一种组合式球轴承疲劳试验加载装置的制作方法

1.本实用新型涉及转向系统技术领域，具体地说是一种组合式球轴承疲劳试验加载装置。


背景技术：

2.球轴承是滚动轴承的一种，在汽车转向机的管柱、转向齿轮、蜗杆等部位均有广泛的应用，用于确定两个零件(通常是轴和壳体)的相对位置，并保证其自由旋转，同时传递它们之间的载荷。而在汽车转向机不断运行过程中，球轴承不断受到径向或轴向载荷的冲击、磨损等恶劣工况，其轴承的游隙、转动力矩、振动噪音等特性直接影响转向机的性能和噪音；甚至球轴承在极端工况下保持架、钢球等的损伤破裂，会影响到汽车转向系统的安全，故研究球轴承的疲劳耐久性能具有极其重要的意义。
3.在汽车转向机运行过程中，球轴承的运行工况一般表现为在恒定的轴向载荷、交变的径向载荷、以及特定的弯矩(可转换为轴承内外圈之间的偏转角度)的条件下，以某种转动速度在某一范围内转动。一般通过转向机总成或系统级别的耐久试验验证其疲劳磨损特性，试验周期较长，很难快速有效的评估轴承零件级别的耐久性能及改进优化效果。
4.为了解决这一问题，本文设计了一种球轴承耐久试验台，但随着汽车行业的发展，对转向机及其零部件的承载能力要求也越来越高，换算到球轴承上的轴向力和径向力最大可达20-30kn，在如此大的交变载荷下，往往疲劳试验所用的试验轴要求也比较高，疲劳试验过程中常常出现轴承完好无损而试验轴断裂的现象，导致试验效率无法进一步提高。


