ЦКБ—72型軸承試驗機改造

王立慧，閆 眾

（中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 研發(fā)中心，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

ЦКБ-72軸承壽命試驗機是50年代我廠從前蘇聯(lián)進口的軸承壽命試驗機，用于試驗小尺寸的向心球軸承和向心推力軸承的使用壽命。由于該試驗機的設(shè)計年限太久，加之軸承制造技術(shù)的進步科技含量的提高，軸承新產(chǎn)品對軸承試驗要求的逐步提高，所以ЦКБ-72型軸承壽命試驗機已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代軸承新產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計的需要以及不同客戶的使用要求，我們在原機床的基礎(chǔ)上對該試驗機進行了改造。

2 改造的主要項目

該試驗機的改造包括三個部分：機械動力部分、液壓加載部分、溫度控制部分。另外在原試驗機的基礎(chǔ)上新增設(shè)了電氣控制柜和數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)。改造前和改造后試驗機的外觀圖如圖1和圖2所示。

圖1 改造前型軸承試驗機外觀圖

2.1 機械動力部分

圖2 改造后試驗機外觀圖

由于原試驗機的傳動裝置是由J41-2電機，通過三角皮帶驅(qū)動變速箱帶動試驗頭旋轉(zhuǎn)。試驗軸承轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是用更換皮帶輪的方法來實現(xiàn)的，所以該試驗機只有3 200r/min、4 000r/min、16 000r/min等8檔轉(zhuǎn)速，使軸承試驗在轉(zhuǎn)速方面受到限制。我們將原來試驗機的電機和皮帶輪換掉，用變頻電機和變頻器來調(diào)整試驗機的轉(zhuǎn)速，通過改變變頻器的頻率動態(tài)調(diào)整變頻電機轉(zhuǎn)速，被試驗軸承所需要的運動和動力由變頻電機提供，變頻電機通過減速器、聯(lián)軸器、試驗主軸將電機的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給試驗軸承，實現(xiàn)了被試驗軸承在原有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的無級變速。變頻器安裝在電氣控制柜里，通過調(diào)整控制按鈕來改變頻率。在聯(lián)軸器和主軸連接處安裝扭矩傳感器測量實時扭矩值，并以此計算、顯示摩擦力和摩擦系數(shù)。同時在減速器輸出軸上安裝轉(zhuǎn)速傳感器，實時測量軸承的轉(zhuǎn)動速度。改造后試驗機可以滿足調(diào)速范圍內(nèi)任意轉(zhuǎn)速的軸承試驗要求，調(diào)整方便，參數(shù)值準確可靠。改造后軸承試驗機傳動系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

圖3 傳動系統(tǒng)圖

2.2 液壓加載部分

原試驗機的加壓裝置共有兩套（徑向加壓及軸向加壓），是通過機械加載的方式（即人工手柄旋轉(zhuǎn)螺旋副使活塞在油缸內(nèi)移動）來完成試驗軸承的徑向和軸向加壓任務(wù)的。這種加壓裝置精度較差，人為誤差影響較大。我們?nèi)サ粼瓉淼恼准訅貉b置，更換了液壓油泵、加壓油缸、遠程調(diào)壓閥、兩位四通換向閥，增設(shè)了壓力傳感器同時并聯(lián)數(shù)碼壓力表和油管等加壓裝置。給被試驗軸承加載的時候，首先啟動油泵電機，油管中充滿液壓油，閉合電磁閥開關(guān)，根據(jù)被試驗軸承的加載要求，調(diào)節(jié)遠程調(diào)壓閥，壓力表和顯示儀表將顯示壓力數(shù)值，這樣就完成了被試驗軸承的加載任務(wù)。

2.3 試驗溫度控制

改造前被試驗軸承只能在實驗室環(huán)境溫度條件下進行試驗，改造后我們在潤滑油箱內(nèi)加了一個加熱裝置，來對潤滑油進行加熱，在試驗過程中按照試驗要求加熱后的潤滑油通過噴濺潤滑噴淋到試驗軸承上，使試驗軸承在要求的溫度范圍內(nèi)進行試驗，同時我們將試驗器頭進行改造，在其內(nèi)部加了一個溫度傳感器，綜合考慮熱電偶測溫范圍廣，測溫精度高，響應(yīng)時間較快，有較好的穩(wěn)定性和復現(xiàn)性，采用PT100熱電偶與XMT606智能儀表相連接，直接在液晶顯示窗口上顯示被試驗軸承的溫度值。

2.4 電氣控制柜和數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)

為了控制調(diào)整需要和數(shù)據(jù)處理的需要在原來試驗機的基礎(chǔ)上加設(shè)了電器控制柜和數(shù)據(jù)采集計算機系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)的控制部分全部安裝于控制柜中，包括變頻電機的控制、液壓系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)、冷卻潤滑油泵的調(diào)節(jié)、試驗溫度的調(diào)節(jié)控制和數(shù)據(jù)采集和顯示控制等。傳感器與計算機的連接如圖4所示。

圖4 傳感器與計算機的連接

試驗過程中扭矩、壓力、溫度等傳感器將對應(yīng)的各物理參數(shù)信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號經(jīng)過放大、整流濾波處理后進行A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了檢測系統(tǒng)對測量對象的識別，在控制柜的控制面板上可以實時的顯示，并根據(jù)通信協(xié)議通過RS-485接口輸出。輸出信號由編制的軟件程序經(jīng)串行端口發(fā)出讀取指令，將數(shù)字量送入計算機進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析處理，計算機將對試驗過程中試驗數(shù)據(jù)進行實時的分析、處理、記錄和動態(tài)顯示。對測試過程智能控制，并實現(xiàn)多參數(shù)實時測量、測試數(shù)據(jù)庫保存等功能，實現(xiàn)接觸疲勞試驗機的計算機在線測試控制。

3 結(jié)束語

改造后ЦКБ—72型軸承試驗機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)一般的壽命軸承試驗，同時能夠?qū)崿F(xiàn)特殊性能的軸承試驗，如溫度、載荷、轉(zhuǎn)速等條件要求比較苛刻的軸承試驗，能夠?qū)崿F(xiàn)被試驗軸承的無級變速，滿足了試驗軸承不同轉(zhuǎn)動速度的要求，能夠自動測量試驗軸承的外圈溫度，由手動加載轉(zhuǎn)換成自動控制加載，同時進行溫度、速度、扭矩、壓力的自動采集和計算機數(shù)據(jù)實時采集和簡單的數(shù)據(jù)處理。