CN103335848A - 一种旋转件甩射油滴试验装置及油滴模式转捩测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种旋转件甩射油滴试验装置及油滴模式转捩测定方法，包括动力及转速调节系统、圆盘腔机械本体、润滑油供给系统及摄像系统，动力及转速调节系统包括电动机和转速测量装置，圆盘腔机械本体包括旋转轴支承部件和圆盘腔部件，润滑油供给系统为圆盘腔部件中的喷嘴供给定量可调的润滑油。本发明通过动力及转速调节系统能够动态调节转速，且当转盘为凹形转盘时，能够有效的模拟滚动轴承的甩油结构，从而能够在近似滚动轴承甩油结构条件下进行旋转件油滴生成模式的动态测定。

Description

一种旋转件甩射油滴试验装置及油滴模式转捩测定方法

技术领域

本发明涉及一种试验装置及测定方法，具体为一种旋转件甩射油滴试验装置及油滴模式转捩测定方法。

背景技术

环下供油是滚动轴承的一种润滑方式，因其较高的润滑效率而广泛应用于诸如航空发动机主轴支承轴承上。润滑油在润滑完滚动轴承后附着在轴承滚子、保持架及运动套圈上，而后在上述旋转件的拖拽及离心力的作用下形成油滴，一般说来会有直接形成油滴、油带-油滴和油膜-油滴三种不同的油滴生成模式，并且油滴生成模式随旋转件尺寸、转速及润滑油量不同而从一种模式转捩成另外模式，油滴的形成模式是航空发动机润滑系统设计重要的参考指标。目前，旋转件甩射油滴及油滴形成模式的确定在理论上仍较难以定量描述，因此需要设计相应试验装置并进行油滴模式转捩的测定。

文献“Droplet Generation by Disintegration of Oil Films at the Rim of a RotatingDisk.Glahn A,Busam S,et al.Journal of Engineering for Gas Turbines and Power.2002,124(1):117-124”公开了一种旋转圆盘边缘油膜破裂成油滴的试验装置，论文的作者使用PDPA技术测定了几种特定转速下油滴的分布直径，根据该论文的阐述，该试验装置不能动态调节转速及进行油滴生成模式的测定。并且该装置的甩油旋转件为一平盘，润滑油在旋转件流出位置的几何结构与滚动轴承差异很大。

发明内容

要解决的技术问题

为了能够在近似滚动轴承甩油结构条件下进行旋转件油滴生成模式的动态测定，本发明提出了一种旋转件甩射油滴试验装置及油滴模式转捩测定方法。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：包括动力及转速调节系统、圆盘腔机械本体、润滑油供给系统及摄像系统；

动力及转速调节系统包括电动机和转速测量装置，电动机通过联轴器带动旋转轴转动，且转速测量装置测量旋转轴转速；

圆盘腔机械本体包括旋转轴支承部件和圆盘腔部件；旋转轴支承部件包括底座、轴承座、滚动轴承和旋转轴；底座支撑轴承座，旋转轴穿过轴承座并且通过滚动轴承与轴承座配合；圆盘腔部件包括腔体、转盘、喷嘴接头、喷嘴罩和喷嘴；腔体采用透明材料制成；腔体一端面与轴承座一端面贴合固定连接，旋转轴一端伸入腔体内，且旋转轴端部与转盘同轴固定连接，旋转轴能够带动转盘转动；在腔体另一端面上安装有喷嘴接头，喷嘴接头与喷嘴同轴连接，在喷嘴外安装有喷嘴罩，喷嘴与转盘同轴；腔体环形侧面上开有回油口；

润滑油供给系统包括油箱，供油泵；供油管路通入喷嘴接头，回油管路联通腔体的回油口与油箱；润滑油供给系统给喷嘴供给定量可调的润滑油；

摄像系统包括高速相机，高速相机透过腔体拍摄转盘边缘形成的油滴。

所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：所述喷嘴罩两端为连接法兰，喷嘴罩一端连接法兰与腔体内端面固定连接；喷嘴罩另一端连接法兰与喷嘴的喷射端固定连接，且该连接法兰外端面与喷嘴喷射端面齐平。

