陳后清，王芳，瞿慶春，李靳東，何峰濤

(洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

保持架作為軸承零件中傳統(tǒng)的“四大件”之一，除某些特殊設(shè)計(jì)的應(yīng)用場(chǎng)合外，其對(duì)于大多數(shù)的滾動(dòng)軸承都是不可或缺的。在軸承零件中，保持架具有把滾動(dòng)體均勻分隔，避免它們相互碰撞，并引導(dǎo)其正常運(yùn)動(dòng)、防止脫落和改善軸承內(nèi)部潤(rùn)滑等功能[1]。

滾動(dòng)軸承在工作中，尤其是在高溫高速下，保持架在慣性離心力的作用下加劇了與滾動(dòng)體和引導(dǎo)套圈之間的摩擦、磨損、碰撞及發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成保持架燒傷或斷裂，致使軸承不能正常工作。為找到在苛刻工況下軸承保持架合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)(保持架兜孔間隙、引導(dǎo)間隙及兩者之間的比值等)、制造生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)要素、軸承合套時(shí)合理的裝配游隙以及保證軸承裝機(jī)后長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)和方便維護(hù)的技術(shù)條件，為提高軸承產(chǎn)品的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性以及持續(xù)改善軸承產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平與產(chǎn)品質(zhì)量，為產(chǎn)品試驗(yàn)后的理論分析與設(shè)計(jì)參數(shù)糾偏提供可資借鑒的、真實(shí)有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研制開(kāi)發(fā)了一種高溫高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下軸承保持架動(dòng)態(tài)軌跡及滑動(dòng)比測(cè)試試驗(yàn)機(jī)。下文主要介紹了其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及被測(cè)軸承的裝機(jī)試驗(yàn)測(cè)試情況，簡(jiǎn)述了電氣控制及軟件系統(tǒng)。

1 主要技術(shù)參數(shù)

(1)測(cè)試范圍：?jiǎn)翁變?nèi)徑Φ50～120 mm的圓柱滾子軸承或深溝球軸承；

(2)轉(zhuǎn)速：600～12 000 r/min，穩(wěn)態(tài)誤差：±0.5%FS；

(3)載荷：徑向載荷為0～12 kN、軸向載荷為0～5 kN，穩(wěn)態(tài)誤差：±1%FS；

(4)加熱溫度范圍：室溫至100 ℃；

(5)保持架位移測(cè)量精度：測(cè)量誤差不大于0.001 mm；

(6)測(cè)量?jī)?nèi)容：軸承工作時(shí)實(shí)體保持架幾何中心在徑向平面內(nèi)的位移、保持架傾斜、質(zhì)心軸向位移和保持架轉(zhuǎn)速，測(cè)量均相對(duì)于固定套圈的幾何中心；

(7)測(cè)控方式：自動(dòng)控制/手動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行、自動(dòng)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

(8)測(cè)試參數(shù)：保持架相對(duì)于固定套圈(內(nèi)圈或外圈)的位移量及傾斜角、主軸轉(zhuǎn)速、保持架轉(zhuǎn)速、主機(jī)電流、被測(cè)軸承溫度、滑油入口溫度、主體振動(dòng)、徑向及軸向載荷。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)機(jī)由試驗(yàn)主體部件、電主軸驅(qū)動(dòng)及冷卻系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、電氣控制及軟件系統(tǒng)等組成。區(qū)別于常規(guī)壽命試驗(yàn)機(jī)，本機(jī)專門(mén)設(shè)計(jì)配置了一套電渦流位移傳感器測(cè)試標(biāo)定裝置。

被測(cè)軸承安裝于試驗(yàn)主體部件的試驗(yàn)頭工裝內(nèi)，電主軸使用聯(lián)軸器與試驗(yàn)軸系相連并可通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，冷卻水箱系統(tǒng)可為負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)的電主軸提供循環(huán)水冷卻；液壓加載系統(tǒng)通過(guò)手動(dòng)加載組件為被測(cè)軸承施加載荷，根據(jù)需要可單獨(dú)施加徑向或軸向載荷，亦可同時(shí)施加徑向、軸向聯(lián)合載荷；滑油系統(tǒng)為集中式循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，為被測(cè)軸承提供正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的滑油，并可根據(jù)試驗(yàn)需求靈活地控制滑油入口溫度；列管式水冷裝置則將冷卻至常溫的滑油提供給支承軸承和加載軸承，也可用于對(duì)從試驗(yàn)基體中泵送回來(lái)的高溫滑油進(jìn)行冷卻，保護(hù)密封元件；電氣控制與軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)機(jī)及其輔助系統(tǒng)的控制以及數(shù)據(jù)的采集、傳輸/反饋和實(shí)時(shí)顯示；電渦流位移傳感器測(cè)試標(biāo)定裝置則為原理性的測(cè)試試驗(yàn)提供原始數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建立擬合曲線方程，使電信號(hào)(電壓或電流)與測(cè)試所得的保持架位移之間建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系。試驗(yàn)機(jī)工作原理如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)機(jī)工作原理框圖

