一、實(shí)驗(yàn)臺介紹
    1．概述
    GZ-50A雙控滾動(dòng)軸承性能測試分析實(shí)驗(yàn)臺，結(jié)構(gòu)新穎、系統(tǒng)科學(xué)、20路傳感信號輸出、可直接測量滾動(dòng)體實(shí)際受力狀況，突破了滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體實(shí)際受力信號傳輸?shù)膰鴥?nèi)技術(shù)難題，*了國內(nèi)外的空白。
    該實(shí)驗(yàn)臺由一對可移動(dòng)的滾動(dòng)軸承座、多維靈活調(diào)節(jié)的徑向加載系統(tǒng)、軸向加載系統(tǒng)、自動(dòng)對中傳感系統(tǒng)、信號采集調(diào)控系統(tǒng)、測試軟件系統(tǒng)組成。
    可測量滾動(dòng)軸承工作狀況下，滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體對外圈的壓力及變化情況，滾動(dòng)軸承在軸向載荷、徑向載
荷作用下，滾動(dòng)軸承徑向載荷分布變化情況。
    測量滾動(dòng)軸承內(nèi)部軸向載荷，軸向載荷和總軸向載荷的變化關(guān)系，并與理會(huì)論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。
    在動(dòng)、靜載荷綜合作用時(shí)，測試分析滾動(dòng)軸承的綜合性能和*受力狀況。
    該實(shí)驗(yàn)臺為大專院校用于《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程中滾動(dòng)軸承綜合設(shè)計(jì)、性能測試分析而開發(fā)的開放型、創(chuàng)新型、設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)的型教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

                   

  GZ—50A雙控滾動(dòng)軸承性能測試分析實(shí)驗(yàn)臺 國內(nèi)*產(chǎn)品             

       
經(jīng)科技查新：*國內(nèi)外空白；經(jīng)省級鑒定：居國內(nèi)水平






 


2．主要技術(shù)指標(biāo)
    滾動(dòng)軸承公稱直徑：D = 50mm；
    滾動(dòng)軸承跨度：L = 300mm；
    總徑向載荷：P1 = 10000N；
    總軸向載荷：P2 = 10000N；
    左、右滾動(dòng)軸承徑向載荷傳感器：
    5000N    0.05   16個(gè)；
    左、右滾動(dòng)軸承軸向載荷傳感器：10000N   各1個(gè)；
    電機(jī)功率：N = 180w；
    外廓尺寸：500×1200×1200。
3．實(shí)驗(yàn)臺組成及基本配置
    ① 滾動(dòng)軸承：2種（圓錐滾子軸承、深溝球軸承）；
    ② 可移動(dòng)的滾動(dòng)軸承座：1對；
    ③ 滾動(dòng)軸承、徑向加載裝置：1套；
    （作用點(diǎn)位置可在0~130mm內(nèi)任意調(diào)節(jié)）；
    ④ 滾動(dòng)軸承徑向載荷傳感器：精度等級：0.05
    量程：5000N，16個(gè)；
    ⑤ 總徑向載荷傳感器：量程：10000N，1個(gè)；
    ⑥ 軸向載荷傳感器：量程：10000N，3個(gè)；
    ⑦ 微型電機(jī)：YYJ90—180w，N=180w，n = 10 r.p.m；
    ⑧ 計(jì)算機(jī)測試軟件光盤：1個(gè)；
4．性能特點(diǎn)
    ① 配有一對可軸向移動(dòng)的滾動(dòng)軸承座；
    ② 可直接測量滾子對外圈的壓力及變化情況（關(guān)鍵特點(diǎn)）；
    ③ 可任意調(diào)節(jié)徑向載荷受力點(diǎn)（0—130mm范圍）；
    ④ 可通過計(jì)算機(jī)或自控?cái)?shù)顯測繪滾動(dòng)軸承在軸向、徑向載荷作用下軸承徑向載荷分布變化情況；
    ⑤ 可通過電腦測繪滾動(dòng)體內(nèi)、外圈載荷變化曲線；
    ⑥ 可通過電腦或數(shù)顯手控計(jì)算單個(gè)滾動(dòng)軸承軸向載荷與總軸向載荷的關(guān)系，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。
 
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
    1． 滾動(dòng)軸承徑向載荷分布及變化實(shí)驗(yàn)測試在總軸向和徑向載荷作用下，滾動(dòng)軸承徑向載荷分布及變化情況，并作出載荷分布曲線。
    2．滾動(dòng)軸承元件上載荷動(dòng)態(tài)分析實(shí)驗(yàn)，測試滾動(dòng)軸承元件上的載荷隨時(shí)間的變化情況，并作出變化曲線。
    3．滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測試滾動(dòng)軸承組內(nèi)部軸向載荷、軸向載荷和總軸向載荷的關(guān)系，并進(jìn)行滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)計(jì)算。
 