技术实现要素：

5.本实用新型为克服现有技术的不足，提供一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，结构相对简单，对不同项目不同直径的轴承适应性较强，可以大幅度提升轴承疲劳试验效率，减少总成级别耐久试验，进而节省试验成本，缩短零件开发研究周期。
6.实现上述目的，设计一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，包括机架、试验平台、伺服电机、联轴器、力传感器、支撑连接装置、轴向力加载装置，其特征在于：机架的顶部连接试验平台，试验平台上从左至右依次连接平台支撑座、试验轴支撑座、电机支撑座，电机支撑座上的一侧连接伺服电机，伺服电机的驱动轴贯穿电机支撑座并通过联轴器与试验轴的一端连接，试验轴的另一端贯穿试验轴支撑座与径向加载装置及偏转角度调节装置连接，径向加载装置的下部通过径向连接轴与液压缸连接；试验轴的另一端左侧设有支撑连接装置的一端，支撑连接装置的另一端通过力传感器连接轴向力加载装置。
7.所述的液压缸位于试验平台的下方位置。
8.所述的试验轴包括空心轴、阶梯轴、键，阶梯轴插入空心轴中，并采用键连接。
9.所述的试验轴的一端与联轴器连接，试验轴的另一端采用法兰盘及固定法兰盘与平台支撑座连接。
10.位于试验轴与试验轴支撑座之间套设有双列圆柱滚子轴承。
11.所述的支撑连接装置的一端套设有球轴承。
12.所述的支撑连接装置及轴向力加载装置分别通过螺栓与平台支撑座连接。
13.所述的偏转角度调节装置包括连接板、偏转轴、l型调整块、调整螺钉，连接板嵌设在平台支撑座侧板内部，并且位于连接板与平台支撑座侧板内壁之间设有l型调整块；连接板的顶部设有调整螺钉，连接板的前后两侧分别设有偏转轴。
14.所述的径向加载装置通过卡簧与平台支撑座连接。
15.本实用新型同现有技术相比，提供一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，结构相对简单，对不同项目不同直径的轴承适应性较强，可以大幅度提升轴承疲劳试验效率，减少总成级别耐久试验，进而节省试验成本，缩短零件开发研究周期。
16.本实用新型针对不同直径的球轴承，只需制作一根阶梯轴，即使长时间使用后发生断裂也可拆解更换，无需重做全部的工装，可以缩短试验周期、降低试验成本、提高试验效率。使用该装置的轴承零部件疲劳试验台架，结构相对简单、对不同项目不同直径的轴承适应性较强，可以大幅度提升轴承疲劳试验效率，以更有效的评估验证轴承的零件疲劳特性及其零件改进优化效果，进而减少总成级别耐久试验验证，提升转向机产品的性能和质量，更快速有效的解决客户抱怨。
附图说明
17.图1，图2为本实用新型结构立体图。
18.图3为本实用新型结构主视图。
19.图4为本实用新型结构剖视图。
20.图5为本实用新型中试验轴的爆炸图。
21.图6为本实用新型中试验轴的剖视图。
22.图7为本实用新型中试验轴与法兰盘连接示意图。
23.图8为图7的侧视图。
24.图9为图7的局部剖视图。
25.图10为本实用新型中偏转角度调节装置的剖视图。
26.图11，图12为本实用新型中偏转角度调节装置的局部剖视图。
具体实施方式
27.下面根据附图对本实用新型做进一步的说明。
28.如图1至图12所示，机架15的顶部连接试验平台23，试验平台23上从左至右依次连接平台支撑座9、试验轴支撑座3、电机支撑座24，电机支撑座24上的一侧连接伺服电机1，伺服电机1的驱动轴贯穿电机支撑座24并通过联轴器2与试验轴4的一端连接，试验轴4的另一端贯穿试验轴支撑座3与径向加载装置5及偏转角度调节装置8连接，径向加载装置5的下部通过径向连接轴25与液压缸7连接；试验轴4的另一端左侧设有支撑连接装置10的一端，支撑连接装置10的另一端通过力传感器11连接轴向力加载装置12。
29.液压缸7位于试验平台23的下方位置。
30.试验轴4包括空心轴、阶梯轴、键，阶梯轴28插入空心轴27中，并采用键26连接。
31.试验轴4的一端与联轴器2连接，试验轴4的另一端采用法兰盘14及固定法兰盘13
与平台支撑座9连接。
32.位于试验轴4与试验轴支撑座3之间套设有双列圆柱滚子轴承18。
33.支撑连接装置10的一端套设有球轴承16。
34.支撑连接装置10及轴向力加载装置12分别通过螺栓与平台支撑座9连接。
35.偏转角度调节装置8包括连接板、偏转轴、l型调整块、调整螺钉，连接板21嵌设在平台支撑座9侧板内部，并且位于连接板21与平台支撑座9侧板内壁之间设有l型调整块19；连接板21的顶部设有调整螺钉20，连接板21的前后两侧分别设有偏转轴22。
36.径向加载装置5通过卡簧6与平台支撑座9连接。
37.径向力加载装置5通过螺栓固定在平台支撑座9上，使用卡簧6防止其轴向窜动。通过试验轴4将球轴承安装在平台支撑座9中，液压缸7通过试验轴4和径向力加载装置5给轴承施加交变的径向载荷；同时轴向力加载装置12通过支撑连接装置10与试验轴4接触，并通过试验轴4传递恒定的轴向力施加在球轴承的内圈上；而偏转角度调节装置8通过不同厚度的垫块调整轴承内外圈之间的偏转角度。伺服电机1自带角度和扭矩传感器，可按照给定的角度和转动速度转动试验轴4，进而带动球轴承内圈转动，以模拟轴承在转向机上的实际运转工况，该试验台采用传感器可以准确测得球轴承的旋转角度和转动扭矩、轴向力，从而使球轴承在给定的载荷工况下按设定的速度和转动范围进行旋转耐久试验。
38.如图7至图9所示，试验轴4与固定法兰盘13、模拟壳体的法兰盘14通过螺栓连接在平台支撑座9上；在平台支撑座9内设计有一双列圆柱滚子轴承18用于支撑试验轴4；支撑连接装置10前端的球轴承16可使轴向力加载装置12的轴向力能通过支撑连接装置10和试验轴4作用在试验轴承17上，同时确保试验轴4可以在电机带动下转动。轴承耐久试验过程中，通过法兰盘14固定试验轴承17的外圈，并通过试验轴4带动其内圈按照电机输出的信号转动。
39.如图10至图12所示，偏转角度调节装置8由l型调整块19、调整螺钉20、连接板21、偏转轴22组成。标准调整块19的厚度可根据几何关系尺寸计算制作成不同的标准厚度，分别对应0
°
、0.1
°
、0.2
°
、0.27
°
、0.3
°
等五个不同档位的偏转角度。调整螺钉20顶在连接板21上，l型调整块19位于连接板21和平台支撑座9的内壁之间，在调整螺钉20的力作用下连接板21可以绕偏转轴22转动微小角度，通过切换l型调整块19的厚度来使试验轴承17的外圈跟随平台支撑座9摆动一定角度，进而实现试验轴承17内外圈之间偏摆角度的调整。
40.如图5，图6所示，试验轴4由阶梯轴28、空心轴27和u型平键26组成。阶梯轴28使用高强度合金钢加热处理制作而成，在其与球轴承配合处使用圆角平滑过渡，以减小应力集中，增强其承受交变疲劳载荷的能力。该阶梯轴28可以插入空心轴27中，通过u型平键26和空心轴27上对应的u型槽配合，将三者固定连接在一起。
41.该试验轴4简单可靠，有效解决了使用原工装经常出现的试验轴断裂问题及制作多根试验轴成本较高的问题，本实用新型有以下优点：在与轴承配合处增加了倒角圆角平滑过渡，减小了应力集中；使用高强度合金钢并优化其热处理，提高其承受交变载荷的疲劳寿命至30000次循环以上，约是一体式工装的10倍；针对不同直径的球轴承，只需制作一根阶梯轴，即使长期使用后发生断裂也可拆解更换，无需重做全部的工装，可以缩短试验周期、降低试验成本、提高试验效率；使用组合式球轴承疲劳试验加载装置的轴承零部件疲劳试验，可以更有效的评估验证轴承的零件疲劳特性及其零件改进优化效果，进而减少总成
级别耐久试验验证，提升转向机产品的性能和质量，更快速有效的解决客户抱怨。
42.本实用新型结构相对简单、对不同项目不同直径的轴承适应性较强，可以大幅度提升轴承疲劳试验效率，减少总成级别耐久试验，进而节省试验成本，缩短零件开发研究周期。

