一种三点接触球轴承性能试验台的研制

王春月　刘静　刘丹丹

摘 要：文章针对一种三点接触球轴承，因其运转速度高，且运行在高温工况下，并结合其极限载荷条件及运转特点，研制了一种特殊的轴承试验台。介绍了试验台的技术方案及试验台相关参数计算方法。经实践表明该试验台可靠性良好，运行平稳，可用于三點接触球轴承在特殊运转工况下的研究。

关键词：滚动轴承；三点接触；试验台；设计

1 试验用三点接触球轴承主要技术要求

根据主机要求，轴承实际运转工况应满足以下主要技术要求，试验轴承最高转速5500r/min，要求可实现无极调速；内径为220mm；最大轴向载荷50000N，最大径向载荷46000N，实现连续可调的要求；轴承工作最高温度125℃；系统可以实时在线监控轴承的工作状态，可以自动和受到控制，轴承的性能参数可存储、显示和处理，系统出现故障可启动自动保护措施。

2 试验台系统技术方案

试验台由试验主体、液压系统、驱动系统、润滑系统、加热系统、电气控制系统等组成。

2.1 试验台主体

试验台尺寸：长×宽×高=2000mm×1200mm×300mm，试验主轴径向跳动：≤0.015mm。试验台主体是试验台的主要部件，结构设计紧凑，由试验平台、上下壳体，一套，材料HT300；径向加载组件、轴向加载组件，一套；试验头、底板、标准件、油管及附件等一套组成。为便于安装和拆卸，壳体做成剖分的。试验机设计结构是左端为试验轴承，中间和右端为陪试轴承。采用喷油冷却润滑的方式，所以在下壳体设计有回油槽，轴承工装上留有喷油孔，方便安装喷嘴使高压润滑油可以有效的喷到滚动体上。

2.2 加载原理

三点接触球轴承试验：

油缸施力点在FB处，该试验以左端三点接触球轴承为试验轴承。

FB=MS=1.256M（kN）

FD=MS=12.256M（kN）

2.3 驱动电机功率

分别计算试验轴承和陪试轴承的摩擦力矩。取圆柱滚子轴承的摩擦因数为0.0011，双列角接触球轴承的摩擦因数为0.0024，单列三点接触球轴承的摩擦因数为0.0020[1]。

最大轴向载荷为Fa为50000N，最大径向载荷Fr为46000N，最高转速n为3600r/min。

此时计算得，FA=3000N；FB=350FA/515=2039N；FC=165FA/515=961N。

陪试圆柱滚子轴承的摩擦力矩为：

M1=0.5FAd？滋=0.5×3000×0.22×0.002=0.66N·m

陪试双列角接触球轴承的摩擦力矩为：

考虑到电机效率，选择电机功率为37kW，选用高速电机，额定转速3000rpm，最高转速8000rpm。

2.4 液压系统

试验机系统工作压力14MPa（油泵最大供油能力）。Ⅰ路油为径向油缸，压力范围：0～10MPa（F折合加载力=P压力×S加载盘面积，折合加载力：0～120kN），Ⅱ路油为轴向油缸，压力范围：0～5MPa（折合加载力：0～6280N），载荷控制精度±2%F.S.。分别调节Ⅰ向和Ⅱ向加载油压，可实现无极调节，且互不干扰。

2.5 电气控制系统

电气控制系统结构如图3所示，试验轴承和陪试轴承的振动、温度和压力通过相应的温度传感器来采集信号测出相应的值。变频器与工控机通过串口通信来控制主轴电动机转速。系统的报警和启动、停止通过开关量板控制。

3 试验台运行情况

对三点接触球轴承按试验要求进行轴向和径向同时加载，按试验要求进行了加载和极限载荷、极限转速的试验条件下的运行。结果显示，本试验台能到达预定的设计性能，系统运行可靠、平稳。能够模三点接触球轴承的实际运行工况，提高系统试验温度，并可监控温度、振动信息，系统能自动控制、采集数据信息。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].3版.北京：机械工业出版社，2006：20-66.

[2]成大先.机械设计手册：第五卷[M].北京：化学工业出版社，1993：12-23.