三、實(shí)驗(yàn)原理
    1．滾動(dòng)軸承徑向載荷分布
    左、右滾動(dòng)軸承各裝有8個(gè)徑向載荷傳感器，可通過計(jì)算機(jī)或數(shù)顯測繪滾動(dòng)軸承在軸向、徑向載荷作用下軸承徑向載荷分布變化情況。
    （1）深溝球軸承（向心軸承）載荷分布曲線
    以向心軸承為例。為軸承工作的某一瞬間，滾動(dòng)體處于圖1所示的位置時(shí)，徑向載荷Fr通過軸頸作用于內(nèi)圈，位于上半圈的滾動(dòng)體不會(huì)受力，而由下半圈的滾動(dòng)體將此載荷傳到外圈上。如果假定內(nèi)、外圈的幾何形狀并不改變，則由于它們與滾動(dòng)體接觸處共同產(chǎn)生局部接觸變形，內(nèi)圈將下沉一個(gè)距離，亦即在載荷Fr作用線上的接觸變形量為。按變形協(xié)調(diào)關(guān)系，不在載荷Fr作用線上的其它各點(diǎn)的徑向變形量為：。也就是說，真實(shí)的變形量的分布是中間zui大，向兩邊逐漸減小，如圖1所示?？梢赃M(jìn)一步判斷，接觸載荷也是處于Fr作用線上的接觸點(diǎn)處zui大，向兩邊逐漸減小。各滾動(dòng)體從開始受力到受力終止所對應(yīng)的區(qū)域叫做承載區(qū)。
   根據(jù)力的平衡原理，所有滾動(dòng)體作用在內(nèi)圈上的反力FNi的向量和必定等于徑向載荷Fr。
   應(yīng)該指出，實(shí)際上由于軸承內(nèi)存在游隙，故由徑向載荷Fr產(chǎn)生的承載區(qū)的范圍將小于180°。也就是說，不是下半部滾動(dòng)體全部受載。這時(shí)，如果同時(shí)作用有一定的軸向載荷，則可以使承載區(qū)擴(kuò)大。
  
（2）軸向載荷對載荷分布的影響
    角接觸球軸承或圓錐滾子軸承（現(xiàn)以圓錐滾子軸承為例）承受徑向載荷Fr時(shí)，如圖2所示，由于滾動(dòng)體與滾道的接觸線與軸承軸線之間夾一個(gè)接觸角，因而各滾動(dòng)體的反力并不指向半徑方向，它可以分解為一個(gè)徑向分力和一個(gè)軸向分力。用代表某一個(gè)滾動(dòng)體反力的徑向分力（圖2 b），則相應(yīng)的軸向分力Fdi應(yīng)等于。所有徑向分布FNi的向量和與徑向載荷Fr相平衡；所有的軸向分力Fdi之和組成軸承的派生軸向力Fd，它迫使軸頸（連同軸承內(nèi)圈和滾動(dòng)體）有向右移動(dòng)的趨勢，這應(yīng)由軸向力Fa來與之平衡（圖2 a）。
    當(dāng)只有zui下面一個(gè)滾動(dòng)體受載時(shí)

                       
    受載的滾動(dòng)體數(shù)目增多時(shí)，雖然在同樣的徑向載荷Fr的作用下，但派生的軸向力Fd將增大，即
    
     式中：n為受載的滾動(dòng)體數(shù)目；Fdi是作用于各滾動(dòng)體上的派生的軸向力；FNi是作用于各滾動(dòng)體上的徑向分力；尾部的不等式也表明了n上FNi的代數(shù)和大于它們的向量和。由式（2）可得出這時(shí)平衡派生軸向力Fd所需施加的軸向力Fa為