技术特征：
1.一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，包括机架、试验平台、伺服电机、联轴器、力传感器、支撑连接装置、轴向力加载装置，其特征在于：机架(15)的顶部连接试验平台(23)，试验平台(23)上从左至右依次连接平台支撑座(9)、试验轴支撑座(3)、电机支撑座(24)，电机支撑座(24)上的一侧连接伺服电机(1)，伺服电机(1)的驱动轴贯穿电机支撑座(24)并通过联轴器(2)与试验轴(4)的一端连接，试验轴(4)的另一端贯穿试验轴支撑座(3)与径向加载装置(5)及偏转角度调节装置(8)连接，径向加载装置(5)的下部通过径向连接轴(25)与液压缸(7)连接；试验轴(4)的另一端左侧设有支撑连接装置(10)的一端，支撑连接装置(10)的另一端通过力传感器(11)连接轴向力加载装置(12)。2.根据权利要求1所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的液压缸(7)位于试验平台(23)的下方位置。3.根据权利要求1所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的试验轴(4)包括空心轴、阶梯轴、键，阶梯轴(28)插入空心轴(27)中，并采用键(26)连接。4.根据权利要求1或3所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的试验轴(4)的一端与联轴器(2)连接，试验轴(4)的另一端采用法兰盘(14)及固定法兰盘(13)与平台支撑座(9)连接。5.根据权利要求1或3所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：位于试验轴(4)与试验轴支撑座(3)之间套设有双列圆柱滚子轴承(18)。6.根据权利要求1所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的支撑连接装置(10)的一端套设有球轴承(16)。7.根据权利要求1或6所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的支撑连接装置(10)及轴向力加载装置(12)分别通过螺栓与平台支撑座(9)连接。8.根据权利要求1所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的偏转角度调节装置(8)包括连接板、偏转轴、l型调整块、调整螺钉，连接板(21)嵌设在平台支撑座(9)侧板内部，并且位于连接板(21)与平台支撑座(9)侧板内壁之间设有l型调整块(19)；连接板(21)的顶部设有调整螺钉(20)，连接板(21)的前后两侧分别设有偏转轴(22)。9.根据权利要求1所述的一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：所述的径向加载装置(5)通过卡簧(6)与平台支撑座(9)连接。

技术总结
本实用新型涉及转向系统技术领域，具体地说是一种组合式球轴承疲劳试验加载装置。一种组合式球轴承疲劳试验加载装置，其特征在于：电机支撑座上的一侧连接伺服电机，伺服电机的驱动轴贯穿电机支撑座并通过联轴器与试验轴的一端连接，试验轴的另一端贯穿试验轴支撑座与径向加载装置及偏转角度调节装置连接，径向加载装置的下部通过径向连接轴与液压缸连接；试验轴的另一端左侧设有支撑连接装置的一端，支撑连接装置的另一端通过力传感器连接轴向力加载装置。同现有技术相比，结构相对简单，对不同项目不同直径的轴承适应性较强，可以大幅度提升轴承疲劳试验效率，减少总成级别耐久试验，进而节省试验成本，缩短零件开发研究周期。缩短零件开发研究周期。缩短零件开发研究周期。


技术研发人员：梁九生 毕爱宾 姜伟
受保护的技术使用者：博世华域转向系统有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/9/20