Стенд для испытания подшипников качения на долговечность
TEST BENCH FOR ROLLING BEARINGS FOR DURABILITY

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области испытания техники, в частности к испытанию радиальных, радиально-упорных и упорных подшипников качения на долговечность при статическом нагружении.
Уровень техники
Известно устройство стенда для испытания подшипников качения на долговечность [1], принципиальная схема которого представлена на фиг. 1. На опорной раме 1 стенда смонтирован корпус 2 электродвигателя в котором установлен вал 3 с опорными подшипниками 4. Испытываемые подшипники 5 установлены на валу 3 и в двух сменных корпусах 6. Нагружение на испытываемые подшипники производится через два нагружающих рычага 7 с грузами 8, соединенными шарнирно с корпусом 2 и создающих нагрузку на сменные корпуса 6 с испытываемыми подшипниками 5. Привод стенда осуществляется от электродвигателя 9 через ремень 10 и шкив 11 на валу 3.
Недостатками стенда являются:
1. Нагружение осуществляется на наружное кольцо подшипника, а не на внутреннее, что не характерно для большинства подшипников и искажает условия работы испытываемых подшипников.
2. Ременной привод создает дополнительную нагрузку на испытываемые подшипники, которую невозможно учесть. Величина дополнительной нагрузки зависит от натяжения ремня, которое постоянно меняется, вследствие износа ремня, шкивов и др. Это существенно искажает точность результатов испытаний.
Вышеуказанных недостатков лишена конструкция стенда, принципиальная схема которого показана на фиг. 2 [2]. Стенд включает опорную раму 1, на которой установлен корпус 2 асинхронного электродвигателя в виде цилиндра с двумя подшипниковыми щитами 12. В корпусе стенда установлен вал 3 с двумя испытываемыми 5 и двумя вспомогательными 13 подшипниками. На валу 3 напрессован якорь 14, а в корпусе 2 установлена обмотка статора 15 асинхронного электродвигателя. Нагрузочный агрегат состоит из двух радиальных узлов нагружения создающих радиальную нагрузку на испытываемые подшипники. Радиальный узел нагружения включает нагружающий рычаг 7, который шарнирно соединен с корпусом 2. Нагружающий рычаг 7 при помощи болта и гайки жестко связан с винтовым регулировочным механизмом 16. Последний жестко связан с телескопической стойкой 17, имеющей на конце сферический наконечник, шарнирно соединенный с нагрузочной вилкой 18. Нагрузочная вилка 18 установлена на наружном кольце вспомогательного подшипника 13. На конце нагружающего рычага 7 подвешены грузы 8.
Конструкция стенда является наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству (прототипом).
Недостатками стенда являются:
1. Конструкция стенда не позволяет исследовать долговечность радиально-упорных и упорных подшипников качения.
2. Использование сменных грузов обеспечивает только ступенчатое изменение нагрузки на испытываемый подшипник, что вносит погрешность в результаты исследований.
3. Из-за нагружающих рычагов конструкция стенда имеет достаточно большие габаритные размеры в длину (до 3 м), является достаточно громоздкой, материалоемкой и не устойчивой в момент снятия или навески сменных грузов.
4. Вал асинронного электродвигателя и, соответственно, подшипники, вращаются с фиксированной частотой.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является: 1) обеспечение возможности исследования долговечности радиально-упорных и упорных подшипников качения; 2) обеспечение плавной, бесступенчатой регулировки нагрузки на испытываемые подшипники; 3) уменьшение материалоемкости и габаритных размеров, повышение компактности и устойчивости конструкции стенда; 4) обеспечение плавной, бесступенчатой регулировки частоты вращения вала асинронного электродвигателя и, соответственно, подшипников.
Техническим результатом при осуществлении изобретения будет увеличение функциональных возможностей стенда, повышение точности результатов испытаний, снижение материалоемкости и увеличение компактности конструкции стенда для испытания подшипников качения на долговечность при статическом нагружении, возможность изменения частоты вращения вала и подшипников стенда.
Стенд для испытания подшипников качения на долговечность при статическом нагружении включает опорную раму 1 с прикрепленной к ней опорной пластиной 19, на которой установлен корпус 2 асинхронного электродвигателя с валом 3 на 4-х подшипниках - двух испытываемых 5, 5а и двух вспомогательных 13 (фиг. 3), нагрузочный агрегат, создающий нагрузку на кольца испытываемых подшипников. Для плавного, бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинронного электродвигателя, стенд оснащен преобразователем частоты общепромышленного применения.
Первым отличительным существенным признаком от прототипа является то, что нагрузочный агрегат имеет не механический, а гидравлический привод и состоит из ручного гидравлического насоса 28 с резервуаром, создающего давление в масляной магистрали, который сообщается с помощью гидравлических шлангов 29 и трубопроводов с двумя радиальными и одним осевым узлами нагружения (фиг. 4). Этот существенный отличительный признак позволяет уменьшить материалоемкость и габаритные размеры, повысить компактность и устойчивость конструкции стенда.
