CN101876590B - 水润滑动压与静压径向滑动轴承综合性能试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水润滑动压与静压径向滑动轴承综合性能试验台，包括箱体和穿过箱体的主轴，主轴在箱体内的部分套有径向滑动轴承，轴承固定于轴承座内，轴承座置于固定在箱体底部的加载缸体中，两者之间的间隙形成静压水腔并与加载接管相连通。主轴和轴承间的间隙与进水管相连通，箱体侧壁上设有排水管。在靠近轴承处设有测量主轴横向和纵向位移的位移传感器，主轴与轴承的配合面上安放有压力传感器和温度传感器，主轴的输入端安放有转矩转速传感器。本发明采用纯水润滑，能模拟各种工况，测试水膜压力、温度、厚度、摩擦系数、轴心位移、偏位角等参数信息，为水液压泵、马达及相关水润滑机械中径向滑动轴承的设计提供有价值的依据。

Description

水润滑动压与静压径向滑动轴承综合性能试验台

技术领域

本发明涉及轴承性能测试领域，特别是涉及一种用于径向滑动轴承的综合性能测试试验台。

背景技术

纯水液压传动是现代液压研究领域的前沿方向之一。由于纯水来源广泛，阻燃性好，价格低廉，无污染等优点，使得纯水液压传动技术在工业生产和其它领域有着十分广泛的应用前景。而纯水液压泵和液压马达是纯水液压系统的核心元件，其性能的好坏直接影响着整个纯水液压系统的可靠性。径向滑动轴承作为此类元件的关键部件，其结构形式及基本参数直接影响着水液压泵或马达的性能、可靠性和使用寿命。滑动轴承承载能力大，旋转精度高，而且径向尺寸小的优点也使得泵或马达的整体尺寸和结构更为紧凑，更加方便地应用于船舰潜艇等对尺寸空间要求严格的特殊场合。

现有的径向滑动轴承试验台一般采用油润滑，水润滑的试验台非常少，而且现有的水润滑试验台一般具有很强的针对性，比如针对核电主泵、火箭发动机涡轮泵中滑动轴承等，测试的性能参数主要是在这种特定环境中对其影响最大的，如单一的温度、压力等，轴承的润滑条件也一般只是动压润滑，实验的工况与参数等都相对单一。目前并未出现针对水液压泵和马达及相关水润滑机械的大负荷、高速度的动压与静压径向滑动轴承试验台。

发明内容

本发明的目的在于针对现有滑动轴承试验台存在的不足，提供一种针对纯水液压泵和马达及相关水润滑机械的水润滑动压与静压径向滑动轴承综合性能试验台，用于测试不同试验参数和变工况条件下的动压与静压滑动轴承，能很好的模拟实际情况，提供有价值的参数数据。

水润滑动压与静压径向滑动轴承综合性能试验台，包括一箱体，主轴4穿过该箱体，主轴4在箱体内的中间部分表面套有待测径向滑动轴承9，径向滑动轴承9固定于轴承座7内，轴承座7的底端具有圆柱形凸台；箱体内的底部固定有加载缸体2，加载缸体2的上端开有圆柱形凹槽，轴承座7的凸台置于加载缸体2的凹槽内，凹槽与凸台之间的间隙形成静压水腔，静压水腔与穿过箱体侧壁的加载接管14相连通；至少一个进水管8穿过箱体侧壁与主轴4和径向滑动轴承9之间的间隙相连通，箱体侧壁底端还设有一个排水管13；在靠近主轴4的位置设有两个分别用于测量主轴横向和纵向位移的位移传感器，在主轴4与径向滑动轴承9的配合面的中心处分别安放有一个压力传感器和温度传感器，主轴4的输入端安放有转矩转速传感器。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本试验台滑动轴承采用纯水润滑，润滑水通过设在轴承座的进水管进入轴承进行润滑，压力水通过设在加载缸体的加载接管进入静压水槽进行加载，实现对水润滑静压与动压滑动轴承的性能全面的测试。

2、本试验台结构简单，操作方便，可以十分方便的改变实验滑动轴承与配合主轴的材料特性、轴承的宽径比、相对间隙、润滑方式，进行轴承不同结构特性的实验。

3、本试验台液压系统仅使用一个水液压泵就能实现液压加载与润滑，避免了使用两个泵，系统集成性十分良好，而且可以实现动压与静压水润滑，调节液压元件就可以方便的改变系统加载压力、供水压力，进行不同工况的实验。

