一种用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置

技术领域

本发明涉及一种轴承测量技术，尤其涉及一种用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置。

背景技术

轴承一般包括轴承外圈和轴承本体，轴承外圈设置有中空结构，轴承本体能够在轴承外圈的中空结构内转动，轴承本体上设置有轴承孔。轴承是一种被广泛用于汽车、高铁和航空航天器等承载轴上的常用部件，在服役过程中，承受各种动态荷载，如高速旋转、交变压力和交变温度等。轴承由于上述服役过程和前期加工过程中，所导致的残余应力，将直接影响轴承的失效模式和使用寿命，因此，定量表征这些残余应力的分布，有助于建立其与轴承失效模式的关系，从而优化轴承制造工艺和提高轴承服役寿命。中子能提供对工程部件内残余应变的无损定量检测且具有穿透能力最强的特点，然而，用中子原位测量轴承疲劳应变的技术与装置，目前在全世界范围内还没有，即还没有用中子原位测量轴承在疲劳荷载下的径向、环向和轴向应变的先例。因此本发明对于拓展轴承中子原位衍射实验的研究范围具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置，可用中子原位有效测量轴承在疲劳荷载下的径向、环向和轴向应变。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置，包括：

框架、轴承轴和轴承加载件，所述轴承轴可转动的设置在框架上，所述轴承轴用于穿设轴承本体上的轴承孔以与轴承装配，所述轴承加载件可在框架上径向移动并用于与轴承外圈活动接触以调节施加在轴承上的径向压力大小；

驱动机构，用于驱动所述轴承轴转动以使所述轴承轴能带动轴承本体在轴承外圈的中空结构内转动。

进一步地，所述轴承加载件上设置有用于供中子束线穿过的中子束通孔。

进一步地，所述轴承加载件上设置有安装口，所述安装口用于容置轴承以使所述轴承加载件能与轴承外圈紧密接触。

进一步地，还包括外力加载装置，所述外力加载装置可在框架上往靠近或远离轴承加载件的方向移动并将轴承加载件压紧固定在轴承外圈上以调节轴承加载件施加在轴承上的径向压力大小。

进一步地，还包括力传感器，所述外力加载装置通过力传感器与轴承加载件活动接触以将轴承加载件压紧固定在轴承外圈上，所述力传感器用于检测外力加载装置施加在轴承加载件上的压力大小。

进一步地，所述框架上设置有安装通孔，所述外力加载装置穿设于安装通孔内，所述外力加载装置可在安装通孔内往靠近或远离轴承加载件的方向移动并将轴承加载件压紧固定在轴承外圈上以调节轴承加载件施加在轴承上的径向压力大小。

进一步地，所述外力加载装置为加载螺杆，所述加载螺杆穿设于安装通孔内并与安装通孔螺纹连接以使所述加载螺杆与框架螺纹连接。

进一步地，所述加载螺杆上设置有加载手柄。

进一步地，所述加载手柄与加载螺杆可拆卸连接。

进一步地，所述框架可立式或卧式固定在中子谱仪样品台上。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

驱动机构驱动轴承轴转动，轴承轴带动轴承本体在轴承外圈的中空结构内转动，同时轴承加载件与轴承外圈接触并可在框架上径向移动进而能调节施加在轴承上的径向压力大小，能在轴承本体转动时结合不同大小的径向压力动态疲劳荷载加载，可实现定量高精度用中子原位测量轴承在疲劳荷载下所有应变分量的实验研究。

附图说明

图1为本发明实施例中用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置立式使用时的局部结构示意图；

图3为本发明实施例中用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置卧式使用时的局部结构示意图。

图中：1、框架；2、轴承轴；3、轴承加载件；4、驱动机构；5、中子束通孔；6、轴承本体；7、轴承外圈；8、力传感器；9、加载螺杆；10、加载手柄；11、底座；12、第一中子探测器；13、第二中子探测器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置，包括框架1、轴承轴2、轴承加载件3和驱动机构4，轴承轴2可转动的设置在框架1上，轴承轴2用于穿设轴承本体6上的轴承孔以与轴承装配，轴承加载件3可在框架1上径向移动并用于与轴承外圈7活动接触以调节施加在轴承上的径向压力大小，驱动机构4用于驱动轴承轴2转动以使轴承轴2能带动轴承本体6在轴承外圈7的中空结构内转动。

在上述结构的基础上，驱动机构4驱动轴承轴2转动，轴承轴2带动轴承本体6在轴承外圈7的中空结构内转动，同时轴承加载件3与轴承外圈7接触并可在框架1上径向移动进而能调节施加在轴承上的径向压力大小，能在轴承本体6转动时结合不同大小的径向压力动态疲劳荷载加载，可实现定量高精度用中子原位测量轴承在疲劳荷载下所有应变分量的实验研究。

作为本实施例中一种较佳的实施方式，轴承加载件3上设置有用于供中子束线穿过的中子束通孔5，有利于缩短入射和衍射中子束流路径，可利于实现定量高精度用中子原位测量轴承在疲劳荷载下所有应变分量的实验研究。

在本实施例中，轴承加载件3上设置有安装口，安装口用于容置轴承以使轴承加载件3能与轴承外圈7紧密接触，可利于轴承加载件3能与轴承外圈7紧密接触以提高施加径向压力的效果，中子束通孔5与安装口连通，有利于入射中子束流经中子束通孔5穿过安装口内的轴承被测部位材料，缩短入射和衍射中子束流路径。