Вторым отличительным существенным признаком от прототипа является то, что радиальный узел нагружения состоит из двухходового крана 30, контрольного манометра 31, регистрирующего радиальную нагрузку на подшипник, гидроцилиндра 25, крепящегося болтами к основанию опорной пластины 19, нагрузочной вилки 18, обеспечивающей передачу нагрузки от штока гидроцилиндра на вспомогательный подшипник 13 (фиг. 4), вал и испытываемый подшипник. Этот существенный отличительный признак позволяет обеспечить плавное, бесступенчатое регулирование нагрузки на испытываемые подшипники.
Третьим отличительным существенным признаком от прототипа является то, что осевой узел нагружения состоит из двухходового крана 30, контрольного манометра 31, регистрирующего осевую нагрузку на подшипник (фиг. 4), гидроцилиндра 25, крепящегося болтами к вертикальному кронштейну 32 опорной пластины, корпуса 26 с упорным подшипником 27 и упорной втулки 22 (фиг. 5), обеспечивающих осевую нагрузку вал и испытываемый подшипник. Этот существенный отличительный признак позволяет исследовать долговечность радиально-упорных и упорных подшипников качения, тем самым увеличить функциональность стенда.
Четвертым отличительным существенным признаком от прототипа является то, что стенд оснащен преобразователем частоты общепромышленного применения. Этот существенный отличительный признак позволяет плавно, бесступенчато регулировать частоту вращения вала асинронного электродвигателя и, соответственно, подшипников.
Таким образом, заявленное техническое решение имеет отличительные существенные признаки от прототипа и соответствует тем самым критерию изобретения существенные отличия и новизна.
Фиг. 1. Схема стенда для испытания подшипников качения на долговечность.
Фиг. 2. Схема стенда для испытания подшипников качения на долговечность.
oceв
paд
Фиг. 3. Схема стенда для испытания подшипников качения на долговечность: 1 - опорная рама; 2 - корпус электродвигателя; 3 - вал; 5 (5а) - испытываемый подшипник; 12 - подшипниковый щит; 13 - вспомогательный подшипник; 14 - якорь; 15 - статор; 18 - нагрузочная вилка; 19 - основание опорной пластины; 20 - втулка; 21 - втулка; 22 - упорная втулка; 23 - фиксирующая втулка; 24 - болт; 25 - корпус гидроцилиндра; 26 - корпус упорного подшипника; 27 - упорный подшипник; F и F - осевая и радиальная нагрузка.
Фиг. 4. Схема стенда трехмерная: 1 - опорная рама; 2 - корпус электродвигателя; 12 - подшипниковый щит; 13 - вспомогательный подшипник; 18 - нагрузочная вилка; 19 - основание опорной пластины; 25 - корпус гидроцилиндра; 28 - масляный насос; 29 - шланг; 30 - двухходовой кран; 31 - манометр; 32 - вертикальный кронштейн опорной пластины.
oceв
Фиг. 5. Узел осевого нагружения: 3 - вал; 22 - упорная втулка; 24 - болт; 25 - корпус гидроцилиндра; 26 - корпус упорного подшипника; 27 - упорный подшипник; 32 - вертикальный кронштейн опорной пластины; 33 - шток гидроцилиндра; F - осевая нагрузка.
Фиг. 6. Деталировка: а) опорная пластина: 19 - основание опорной пластины; 32 - вертикальный кронштейн опорной пластины; 34 - косынка; 35 - пластина для крепления двухходовых кранов; 36 - пластина для крепления трубопроводов; 37 - кронштейн опорный; б) втулка вала левая; в) втулка вала правая.
Фиг. 7. Втулка подшипникового щита.
oceв
рад
Фиг. 8. Схема принципиальная гидравлическая: 25 - корпус гидроцилиндра; 28 - масляный насос; 30 - двухходовой кран; 31 - манометр; 38 - разгрузочный вентиль; 39 - редукционный клапан; 40 - резервуар масляного насоса; F и F - осевая и радиальная нагрузка.
Фиг. 9. Сопряжения нагрузочной вилки с гидроцилиндром и вспомогательным подшипником: 13 - вспомогательный подшипник; 18 - нагрузочная вилка; 33 - шток гидроцилиндра.