所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：动力及转速调节系统还包括有塑料外壳断路器、无线电干扰器、滤波器、接触器、变频器、输出电路滤波器；塑料外壳断路器上游与外部电源相联，塑料外壳断路器下游依次连接无线电干扰器、滤波器、接触器、变频器、输出电路滤波器、电动机；变频器通过频率变化调节电动机及旋转轴转速。

所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：转盘为凹形转盘，喷嘴罩一端连接法兰嵌入凹形转盘的凹槽，且连接法兰与凹形转盘之间形成环形缝隙。

所述一种旋转件甩射油滴模式转捩测定方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：设置动力及转速调节系统中变频器的频率变化规律为匀加速变化；调节润滑油供给系统输出润滑油流量恒定；

步骤2：启动变频器和高速相机，高速相机拍摄转盘匀加速至设置转速过程中的油滴生成图像，得到在步骤1确定的润滑油流量下的油滴模式转捩对应的转速；

步骤3：改变设定的润滑油流量，重复步骤1～步骤2，得到不同润滑油流量下的油滴模式转捩对应的转速。

有益效果

本发明通过动力及转速调节系统能够动态调节转速，且当转盘为凹形转盘时，能够有效的模拟滚动轴承的甩油结构，从而能够在近似滚动轴承甩油结构条件下进行旋转件油滴生成模式的动态测定。

附图说明

附图1是本发明中试验装置的结构示意图；

附图2是本发明中试验装置的动力及转速调节系统示意图；

附图3是本发明中试验装置的旋转轴支承部件示意图；

附图4是本发明中试验装置的圆盘腔部件示意图；

附图5是本发明中试验装置的润滑油供给系统示意图；

附图6是本发明中试验装置的摄像系统示意图；

附图7是本发明中试验装置的旋转轴支承部分结构示意图；

附图8是本发明中试验装置的左侧板结构示意图；

附图9是本发明中试验装置的平转盘结构示意图。

其中动力及转速调节系统1中包含：

5.变频器  6.380V三相交流电源   7.塑料外壳断路器   8.无线电干扰器

9.滤波器  10.接触器            11.输出电路滤波器  12.电动机

13.联轴器 14.磁电转速传感器    15.转速显示表      16.USB-RS485转换器

圆盘腔机械本体2包含：

17.底板    18.长肋板  19.横板      20.短肋板      21.支承板

22.轴承座  23.轴承    24.旋转轴    25.测速齿轮    26.轴承盖

27.左侧板  28.筒体    29.右侧板    30.接头支承盘  31.喷嘴接头

32.喷嘴    33.喷嘴罩  34.凹形转盘  35.平转盘      36.转盘销

润滑油供给系统3包含：

37.油箱        38.网式粗过滤器  39.液位计    40.齿轮泵

41.齿轮泵电机  42.直动型溢流阀  43.连接管路  44.节流阀

45.流量计      46.单向阀        47.截止阀    48.压力表

49.空气过滤器

摄像系统4包含：

50.计算机  51.高速相机

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明：

参照附图1，本实施例所述的旋转件甩射油滴试验装置包括动力及转速调节系统1、圆盘腔机械本体2、润滑油供给系统3和摄像系统4。

动力及转速调节系统1用于提供旋转轴动力并测量旋转轴转速。参照附图2，本实施例中，变频器5上游依次连接的接触器10、滤波器9、无线电干扰器8、塑料外壳断路器7和308V三相交流电源6可以实现为变频器5提供稳定、不受干扰的交流电源，并作为总开关控制变频器5的启停。变频器5与电动机12之间加装输出电路过滤器11是进一步稳定供给电动机12的电流。电动机12通过联轴器13与圆盘腔机械本体中的旋转轴连接并带动旋转轴转动。变频器5经过USB-RS485转换器16连接计算机50，计算机50上安装的变频器控制程序可以调节变频器5的输出电流频率从0Hz匀加速至某一指定频率，进而实现凹形转盘34转速的匀加速变化。磁电转速传感器14将固定在旋转轴24上测速齿轮25轮齿的转角位移转换成反映转速的电信号并在转速显示表15上显示转速。