2.1 主體結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)主體部件為試驗(yàn)機(jī)的核心部件，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由試驗(yàn)頭組件(包括測(cè)試組件部分)、手動(dòng)徑向加載組件、手動(dòng)軸向加載組件、底座及左、右上蓋等組成?；w為剖分式鑄鐵件，分為底座與左、右上蓋3部分，便于裝拆；徑向、軸向加載組件為薄膜式油缸結(jié)構(gòu)，分別在壓力油液的作用下通過(guò)加載活塞向被測(cè)軸承施加徑向、軸向載荷；試驗(yàn)頭組件安裝在基體底座的半圓孔內(nèi)，上部由左、右上蓋通過(guò)螺釘壓緊固定[2]。

1—底座；2—軸向加載組件；3—試驗(yàn)頭組件；4—左上蓋；5—徑向加載組件；6—右上蓋；7—半聯(lián)軸器；8—振動(dòng)傳感器；9—溫度傳感器

基體左、右上蓋安裝了3只溫度傳感器(分別測(cè)試支承軸承、被測(cè)軸承及加載軸承的溫度)和1只振動(dòng)傳感器(測(cè)試主體振動(dòng))；電主軸后端蓋上安裝了1只速度傳感器測(cè)試電主軸速度。

2.1.1 試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)以滿足試驗(yàn)條件、測(cè)試工作安全可靠、測(cè)試件裝拆方便為設(shè)計(jì)原則，是試驗(yàn)機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)的核心部分之一。試驗(yàn)頭采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，便于模擬實(shí)際工況。圖3所示為某型號(hào)圓柱滾子軸承試驗(yàn)頭結(jié)構(gòu)，被測(cè)軸承位于左支撐處(測(cè)試不同型號(hào)的軸承時(shí)，亦可置于懸臂端)，右支撐選用深溝球軸承作為定位端，考慮到徑向、軸向聯(lián)合加載的需要，加載軸承選用深溝球軸承。

1—軸向加載套；2—徑向加載襯套；3—加載軸承；4—速度傳感器安裝端蓋；5—左襯套；6—速度傳感器；7—被測(cè)軸承；8—位移傳感器安裝支架；9—位移傳感器；10—主軸；11—右襯套；12—定位軸承

2.1.2 測(cè)試組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

測(cè)試組件是本機(jī)的核心部分，包括電渦流位移傳感器(以下簡(jiǎn)稱位移傳感器)安裝支架和速度傳感器安裝端蓋，合理的安裝結(jié)構(gòu)是保證正確、可靠試驗(yàn)的基本前提。

位移傳感器被安裝于支架的徑向及軸向平面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)保持架質(zhì)心動(dòng)態(tài)軌跡及傾斜角、歪斜角的測(cè)量。圖4為位移傳感器安裝支架示意圖。保持架在徑向x-y平面內(nèi)的動(dòng)態(tài)位移變化量由相互垂直的標(biāo)號(hào)為SQ3，SQ4的位移傳感器測(cè)出；而軸向平面則安裝了SQ1，SQ2和SQ5共3個(gè)位移傳感器用來(lái)測(cè)量保持架的傾斜角、歪斜角及質(zhì)心軸向位移。由于位移傳感器感應(yīng)面積較大，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)避免非測(cè)量的金屬材質(zhì)出現(xiàn)在位移傳感器的測(cè)量范圍內(nèi)，以免影響測(cè)量信號(hào)的采集。另外，當(dāng)一批位移傳感器一起使用時(shí)，應(yīng)避免傳感器安裝得太靠近，而且當(dāng)被測(cè)材料沒(méi)有足夠的尺寸、寬度不到傳感器探頭直徑的2倍、厚度不到1 mm時(shí)，采集得到的反應(yīng)曲線是虛假的、不真實(shí)的。