                               
 2．滾動(dòng)軸承元件上載荷動(dòng)態(tài)分析
    通過電腦直接測量滾子對外圈的壓力及變化情況，繪制滾動(dòng)體內(nèi)、外圈載荷變化曲線。
    軸承工作時(shí)，各個(gè)元件上所受的載荷及產(chǎn)生的應(yīng)力是隨時(shí)變化的。根據(jù)上面的分析，當(dāng)滾動(dòng)體進(jìn)入承載區(qū)后，所受載荷即由零逐漸增加到FN2、FN1直到zui大值FN0，然后再逐漸降低到FN1、FN2而至零（圖4）。就滾動(dòng)體上某一點(diǎn)而言，它的載荷及應(yīng)力是周期性地不穩(wěn)定變化的（圖4）。
    滾動(dòng)軸承工作時(shí)，可以是外圈固定、內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以是內(nèi)圈固定、外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。對于固定套圈，處在承載區(qū)內(nèi)的各接觸點(diǎn)，按其所在位置的不同，將受到不同的載荷。處于Fr作用線上的點(diǎn)將受到zui大的接觸載荷。對于每一個(gè)具體的點(diǎn)，每當(dāng)一個(gè)滾動(dòng)體滾過時(shí)，便承受一次載荷，其大小是不變的，也就是承受穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷的作用，如圖4 b所示。載荷變動(dòng)的頻率快慢取決于滾動(dòng)體中心的圓周速度，當(dāng)內(nèi)圈固定外圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)體中心的運(yùn)動(dòng)速度較大，故作用在固定套圈上的載荷的變化頻率也較高。

        轉(zhuǎn)動(dòng)套圈上各點(diǎn)的受載情況，類似于滾動(dòng)體的受載情況，可用圖4 a示意地描述。
 3．滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)計(jì)算
     左、右滾動(dòng)軸承座可軸向移動(dòng)，各裝有軸向載荷傳感器，可通過電腦或數(shù)顯測試并計(jì)算單個(gè)滾動(dòng)軸承軸向載荷與總軸向載荷的關(guān)系；進(jìn)行滾動(dòng)軸承組合設(shè)計(jì)計(jì)算。
     （1）滾動(dòng)軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷
     滾動(dòng)軸承的基本額定動(dòng)載荷是在一定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的，如果載荷條件為：向心軸承僅承受純徑向載荷Fr，推力軸承僅承受純軸向載荷Fa。實(shí)際上，軸承在許多應(yīng)用場合，常常同時(shí)承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa。因此，在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動(dòng)載荷的載荷條件相*的當(dāng)量動(dòng)載荷，用字母P表示。這個(gè)當(dāng)量動(dòng)載荷。對于以承受徑向載荷為主的軸承，稱為徑向當(dāng)量動(dòng)載荷，常用Pr表示；對于以承受軸向載荷為主的軸承，稱為軸向當(dāng)量動(dòng)載荷，常用Pa表示。當(dāng)量動(dòng)載荷P（Pr或Pa）的一般計(jì)算公式為
   
    按式（3）~（6）求得的當(dāng)量動(dòng)載荷僅為一理論值。實(shí)際上，在許多支承中還會(huì)出現(xiàn)一些附加載荷，如沖擊力、不平衡作用力、慣性力以及軸撓曲或軸承座變形產(chǎn)生的附加力等等，這些因素很難從理論上精確計(jì)算。為了計(jì)及這些影響，可對當(dāng)量動(dòng)載荷乘上一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而定的載荷系數(shù)fP，其值參見表1。故實(shí)際計(jì)算時(shí)，軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)力：

 （五）角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的徑向載荷Fr與軸向載荷Fa的計(jì)算
     角接觸球軸承和圓錐滾子軸承受徑向載荷時(shí)，要產(chǎn)生派生的軸向力，為了保證這類軸承正常工作，通常是成對使用的，如圖13-13所示，圖中表示了兩種不同的安裝方式。
     在按式（7）計(jì)算各軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P時(shí)，其中的徑向載荷Fr即為由外界作用到軸上的徑向力Fre在各軸承上產(chǎn)生的徑向載荷；但其中的軸向載荷Fa并不*由外界的軸向作用力Fae產(chǎn)生，而是應(yīng)該根據(jù)整個(gè)軸上的軸向載荷（包括因徑向載荷Fr產(chǎn)生的派生軸向力Fd）之間的平衡條件得出的。下面來分析這個(gè)問題。
     根據(jù)力的徑向平衡條件，很容易由外界作用到軸上的徑向力Fre計(jì)算出兩個(gè)軸承上的徑向載荷Fr1、Fr2，當(dāng)Fre的大小及作用位置固定時(shí)，徑向載荷Fr1、Fr2也就確定了。由Fr1、Fr2派生的軸向力Fd1、Fd2 的大小可按照表2中的公式計(jì)算。計(jì)算所得的Fd值，相當(dāng)于正常的安裝情況，即大致相當(dāng)于下半圈的滾動(dòng)體全部受載（軸承實(shí)際的工作情況不允許比這樣更壞）。
 
