實現(xiàn)變載荷自動控制；載荷及轉(zhuǎn)速信號靠人工錄入計算機(jī)，不是實時數(shù)據(jù)；傳動系統(tǒng)為皮帶傳動，塔輪調(diào)速，無法實現(xiàn)自動控制；中間小傳動方軸磨損時易引起振動信號判斷失誤，造成誤報警；報警停機(jī)不會自動卸載。

目前，第一種機(jī)型國內(nèi)已不再生產(chǎn)，第二種機(jī)型主要應(yīng)用于航空高速性能試驗，第三種機(jī)型民用軸承試驗應(yīng)用較為普遍。

2 GQZS系列試驗機(jī)

軸承強(qiáng)化試驗可以極大提高試驗效率，縮短試驗時間。同時，隨著科技的發(fā)展，高速性能試驗更不可缺少。在上述3種機(jī)型的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出一種新型的軸承疲勞壽命強(qiáng)化試驗機(jī)，國內(nèi)命名為GQZS系列軸承疲勞壽命強(qiáng)化試驗機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1—軸向加載油缸；2—軸向加載板；3—端承載體；4—中承載體；5—試驗主軸；6—試驗軸承；7—軸向承載板；8—聯(lián)軸節(jié)；9—傳動主軸；10—同步帶輪

該試驗機(jī)采用組合方箱式結(jié)構(gòu)，試驗主體部分和第三種機(jī)型相似。組合方箱式結(jié)構(gòu)以經(jīng)過熱處理的高強(qiáng)度球墨鑄鐵為基體，可以長期保持高精度；內(nèi)襯為高硬度合金鋼板，可以避免裝拆試驗頭劃傷基體；傳動主軸殼體凸緣固定于側(cè)板上，并增加輔助支承(圖中未示出)，傳動主軸和試驗主軸采用柔性聯(lián)軸節(jié)直接相連，聯(lián)軸節(jié)隱藏于試驗主體內(nèi)；軸向承載板為上下剖分結(jié)構(gòu)，以利于安裝拆卸聯(lián)軸節(jié)。其加載系統(tǒng)在以往自動調(diào)壓的基礎(chǔ)上加上特制的保壓裝置，按控制精度為在控制壓力值×(1±2%)內(nèi)進(jìn)行保壓，保壓期間加載電動機(jī)停止運轉(zhuǎn)，節(jié)能降噪并省去降溫費用。穩(wěn)態(tài)情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)24 h保壓，達(dá)到節(jié)能降噪的目的，其加載保壓控制框圖如圖4所示。

圖4 GQZS系列試驗機(jī)加載保壓控制框圖

該試驗機(jī)具有以下特點：(1)試驗主軸支點跨距可大范圍調(diào)整，小規(guī)格軸承試驗支點跨距相對較小，可以加大試驗載荷，實現(xiàn)強(qiáng)化試驗；(2)試驗主軸和傳動主軸通過柔性聯(lián)軸節(jié)直接相連，可以實現(xiàn)輕載高速運行；(3)柔性聯(lián)軸節(jié)不影響試驗振動信號測試，使用壽命長；(4)試驗裝置易于設(shè)計加工，加工成本低，試驗裝置裝拆方便；(5)潤滑油路布置在水平面上，可以避免因上次軸承試驗失效造成的油路不暢影響下次軸承試驗的狀況；(6)主軸轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制且實時顯示，控制精度高，如載荷變化影響轉(zhuǎn)速變化，可以隨時反饋控制；(7)載荷閉環(huán)控制且實時顯示，可以根據(jù)載荷譜自動調(diào)整，載荷調(diào)整到位后，自動保壓，加載電動機(jī)停止運行，有利于節(jié)能降噪。且保壓時間長，穩(wěn)態(tài)下實現(xiàn)24 h連續(xù)控制精度保壓；(8)載荷和轉(zhuǎn)速可以完全按設(shè)定的載荷譜變載、變速自動運行；(9)報警停機(jī)自動卸荷；(10)傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，更換不同組、大小不同的同步帶輪，可在一定范圍內(nèi)變頻調(diào)速，充分發(fā)揮主電動機(jī)的扭矩，達(dá)到高速小扭矩或低速大扭矩的要求。主電動機(jī)功率小，節(jié)能；(11)所有顯示參數(shù)均為實時值(載荷和轉(zhuǎn)速另有設(shè)定值顯示)；(12)各種參數(shù)報警值設(shè)置合理，使試驗機(jī)達(dá)到完全自動控制；(13)除一般報警功能外，增加試驗機(jī)空載、空轉(zhuǎn)運行報警功能和潤滑不足報警功能，防止主機(jī)傳動主軸軸承及試驗軸承因潤滑不足而失效。

3 結(jié)束語

軸承疲勞壽命試驗機(jī)的進(jìn)一步研究開發(fā)包括快速失效診斷技術(shù)、分析技術(shù)、處理技術(shù)等，這些將是我國軸承行業(yè)試驗機(jī)研發(fā)的下一個重要課題。 同時，試驗技術(shù)的智能化和個性化，即根據(jù)特定的試驗條件，設(shè)定轉(zhuǎn)速譜和載荷譜等以滿足試驗要求；應(yīng)用人工智能和專家系統(tǒng)等知識庫技術(shù)來進(jìn)行智能化處理是軸承壽命試驗技術(shù)的發(fā)展方向。隨著科技的高速發(fā)展，試驗技術(shù)及試驗機(jī)的性能將會越來越高，必將對整個軸承工業(yè)起到強(qiáng)有力的推動作用。