4、试验台采用变频器调节的交流电机经过转矩转速传感器驱动主轴进行运转，可以方便的改变主轴的输入转速，进行不同线速度实验，通过转矩转速传感器可以测试系统的摩擦系数。

5、系统采用两个位移传感器测试水膜的厚度，可以换算出轴心的位置和偏位角，可以很直观的表示出轴的运动状态。将压力和温度传感器分别安装在压力传感器安装套和温度传感器安装套，再一起安装在轴上，可以有效地保护传感器，测量滑动轴承一周连续的水膜的压力和温度。

作为纯水润滑的动压与静压滑动轴承性能测试研究的实验平台，主要完成轴承不同的结构参数(宽径比，相对间隙)、润滑方式(动压，静压)、工作条件(速度，负载)、轴承材料等参数对轴承性能影响的实验，实验的载荷、速度等范围很广，可以模拟不同的实际工况。同时，测试的性能参数包括水膜压力、温度、厚度、摩擦系数、轴心位移、偏位角等，比较全面广泛，为水液压泵和马达及相关水润滑机械中径向滑动轴承的选型及设计提供一定价值的参考和依据。

附图说明

图1是本发明的一个实施例机械结构的示意图。

图2是图1的左视图。

图3是实施例加载结构示意图。

图4是实施例的轴承座结构示意图。

图5是图4的右视图。

具体实施方式

本发明的设计思路为：电机带动主轴运转，通过变频器调节电机的转速以调节轴的不同转速，满足试验时轴不同线速度的工况要求。主轴中心部分由安装在轴承座中的滑动轴承支承，液压系统中的压力水通过作用在轴承座上实现对系统的加载。通过改变滑动轴承以及相配合轴承座的宽度，改变实验轴承的宽径比，可实现不同宽径比轴承的性能试验。通过调节液压系统中的相关液压元件，以适应动压和静压润滑的需要，动压试验时，液压系统对滑动轴承通入无压力的水进行润滑；静压试验时，调节液压系统中的溢流阀以满足不同进水压力的实验工况需要。主轴两端使用滚动轴承支承。滑动轴承与滚动轴承之间采用封水盘进行隔离，防止润滑水进入滚动轴承中。试验台通过布置位移传感器、压力传感器、温度传感器以及转矩转速传感器来测量水膜厚度、压力、温度以及摩擦系数，并将这些性能参数通过图形化的方式实时显示。

本发明的一个实施例结合附图说明如下：

如图1、图2、图3所示，本水润滑动压与静压径向滑动轴承试验台包括机械系统、液压系统和信号测试系统。

机械系统采用变频器调节的交流电机经过转矩转速传感器驱动主轴4进行运转，主轴4的中心部分由安装在轴承座7中的滑动轴承9支承，轴承座7的下部做成一个液压缸活塞的形式，置于固定在箱体座1里的加载缸体2中，两者相当于一个液压缸结构，液压系统中的压力水通入两者之间形成的静压水腔，通过作用在轴承座7上实现对系统的加载，调节液压系统通水压力就可以调节加载压力的大小。主轴4两端的脂润滑滚动轴承3固定于一个箱体座1和箱体盖5侧壁之间，再与前盖板16和后盖板15组成一个密闭的箱体，滚动轴承3和滑动轴承9采用外圆为多头螺纹的封水盘11隔开，封水盘11使用两个90度布置的销钉12固定于主轴4上，采用O型密封圈10进行密封，流入密闭容腔中的润滑水通过排水管接头13排出。

液压系统包含采用同一水液压泵供水的水压润滑系统和水压加载系统，通过对润滑系统相关元件的调整可以分别对滑动轴承9实现动压与静压润滑。实例中，润滑系统的润滑水通过穿过箱体的四个入水管8进入轴承进行润滑，加载系统的压力水通过穿过箱体的加载接管14进入静压水槽进行加载；

信号测试系统包括传感器、数据采集系统和显示设备。主轴4的输入端安有转矩转速传感器；在滑动轴承9侧面垂直和水平方向的位移传感器安装架6上分布两个位移传感器，用来测量水膜厚度、轴心位移及偏位角；在主轴4上与滑动轴承9配合面中心处(优选相隔90度)分别布置一个压力传感器安装套17和温度传感器安装套18，分别安装压力和温度传感器，以测量360度水膜的压力和温度。位移传感器的信号由导线直接引入到数据采集卡中，压力和温度传感器的信号线要通过主轴4中心孔引出，通过滑环将旋转信号转化为不旋转信号再引入到数据采集卡，传感器信号通过数据采集卡输入到计算机中，进行滑动轴承9性能参数的计算处理，并以图形化的形式显示结果。