1—SQ3徑向位移傳感器；2—SQ5軸向位移傳感器；3—SQ4徑向位移傳感器；4—SQ2軸向位移傳感器；5—SQ1軸向位移傳感器；6—電渦流位移傳感器安裝支架

速度傳感器安裝端蓋的結(jié)構(gòu)如圖5所示，采用磁敏性的霍爾元件作為測(cè)速傳感器，并將其封裝在安裝端蓋中，端蓋的右端面壓住被測(cè)軸承外圈，將被測(cè)軸承定位在合適的測(cè)量位置上，霍爾元件的測(cè)量端置于黃銅制作的支架體中，3根傳輸線則由安裝端蓋上相鄰的溝槽引出；被感應(yīng)的磁性體則被均勻地鑲嵌到實(shí)體保持架的基準(zhǔn)面上，磁性體的被感應(yīng)面積應(yīng)綜合考慮保持架的實(shí)體尺寸、保持架轉(zhuǎn)速與安裝中心徑，控制占空比在合理的范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)速度失控現(xiàn)象。

圖5 霍爾元件安裝端蓋圖

由于整機(jī)測(cè)量精度要求較高且保持架的有效測(cè)量尺寸有限，故選取的位移傳感器測(cè)試量程較小。因此，位移傳感器的安裝準(zhǔn)確與否就關(guān)系到整個(gè)試驗(yàn)裝置的測(cè)量正確性及精度，安裝基準(zhǔn)的選取與調(diào)節(jié)測(cè)量距離的方式是整個(gè)試驗(yàn)裝置成敗的關(guān)鍵，圖6為被測(cè)軸承及位移傳感器安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

1—主軸；2—速度傳感器安裝端蓋；3—左襯套；4—試驗(yàn)軸承；5—位移傳感器安裝支架；6—位移傳感器

滾動(dòng)體及保持架在空間位置均有4個(gè)及以上的自由度，被測(cè)軸承的內(nèi)圈和外圈分別固定于試驗(yàn)主軸及左襯套上，并由電主軸拖動(dòng)試驗(yàn)軸系旋轉(zhuǎn)。位移傳感器安裝支架以圖3中左襯套右側(cè)小外徑止口(與被試軸承外圈安裝孔保證高度同軸)為基準(zhǔn)安裝，貼住右端面，用螺釘壓緊。工作中，由于保持架與滾動(dòng)體和引導(dǎo)套圈之間存在著摩擦、磨損和碰撞，產(chǎn)生的摩擦力和碰撞力對(duì)保持架的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性有很大的影響，所以在保證位移傳感器安裝在合理的測(cè)試量程內(nèi)、不致被旋轉(zhuǎn)的保持架損壞，同時(shí)也為保證測(cè)量的正確性(不會(huì)因?yàn)槲灰苽鞲衅髋c旋轉(zhuǎn)的保持架接觸，影響動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡而造成測(cè)量失敗)，本機(jī)采用兩種不同的調(diào)節(jié)位移傳感器測(cè)量位置的方式：一種是機(jī)械方式，以外圈內(nèi)徑為調(diào)節(jié)基準(zhǔn)(保持架外引導(dǎo))，借助于測(cè)量和安裝調(diào)節(jié)工具，首先將在徑向成90°角的2個(gè)位移傳感器的探頭到保持架徑向弧面的測(cè)量距離分別調(diào)整到大于保持架引導(dǎo)間隙與其自身測(cè)量上限范圍之間，用雙螺母和彈簧墊圈壓緊位移傳感器，然后將兩開(kāi)半的位移傳感器安裝支架裝配到測(cè)量位置上；軸向平面內(nèi)的3個(gè)位移傳感器則需在試驗(yàn)主體上調(diào)節(jié)，利用輔助工具穿過(guò)預(yù)制的對(duì)稱孔道消除保持架的兜孔間隙和被測(cè)軸承的軸向游隙，即將保持架推向遠(yuǎn)離位移傳感器探頭的另一側(cè)，位移傳感器的探頭到保持架端面的測(cè)量距離應(yīng)介于保持架兜孔間隙和軸向游隙之和與其自身測(cè)量范圍上限之間，此時(shí)測(cè)量距離則要通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)來(lái)確定，調(diào)整到位后需壓緊位移傳感器。通過(guò)旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)軸系可使保持架回復(fù)到自然位置；另一種方式是利用位移傳感器的數(shù)據(jù)放大與傳輸系統(tǒng)，將顯示在屏幕上的電信號(hào)(電壓信號(hào))與標(biāo)定的位移量相互對(duì)應(yīng)，找到合理的安裝位置。