    如圖2所示，把派生軸向力的方向與外加軸向載荷Fae的方向*的軸承標(biāo)為2，另一端標(biāo)為軸承1。取軸和與其相配合的軸承內(nèi)圈為分離體，如達(dá)到軸向平衡時(shí)，應(yīng)滿足：
           Fae + Fd2 = Fd1
    如果按表2中的公式求得的Fd1和Fd2不滿足上面的關(guān)系式時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)下面兩種情況： 
    當(dāng)Fae + Fd2 > Fd1時(shí)，則軸有向左竄動(dòng)的趨勢，相當(dāng)于軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，但實(shí)際上軸必須處于平衡位置（即軸承座必然要通過軸承元件施加一個(gè)附加的軸向力來阻止軸的竄動(dòng)），所以被“壓緊”的軸承1所受的總軸向力Fa1必須與Fae + Fd2相平衡，即
           Fa1 = Fae + Fd2                                （10）
 而被“放松”的軸承2只受其本身派生的軸向力Fd2，即
          Fa2 = Fd2                                       （11）
 當(dāng)Fae + Fd2 < Fd1時(shí)，同前理，被“放松”的軸承1只受其本身派生的軸向力Fd1，即
          Fa1 = Fd1                                        （12）
 而被“壓緊”的軸承2所受的總軸向力為
          Fa2 = Fd1 – Fae                                 （13）
                         
                  綜上可知，計(jì)算角接觸球軸承和圓錐滾子軸承所受軸向力的方法可以歸結(jié)為：先通過派生軸向力及外加軸向載荷的計(jì)算與分析，判定被“放松”或被“壓緊”的軸承；然后確定被“放松”軸承的軸向力僅為其本身派生的軸向力，被“壓緊”軸承的軸向力則為除去本身派生的軸向力后其余各軸向力的代數(shù)和。
    軸承反力的徑向分力在軸心線上的作用點(diǎn)叫軸承的壓力中心。圖5 a、b兩種安裝方式，對應(yīng)兩種不同的壓力中心的位置。但當(dāng)兩軸承支點(diǎn)間的距離不是很小時(shí)，常以軸承寬度中點(diǎn)作為支點(diǎn)反力的作用位置，這樣計(jì)算起來比較方便，且誤差也不大。
 
四、實(shí)驗(yàn)步驟
    1．點(diǎn)動(dòng)使?jié)L動(dòng)體落在徑向分布的壓力傳感器位置。
    2．打軟件主界面，點(diǎn)擊，通過虛擬儀表顯示各測點(diǎn)的壓力值。

            3．點(diǎn)擊，進(jìn)入左、右軸承徑向壓力分布界面，顯示左、右軸承的壓力分布。

               4．點(diǎn)擊，進(jìn)入滾動(dòng)軸承元件動(dòng)載曲線顯示界面，顯示內(nèi)圈和滾動(dòng)體動(dòng)載曲線。
                  
   5．點(diǎn)擊，進(jìn)入滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算界面，計(jì)算軸承的軸向、載荷徑向、載荷和當(dāng)量動(dòng)載荷。
                  
   6．退出軟件界面，關(guān)機(jī)。

 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)
   1、實(shí)驗(yàn)之前,細(xì)讀使用說明書,檢查徑向分布傳感器緊定螺栓是否松動(dòng)；用6MM內(nèi)六角扳手?jǐn)Q緊,以不動(dòng)為宜。
   2、按下"電源"按鍵,檢查電表是否有電顯示;按下"信號"按鍵電腦中才能有傳感信號數(shù)據(jù)顯示。
   3、打開電腦,按照軟件程序要求操作。
   4、測試經(jīng)向分布時(shí),軸承滾珠之一必須對準(zhǔn)下方的準(zhǔn)線,才能測試出正確的分布規(guī)律和分布曲線,電腦中顯示的數(shù)據(jù)不正確,即是未對準(zhǔn),必須重新操作至對準(zhǔn)為止。
   5、測試靜載荷（徑向分布）時(shí),總經(jīng)向載荷zui大可加至1000（10N）。
   6、測試動(dòng)載荷（動(dòng)態(tài)曲線）時(shí),總徑向載荷不超過500（10N）。
   7、測試軸向載荷（設(shè)計(jì)計(jì)算）時(shí),總徑向載荷加至今500（10N）左右為宜,且不要對準(zhǔn)底部準(zhǔn)線;總軸向載荷加至400（10N）左右為宜,且不能作動(dòng)態(tài)運(yùn)行。