Осуществление изобретения
Описание конструкции
Стенд включает опорную раму 1, на которой установлена опорная пластина 19 (фиг. 3). Опорная пластина состоит из основания 19 и вертикального кронштейна 32, скрепленных между собой косынкой 34 с помощью сварки, крепежных пластин 35 и 36, опирающихся на кронштейн 37. (фиг. 6, а). На основании опорной пластины размещен корпус асинхронного электродвигателя 2 в виде цилиндра с двумя подшипниковыми щитами 12 (фиг. 3). В корпусе асинхронного электродвигателя установлен вал 3 с двумя испытываемыми 5, 5а и двумя вспомогательными подшипниками 13. На валу 3 напрессован якорь 14, а в корпусе 2 установлена обмотка статора 15 асинхронного электродвигателя. Испытываемые подшипники внутренними кольцами сопрягаются с втулками 20. Втулка напрессована на вал 3. Втулки позволяют испытывать подшипники качения различного типоразмера. Размер втулок определяется типоразмером испытываемого подшипника. Различают левую (фиг. 6, б) и правую втулки (фиг. 6, в).
Наружными кольцами испытываемые подшипники сопрягаются с втулками 21 (фиг. 3). Втулка запрессована в посадочное отверстие подшипникового щита 12. Втулки 21 позволяют испытывать подшипники качения различного типоразмера. Размер втулок определяется типоразмером испытываемого подшипника (фиг. 7).
При испытаниях радиальных подшипников - испытываемых радиальных подшипников два: 5 и 5а (фиг. 3).
В случае испытания радиально-упорных и упорных подшипников испытываемым подшипником является подшипник 5 а, а 5 является вспомогательной опорой (подшипник типа 32ХХХ).
На крайних ступенях вала установлены вспомогательные роликоподшипники 13 типа 32ХХХ (фиг. 3). Внутренние кольца вспомогательных подшипников 13 зафиксированы в осевом направлении относительно вала посредством упорной 22 и фиксирующей 23 втулок, крепящихся к валу 3 болтами 24. При совместном осевом и радиальном нагружении (испытание радиально-упорного подшипника) вал вместе с внутренними кольцами и роликами вспомогательных подшипников смещается вправо. Поэтому осевая нагрузка полностью, без искажений, воспринимается испытываемым радиально-упорным подшипником 5 а. Так как ширина беговой дорожки внутреннего кольца роликоподшипника больше длины ролика, площадь пятна контакта не меняется и радиальная нагрузка без искажений воспринимается испытываемым подшипником.
На опорной раме стенда 1 (фиг. 4) смонтированы ручной гидравлический насос 28 и нагрузочный агрегат, который включает три узла нагружения: два радиальных и один осевой. Принципиальная гидравлическая схема представлена на фиг. 8. Сброс давления в масляной магистрали обеспечивает разгрузочный вентиль 38, а предельное давление ограничивает редукционный клапан 39 (фиг. 8).
Радиальный узел нагружения состоит из двухходового крана 30, который соединен трубопроводом с контрольным манометром 31 и шлангом 29 с гидроцилиндром 25, установленным на основании опорной пластины 19, нагрузочной вилки 18 и вспомогательного подшипника 13 (фиг. 4). Сопряжение нагрузочной вилки 18 со штоком гидроцилиндра 33 и наружным кольцом вспомогательного подшипника 13 показано на фиг. 9.
Осевой узел нагружения состоит из двухходового крана 30, который соединен трубопроводом с контрольным манометром 31 и шлангом 29 с гидроцилиндром 25, установленным на вертикальном кронштейне опорной пластины 32 (фиг. 4). Усилие от штока гидроцилиндра 33 передается на корпус 26 с упорным подшипником 27, упорную втулку 22, вал 3 (фиг. 5) и испытываемый подшипник 5а (фиг. 3).
-1
Стенд оснащен преобразователем частоты общепромышленного применения EI-7011 компании ВЕСПЕР, что позволяет бесступенчато регулировать частоту вращения вала и подшипников от 0 мин.
Способ использования
Усилие на штоке гидроцилиндра рассчитывают по площади поршня гидроцилиндра и давлению в соответствующей масляной магистрали, которое фиксируется контрольным манометром.
oceв
paд
Для обеспечения заданной нагрузки F и F на испытываемый подшипник открывают соответствующий двухходовой кран 30 (фиг. 8) и ручным гидравлическим насосом 28 создают давление Р в масляной магистрали, соответствующее заданной нагрузке (усилию), которое контролируют манометром 31, после чего двухходовой кран 30 закрывают.
Для снятия нагрузки с испытываемого подшипника открывают двухходовой кран, отворачивают разгрузочный вентиль 38 на корпусе ручного масляного насоса, после чего масло перетекает в резервуар масляного насоса 40 (фиг. 8).
Библиографические данные
1. Курчаткин В.В. Восстановление посадок подшипников качения сельскохозяйственной техники полимерными материалами. - Дисс…докт техн. наук. - М., 1989. - 327 с.
2. Ли, Р.И. Стенд для испытания подшипников качения на долговечность [Текст]: Патент на изобретение РФ №2344399. Заявл. 22.01.2007 / Ли Р.И., Щетинин М.В., Кондрашин С.И., Бочаров А.В. // Опубл. 20.01.2009. - Бюл. №2.