上述安裝調(diào)節(jié)位移傳感器的方式都必須保證位移傳感器的測(cè)試量程大于被測(cè)軸承保持架的引導(dǎo)間隙(徑向測(cè)量)和保持架兜孔間隙與被測(cè)軸承軸向游隙之和(軸向測(cè)量)，兩種調(diào)節(jié)方式可以相互校正，從而保證位移傳感器安裝在正確、有效的測(cè)量位置上。

2.1.3 試驗(yàn)主軸的校核

主軸是整個(gè)試驗(yàn)軸系的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工及熱處理工藝、動(dòng)平衡等級(jí)的確定等因素都直接影響試驗(yàn)軸系的承載能力、受載變形量及運(yùn)行平穩(wěn)性。主軸在高溫、高速及聯(lián)合載荷下工作，要求有較高的旋轉(zhuǎn)精度，在保證主軸具有較高的形位公差精度值外，一般還需要按許用彎曲應(yīng)力(彎扭聯(lián)合強(qiáng)度條件)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的校核計(jì)算；另外，為避免高速主軸的諧振頻率接近其自身較低的固有頻率而產(chǎn)生共振，影響運(yùn)行平穩(wěn)性，還要對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性理論計(jì)算。

強(qiáng)度和剛度校核計(jì)算借助Solidworks軟件中自帶的COSMOSXpress計(jì)算工具進(jìn)行。

圖7為試驗(yàn)主軸在最大試驗(yàn)載荷條件下的應(yīng)力分析，最大彎曲應(yīng)力值σmax=34.61 MPa，軸的材料選用合金鋼，其許用彎曲應(yīng)力[σ-1]=75 MPa，則有σmax<[σ-1]，故試驗(yàn)主軸的強(qiáng)度滿足要求。

圖7 主軸的強(qiáng)度分析

圖8為試驗(yàn)主軸在最大試驗(yàn)載荷條件下的變形分析，最大彎曲變形為0.017 06 mm，對(duì)剛度要求較嚴(yán)的軸允許撓度為[3]

圖8 主軸剛度分析

[Ymax]=0.000 2×L=300=0.06 mm，

(1)

式中：L為主軸的跨距，mm?？芍囼?yàn)主軸的剛度滿足要求。

軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)便不穩(wěn)定而發(fā)生顯著的反復(fù)變形，這種現(xiàn)象稱為軸的振動(dòng)。如果繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，振動(dòng)就會(huì)衰減，運(yùn)轉(zhuǎn)又趨于平穩(wěn)，但是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到另一個(gè)較高的定值時(shí)，振動(dòng)又再次出現(xiàn)。發(fā)生顯著變形的轉(zhuǎn)速稱為軸的臨界轉(zhuǎn)速。同型振動(dòng)的臨界轉(zhuǎn)速可以有幾個(gè)，最低的一個(gè)叫做第一階臨界轉(zhuǎn)速。軸的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速，否則將發(fā)生共振現(xiàn)象而使軸遭到破壞[3]。本機(jī)按照工作轉(zhuǎn)速低于第一階臨界轉(zhuǎn)速ncr1的剛性軸進(jìn)行理論計(jì)算，第一階臨界轉(zhuǎn)速為[4]

(2)

式中：λ1為外伸端系數(shù)，查表取λ1=15.22；d為軸的直徑，mm；W0為軸的自重，N，對(duì)空心軸W0=60.5×10-6d2L(1-a2)；L為軸的全長(zhǎng)，mm；l0為支撐間距離，mm；Wi為支撐間第i個(gè)圓盤(pán)重力，N；ai，bi為支撐間第i個(gè)圓盤(pán)至左、右支撐間的距離，mm；Gj為外伸端第i個(gè)圓盤(pán)重力，N；cj為外伸端第i個(gè)圓盤(pán)至支撐間的距離，mm。

計(jì)算得ncr1=36 787.1 r/min。其工作轉(zhuǎn)速一般取n<0.75ncr1=27 590.3 r/min。可知試驗(yàn)主軸在27 590.3 r/min以下工作是可靠的。

2.2 電主軸驅(qū)動(dòng)及冷卻系統(tǒng)

