尹廷林，谷春華，姬戰(zhàn)國，王暖春

(中機試驗裝備股份有限公司，吉林 長春 130103)

1 引 言

目前，我國關節(jié)軸承壽命試驗機有了一定的發(fā)展，一般都為液壓加載，精度尚可，但使用成本極高，且液壓泄漏是很難避免的，因此容易造成實驗室環(huán)境污染。基于此，依據關節(jié)軸承制造廠家提出的技術參數和試驗方法，研制了杠桿砝碼加載的恒載荷關節(jié)軸承壽命試驗機，目前已研制成功幾種規(guī)格，均已交付用戶，運行良好。

2 關節(jié)軸承壽命試驗機

2.1 概述

恒載荷關節(jié)軸承壽命試驗機為純機械雙向加載的試驗設備。軸承徑向載荷采用杠桿砝碼加載。砝碼經過計量，杠桿支撐均采用刀口，因此加載精度非常高，并且很穩(wěn)定。擺動載荷通過變頻電機帶動曲柄搖桿機構進行加載，由扭矩傳感器、光電編碼器分別測量扭矩、扭角。磨損采用激光測距儀非接觸式測量，測量關節(jié)軸承的內外圈徑向相對位移。軟件可實時繪制試驗曲線，可以顯示扭矩、扭角、磨損量、溫度、摩擦系數等。

2.2 主要技術指標(以600kN為例)

徑向載荷：600kN；

扭矩：14000N·m；

徑向載荷精度：示值的±1%；

擺動角度：±60°；

擺動頻率：0.3Hz—1Hz。

如果是小噸位機型，擺動角度可達到±80°，其小角度最高擺動頻率可達6Hz。

3 試驗機工作原理及組成

恒載荷關節(jié)軸承壽命試驗機主要由主機系統(tǒng)、杠桿砝碼加載系統(tǒng)、擺動加載系統(tǒng)，測量控制系統(tǒng)等4部分組成。主機采用臥式結構，軸承工裝安裝在工作臺上，徑向載荷采用杠桿砝碼機構加載，杠桿可通過接近開關和對中指針與標尺監(jiān)測平衡。擺動部分通過變頻器控制變頻電機帶動曲柄搖桿機構和齒輪增速齒輪箱帶動關節(jié)軸承主軸擺動。通過扭矩傳感器測量扭矩，詳見圖1。

1.激光反射板 2.激光測距儀 3.砝碼 4.標尺 5.指針 6.液壓千斤頂 7.負荷傳感器 8.杠桿 9.彈性聯軸器 10.扭矩傳感器 11.傳動箱 12.曲柄搖桿機構 13.驅動電機 14.手壓泵圖1 主機示意圖

杠桿砝碼加載系統(tǒng)由砝碼、支承、杠桿及杠桿平衡檢測裝置組成。砝碼由多級組成，砝碼的標稱值即為徑向力值。最小砝碼標稱值1N，最大砝碼標稱值12.5kN，可自由組合成各種加載值。主機上配備負荷傳感器測力，精度高、穩(wěn)定性好，并且采用電腦實時測量。

擺動加載系統(tǒng)由變頻器控制變頻電機和減速機帶動曲柄搖桿機構實現。曲柄端加慣性飛輪，在搖桿高速時儲存能量，低速時釋放能量，減少對主動傳動端的沖擊。主傳動減速機輸入端加兩級慣性飛輪，節(jié)省電機能量消耗。傳動帶輪與飛輪間用彈性聯軸器連接，減小安裝誤差對主傳動減速機的影響。搖桿采用對稱結構設計，增加平衡性。連桿長短可調以適應不同擺角需要。由于曲柄搖桿擺角有限制，而試驗角度又超過了搖桿的擺角極限，所以采用一級增速機構，很好地解決了曲柄搖桿的最大擺角限制問題。

4 試驗軟件

該試驗機采用電腦控制，軟件基于Windows系統(tǒng)編寫，符合Windows的操作習慣。試驗機軟件界面如圖2所示。試驗軟件可測量摩擦扭矩、徑向力、擺角、摩擦系數、磨損量、軸承溫度、環(huán)境溫度、擺動次數等，可繪制擺角、扭矩的時間曲線?？芍庇^地顯示磨損量、軸承溫度、摩擦系數隨擺動次數的變化趨勢。試驗數據可導出到EXCEL進行后續(xù)處理。

圖2 試驗軟件界面

5 試驗分析

經過對關節(jié)軸承實際測試，徑向加載載荷采用杠桿砝碼加載，載荷非常穩(wěn)定。由于杠桿采用刀口支撐，砝碼也經過計量，因此加載非常精準。主機上配置了測力傳感器和扭角傳感器，軟件也可實時顯示力值和擺角的變化。由于關節(jié)軸承壽命試驗頻率不高，因此試驗一般持續(xù)的時間會比較長，此種結構的加載方式優(yōu)勢非常明顯，不管加載持續(xù)多長時間，都不需要消耗額外能源。

擺動加載采用曲柄搖桿結構也比較合理，不需要復雜的閉環(huán)控制技術，也不需要調校各種PID參數，只需要利用變頻調速技術，按需要的頻率調定轉速即可。采用增速機構增大曲柄搖桿的擺角限制，也是一種創(chuàng)新。由于采用了無急回特性的曲柄搖桿機構，因此運行非常平穩(wěn)。從軟件上看，擺角曲線也非常平滑、對稱。

當然，本機也存在一些不足：砝碼人工裝卸，比較費力；更換擺角時需要改變曲柄長度，同時連桿和搖桿長度也要改變，都需要人工調整，有些費時費力，好在調整一次能做很長時間試驗。所以，該試驗機總體上仍有改進的空間。

6 結束語

經過調校和試驗，多臺采用此結構的試驗機已交付用戶，并已運行多年，運行狀態(tài)一直良好，在用戶的關節(jié)軸承產品測試中發(fā)揮了重要作用，研制取得了成功。徑向加載采用杠桿砝碼，力值準確，穩(wěn)定性好，同時節(jié)能環(huán)保，沒有液壓油泄漏和油液污染，很值得推廣。