如图4、图5，轴承宽径比的改变可以通过改变轴承座7上部与滑动轴承9配合的宽度，而不改变轴承座7下部与加载缸体2配合的直径，就可以在不改变加载系统结构的情况下，改变滑动轴承9的宽径比，实现不同宽径比的实验要求。

试验台的主要设计参数如下：

(1)滑动轴承宽径比变化范围：0.6～1.5；

(2)加载力的范围：0～10000N；

(3)主轴转速范围：50～3000rpm；

(4)滑动轴承内径：80mm；

(5)滑动轴承材料：PEEK(可变)；

(6)主轴材料：17-4PH(可变)；

(7)加载与润滑介质：纯水。

1.水膜压力测量：

利用安装在压力传感器安装套17中的压力传感器直接测量。

2.水膜温度测量：

利用安装在温度传感器安装套18中的温度传感器直接测量。

3.水膜厚度和偏位角测量：

利用安装在滑动轴承9侧面垂直和水平方向的两个位移传感器安装架6上的两个位移传感器分别测量轴4X方向和Y方向的位移。以此测量出偏心量e，进而根据滑动轴承9与主轴4的半径间隙h₀计算出最小水膜厚度h_min和偏位角φ。

加载完毕后，轴处在滑动轴承最低点，此时作为测试的起点。当轴正常运行浮起后，垂直方向传感器检测垂直方向的位移为y，水平方向传感器检测水平方向的位移为x，则偏心量e，可由下式求出：

$e=\sqrt{{(h_0-y)}^2+x^2}$

则，最小水膜厚度：

h_nin＝h₀-e

偏位角φ可以用下式求出：

$\mathrm{\φ}=\arctan \frac{x}{h_0-y}$

4.摩擦系数测量：

利用转矩转速传感器间接测量。

主轴4通过电机驱动，电机与主轴4之间连接转矩转速传感器，该转矩转速传感器所测得的转矩即为摩擦转矩T，其同时包含滑动轴承和滚动轴承摩擦力矩，但滚动轴承摩擦力矩相对滑动轴承的很小，可以忽略，则滑动轴承摩擦系数f即可通过摩擦转矩T求得：

$T=\frac{D}{2}\·F=\frac{D}{2}\·f\·N$

式中：T——摩擦转矩；

f——摩擦系数；

D——滑动轴承内径；

F——摩擦力；

N——加载力，由加载系统提供。

则，通过上式，可以求出摩擦系数f： $f=\frac{2T}{\mathrm{DN}}$

Claims (4)

1.水润滑动压与静压径向滑动轴承综合性能试验台，包括一箱体，主轴(4)穿过该箱体，主轴(4)在箱体内的部分表面套有待测径向滑动轴承(9)，径向滑动轴承(9)固定于轴承座(7)内，轴承座(7)的底端具有圆柱形凸台；箱体内的底部固定有加载缸体(2)，加载缸体(2)的上端开有圆柱形凹槽，轴承座(7)的凸台置于加载缸体(2)的凹槽内，凹槽与凸台之间的间隙形成静压水腔，静压水腔与穿过箱体侧壁的加载接管(14)相连通；至少一个进水管(8)穿过箱体侧壁与主轴(4)和径向滑动轴承(9)之间的间隙相连通，箱体侧壁底端还设有一个排水管(13)；在靠近主轴(4)的位置设有两个分别用于测量主轴横向和纵向位移的位移传感器，在主轴(4)上的与径向滑动轴承(9)配合面的中心处安放有一个压力传感器和一个温度传感器，主轴(4)的输入端安放有转矩转速传感器。

2.根据权利要求1所述的综合性能试验台，其特征在于，主轴(4)的两端分别通过一固定于箱体侧壁的脂润滑滚动轴承(3)支承，在脂润滑滚动轴承(3)与箱体侧壁间的主轴上套有封水盘(11)。

3.根据权利要求2所述的综合性能试验台，其特征在于，所述封水盘(11)的外环圆周面加工为多头螺纹，螺纹旋向与主轴(4)转向相反。

4.根据权利要求3所述的综合性能试验台，其特征在于，在封水盘(11)与主轴(4)的接触面上设有O型密封圈。

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