電主軸驅(qū)動(dòng)及冷卻系統(tǒng)由智能型變頻器、電主軸、三聯(lián)件、冷卻水箱系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，主要負(fù)責(zé)拖動(dòng)試驗(yàn)軸系運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的大小由速度傳感器采集并傳輸給工業(yè)計(jì)算機(jī)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.3 液壓加載系統(tǒng)

液壓加載系統(tǒng)原理圖如圖9所示，由手動(dòng)加壓裝置輸出的壓力油經(jīng)壓力管路、閥塊，分成獨(dú)立的2路分別進(jìn)入2個(gè)薄膜油缸，在壓力油液的作用下推動(dòng)薄膜油缸活塞向試驗(yàn)軸承施加載荷，一路為軸向載荷，另一路為徑向載荷。

1—手動(dòng)液壓缸；2—壓力表；3—壓力表開(kāi)關(guān)；4—壓力傳感器

2.4 滑油系統(tǒng)

試驗(yàn)滑油系統(tǒng)是試驗(yàn)機(jī)的一個(gè)重要組成部分，用于對(duì)被測(cè)軸承、支承軸承和加載軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，滑油系統(tǒng)原理如圖10所示。本系統(tǒng)不僅能提供常溫潤(rùn)滑，還能根據(jù)需要為試驗(yàn)軸承提供不大于100 ℃的高溫潤(rùn)滑，加熱控制原理如圖11所示?；拖到y(tǒng)油溫控制，采用計(jì)算機(jī)或人工提供參數(shù)給XL4智能PID控制儀，智能儀控制固態(tài)繼電器的通斷，使電加熱元件工作。溫度傳感器測(cè)出溫度信號(hào)反饋給智能儀進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，從而形成對(duì)溫度的閉環(huán)控制。

1—Ⅰ#油箱；2—Ⅱ#油箱；3—回油泵；4—供油泵；5—溢流閥；6—回油濾油器；7—供油濾油器；8—冷卻器；9—溫度傳感器；10—壓力傳感器

圖11 加熱控制原理

供油泵將Ⅰ#油箱的油經(jīng)過(guò)溢流閥、濾油器送入Ⅱ#油箱，再通過(guò)管路、噴嘴送至潤(rùn)滑點(diǎn)。在封閉的試驗(yàn)主體部件基體一側(cè)，裝有回油接頭，經(jīng)回油泵將油液抽回到Ⅰ#油箱。為保護(hù)回油泵，在管路上設(shè)置了冷卻器和濾油器。

2.5 測(cè)試標(biāo)定裝置

測(cè)試標(biāo)定裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿調(diào)整標(biāo)定材料(鑲嵌在轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿的中心位置處)與被標(biāo)定傳感器的距離，千分表可以準(zhǔn)確地顯示位移量，觀察位移量與傳感器的輸出電信號(hào)(電壓信號(hào)),并進(jìn)行對(duì)應(yīng)記錄，根據(jù)記錄做出電壓-位移曲線，在位移傳感器測(cè)量范圍內(nèi)選出電壓-位移曲線線性好的區(qū)間，借助于Labview或CurveExpert軟件擬合出該區(qū)間的曲線方程，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)位移傳感器的標(biāo)定，并以此作為原始數(shù)據(jù)。測(cè)試標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)如圖12所示。

1—位移傳感器；2—標(biāo)定材料；3—加熱箱；4—轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿；5—千分表

亦可將標(biāo)定裝置的一側(cè)置于加熱箱中，用于標(biāo)定不同環(huán)境溫度下的位移變化量與傳感器的輸出電信號(hào)，并與在室溫下標(biāo)定出的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行類(lèi)比，建立求解方程，擬出溫漂系數(shù)給予必要的補(bǔ)償，從而修正數(shù)據(jù)輸出。另外，在徑向也可以采用差動(dòng)測(cè)量的方式，即在徑向圓周均布4個(gè)位移傳感器，在位移傳感器工作溫度不太高時(shí)，可直接消除傳感器溫漂引起的測(cè)量誤差[5]。這種測(cè)量方式需要使用的傳感器數(shù)量較多，對(duì)結(jié)構(gòu)空間的要求也較高。

2.6 電氣控制與軟件系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)試驗(yàn)主軸的驅(qū)動(dòng)，保持架動(dòng)態(tài)軌跡位移傳感器的輸出，試驗(yàn)主體振動(dòng)，試驗(yàn)軸承溫度，油箱進(jìn)、出口溫度，試驗(yàn)潤(rùn)滑供、回油電動(dòng)機(jī)，液壓加載壓力值等參數(shù)的測(cè)試工作。