具体地，该安装口为弧形开口，有利于使轴承加载件3的内壁与轴承外圈7的表面紧密贴合。

作为优选的实施方式，该用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置还包括外力加载装置，外力加载装置可在框架1上往靠近或远离轴承加载件3的方向移动并将轴承加载件3压紧固定在轴承外圈7上以调节轴承加载件3施加在轴承上的径向压力大小。这样，使轴承加载件3通过外力加载装置与框架1可拆卸连接，进而可更换不同尺寸的轴承加载件3，轴承可拆卸装配于轴承轴2上，从而可实现不同尺寸轴承的各种动态疲劳荷载加载实验研究。

在具体实施时，轴承与轴承轴2之间可通过键和键槽的配合实现可拆卸连接，以利于在轴承轴2安装不同尺寸的轴承进行各种动态疲劳荷载加载实验研究。

作为优选的实施方式，该用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置还包括力传感器8，外力加载装置通过力传感器8与轴承加载件3活动接触以将轴承加载件3压紧固定在轴承外圈7上，力传感器8用于检测外力加载装置施加在轴承加载件3上的压力大小，即可根据力传感器8检测到的压力值大小控制外力加载装置移动以调节轴承加载件3施加在轴承上的径向压力大小，实现对轴承在不同大小的径向压力动态疲劳荷载加载的有效控制。

在本实施例中，力传感器8可显示施加在轴承加载件3上的压力值大小，即能够检测施加在轴承上的径向压力值大小。

在本实施例中，中子束通孔5的轴线与力传感器8的轴线相交形成45°夹角，可利于实现定量高精度用中子原位测量轴承在疲劳荷载下所有应变分量的实验研究。

在本实施例中，框架1上设置有安装通孔，外力加载装置穿设于安装通孔内，外力加载装置可在安装通孔内往靠近或远离轴承加载件3的方向移动并将轴承加载件3压紧固定在轴承外圈7上以调节轴承加载件3施加在轴承上的径向压力大小。这样，通过框架1对外力加载装置实现有效支撑，可便于外力加载装置在框架1上往靠近或远离轴承加载件3的方向移动，从而便于更好的控制轴承在不同大小的径向压力动态疲劳荷载加载。

更佳的实施方式是，外力加载装置为加载螺杆9，加载螺杆9穿设于安装通孔内并与安装通孔螺纹连接以使加载螺杆9与框架1螺纹连接。这样，可通过使加载螺杆9在安装通孔中旋转以调节加载螺杆9的位置，加载螺杆9的旋入量可控，使加载螺杆9能将轴承加载件3压紧固定在轴承外圈7上并可调节轴承加载件3施加在轴承上的径向压力大小，通过螺杆加载操作方便，精度高。

在本实施例中，加载螺杆9上设置有加载手柄10，可便于通过握持加载手柄10并使加载手柄10转动以驱使加载螺杆9在安装通孔中旋转并可更好的控制加载螺杆9的旋入量，有利于更好的控制施加在轴承上的径向压力大小。

在本实施例中，加载手柄10与加载螺杆9可拆卸连接，便于拆装。

作为优选的实施方式，加载螺杆9上设置有连接通孔，加载手柄10穿设连接通孔并凸出于加载螺杆9，可利于快速拆装。

在本实施例中，框架1可立式或卧式固定在中子谱仪样品台上，即可实现轴承轴2的立式和卧式放置以实现装置的立式使用和卧式使用，可实现定量高精度测量轴承，在疲劳荷载下所有应变分量的优化互补。

在本实施例中，驱动机构4为电机，使该用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置结构简单而紧凑，机械传动稳定可靠，可有效驱动轴承轴2转动。具体地，电机可驱动轴承轴2以不同速度转动，即使轴承本体6能以不同速度转动，同时轴承加载件3可向轴承外圈7施加不同大小的径向压力，可实现轴承不同转速结合不同大小的径向压力动态疲劳荷载加载。

在其它实施例中，驱动机构4可以为气缸、油缸等。

在本实施例中，该用于中子原位测量轴承疲劳应变的装置还包括底座11，驱动装置通过底座11安装框架1上，如此，可实现驱动装置的有效安装，即能实现电机的有效安装。

立式使用时，如图2所示，中子入射和衍射束线均在XY平面内，且入射中子束线和加载螺杆9及力传感器8轴线成45°夹角，入射中子束流r经中子束通孔5穿过轴承被测部位材料后，所得衍射中子束流y信号，被轴承加载件3两侧的第一中子探测器12和第二中子探测器13收集到后，即可同时获得轴承的径向应变j和环向应变hl，且此时径向应变j的测量精度，受益于其衍射中子束流y路径最短而高于环向应变hl的测量精度，故后者暂可忽略不计。卧式使用时，如图3所示，中子入射和衍射束线均在XZ平面内，并使入射中子束线和轴承轴2的轴线成45°夹角，相似的，入射中子束流r穿过轴承被测部位材料后，所得衍射中子束流y信号，被第一中子探测器12和第二中子探测器13所收集，而此时衍射中子束流y路径，对于同一测量部位的环向应变hw和轴向应变z都是最短的，从而互补了立式使用时环向应变测量精度不高的缺陷，同时获得了高精度的轴向、特别是最受关注的轴承的环向应变，实现了定量高精度测量轴承，在疲劳荷载下所有应变分量的实验研究。

测试过程中，电机提供不同转速并驱动轴承轴2和轴承本体6转动，加载螺杆9提供轴承承受的径向压力，通过控制加载螺杆9旋入量的大小，轴承可承受并由力传感器8显示的不同大小的外力。因此，本装置能实现用中子原位测量轴承在疲劳荷载下所有高精度应变分量测试的实验研究，拓展了原位中子衍射实验的研究范围。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。