監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件采用基于Windows操作平臺(tái)下的Borland C++Builder編程工具來(lái)完成。其操作界面如圖13所示，控制流程如圖14所示。

圖13 軟件操作界面

圖14 軟件控制流程圖

3 調(diào)試及驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 電渦流位移傳感器數(shù)據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)

采用同一個(gè)位移傳感器對(duì)相同基體但不同表面材質(zhì)的硅青銅保持架(是否有電鍍層)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定和比較分析，取部分?jǐn)?shù)據(jù)，有、無(wú)電鍍層的位移-電壓信號(hào)曲線如圖15所示。

圖15 硅青銅保持架位移-電壓信號(hào)曲線

采用同一個(gè)位移傳感器對(duì)相同材質(zhì)的硅青銅保持架在不同的溫度下進(jìn)行模擬溫升和傳感器溫度特性測(cè)試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果的部分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表1，曲線特性如圖16所示。

表1 位移傳感器溫度特性標(biāo)定部分?jǐn)?shù)據(jù)

圖16 位移傳感器溫度特性曲線(上方為模擬溫升后的特性曲線)

3.2 保持架動(dòng)態(tài)軌跡及滑動(dòng)比試驗(yàn)

動(dòng)態(tài)軌跡測(cè)試與滑動(dòng)比測(cè)試為相互獨(dú)立的測(cè)量系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需要同時(shí)或分別進(jìn)行相關(guān)測(cè)試工作。本機(jī)同時(shí)進(jìn)行了兩者的測(cè)試，保持架的動(dòng)態(tài)軌跡曲線間隔一定的時(shí)間自動(dòng)存儲(chǔ)；滑動(dòng)比則通過(guò)測(cè)控系統(tǒng)將保持架實(shí)際轉(zhuǎn)速傳輸給控制軟件，經(jīng)軟件計(jì)算后輸出，直接顯示在控制軟件界面上。被測(cè)軸承外圈固定、內(nèi)圈隨軸旋轉(zhuǎn)及流體動(dòng)力潤(rùn)滑工況下的滑動(dòng)比為[6]

(3)

式中：Ωm為實(shí)測(cè)的保持架轉(zhuǎn)速，r/min；Ωmt為無(wú)打滑時(shí)保持架轉(zhuǎn)速，r/min。

分別在同載不同速和同速不同載兩種狀況下進(jìn)行了保持架動(dòng)態(tài)軌跡驗(yàn)證試驗(yàn)，限于篇幅只列出前者的試驗(yàn)過(guò)程。同載不同速工況下(工況1，2)保持架動(dòng)態(tài)軌跡(包括徑向質(zhì)心位移、傾斜角、歪斜角及軸向質(zhì)心位移曲線)如圖17～圖19所示。一般認(rèn)為保持架在高速輕載的工況下會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，而圖17c和圖17d為高速工況下的保持架質(zhì)心位移曲線，載荷也做出了相應(yīng)的增減，具體試驗(yàn)工況列于表2。

圖17 保持架徑向質(zhì)心位移曲線(mm)

圖18 保持架傾斜角及歪斜角曲線

圖19 保持架軸向質(zhì)心位移曲線

表2 同載不同速試驗(yàn)時(shí)的工況

4 結(jié)論

(1)由位移傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)及位移-電壓曲線可知，不同材質(zhì)(包括表面是否有電鍍層)的保持架位移-電壓輸出特性曲線有著非常明顯的不同；工作溫度的高低及其分布對(duì)位移檢測(cè)系統(tǒng)中傳感器的溫度特性有很大影響，進(jìn)而影響到位移檢測(cè)的精度。電渦流位移傳感器安裝組件位于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫升較高的殼體內(nèi)部，因此其溫度漂移問(wèn)題應(yīng)當(dāng)引起重視；另外，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，假定室溫不變的前提下，觀察其零點(diǎn)輸出的變化情況，當(dāng)變化趨于穩(wěn)定后才可以正式使用。

(2)分別在同載不同速和同速不同載兩種工況下對(duì)保持架徑向質(zhì)心位移、傾斜角和歪斜角以及軸向質(zhì)心位移進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，基本與目前已有的成熟理論相吻合。另外，還進(jìn)行了在高溫、高速工況下的試驗(yàn)驗(yàn)證，該試驗(yàn)機(jī)均能準(zhǔn)確可靠地完成驗(yàn)證工作，為軸承產(chǎn)品質(zhì)量水平的提高提供有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。