参照附图3和附图4，圆盘腔机械本体2包括旋转轴支承部件和圆盘腔部件。

旋转轴支承部件包括底座、轴承座22、滚动轴承23和旋转轴24。参照附图7，底板17、长肋板18、横板19、短肋板20、支承板21焊接组成底座，轴承座22焊接在底座上方，底座支撑轴承座。旋转轴24穿过轴承座22并且通过滚动轴承23与轴承座22配合。滚动轴承两侧的轴承盖26通过螺栓与轴承座22固联并限定滚动轴承23与轴承座22的轴向位移。

参照附图4，圆盘腔部件包括腔体、凹形转盘34、喷嘴接头31、喷嘴罩33和喷嘴32。腔体采用透明的有机玻璃制作，腔体包括左侧板27、筒体28和右侧板29。左侧板和右侧板台阶柱面嵌入筒体内圆柱面，螺栓分别将左侧板和右侧板固联在筒体上，左侧板、筒体和右侧板三者同心。左侧板无台阶面的侧面与轴承座贴合，并使用螺栓将左侧板固联在轴承座上。旋转轴一端伸入腔体内，旋转轴端部与凹形转盘同轴固定连接，且旋转轴能够带动凹形转盘转动，凹形转盘位于筒体中央。本实施例中，旋转轴24一端有垂直于轴心的锥形通孔，凹形转盘34端部亦有锥形通孔，当凹形转盘34套在旋转轴24端部后，旋转轴24与凹形转盘34的锥形孔同心，销36穿入锥形孔，并与旋转轴24锥形孔过盈配合，实现旋转轴24与凹形转盘34的固联。

参照附图4，右侧板29有台阶面的侧面通过螺栓固联有喷嘴罩33，喷嘴罩轴心与旋转轴轴心重合；右侧板另一侧通过螺钉固联有接头支承盘30。喷嘴接头31的长螺纹段穿入接头支承盘孔内，螺母将喷嘴接头固定在接头支承盘上；喷嘴接头的另一端螺纹固定有喷嘴32。喷嘴32有润滑油喷射孔的一端嵌入喷嘴罩33内端连接法兰的圆孔中，喷嘴32及喷嘴罩33内端连接法兰端面平齐并与凹形转盘34凹槽内圆形面相对，喷嘴喷射滑油的小圆孔与凹形转盘中央相对，并能够将润滑油喷射到凹形转盘的中央；喷嘴罩的法兰盘嵌入凹形转盘的凹槽中，喷嘴罩与凹形转盘有环形缝隙，润滑油从环形间隙中流出并最终破裂成油滴。

筒体正下方有垂直筒体轴线的排油螺纹孔，并与润滑油供给系统的回油管连接。喷嘴接头位于筒体之外的螺纹段与润滑油供给系统的供油管路连接。转速显示表安装在左侧板的矩形孔内，两枚螺钉将转速显示表固定在左侧板上，转速显示表显示屏与左侧板侧面平齐，显示屏朝向筒体内部。

参照附图5，润滑油供给系统3为喷嘴32供给定量可调的润滑油。油箱37装载润滑油，齿轮泵40在齿轮泵电机41的驱动下将装在油箱37的润滑油经网式粗过滤器38后吸出泵入供油管路，供油管路上通过油管依次连接有连接管路43、节流阀44、流量计45、单向阀46；供油管路末端与接头31连接；在连接管路下游连接直动型溢流阀42；单向阀46下游管路分支连接截止阀47和压力表48；回油管路末端连接筒体28的回油孔，然后连接直动型溢流阀42和油管，油管末端通入油箱37；油箱上有液位计39和空气过滤器49。

参照附图6，摄像系统4中高速相机51连接计算机50，并将记录的凹形转盘34边缘油滴形成模式及转速显示表15上显示的转速图像同时记录在计算机50的磁盘上，可根据图像判断油滴形成模式与转速的对应情况。

参照附图9，平转盘35是凹形转盘34的一种替代旋转件结构，并且平转盘35与旋转轴24的连接方式和凹形转盘34相同。

本实施例在进行油滴模式转捩测定时，首先使用计算机50上的变频器控制程序编写变频器5输出频率随时间匀加速的命令，并将命令下传到变频器5；结合流量计45调节润滑油供给系统的节流阀44开闭的大小，设置润滑油流量为一恒定数值；开启高速相机51，并使用计算机50开始记录高速相机拍摄的凹形转盘34边缘附近区域的图像；开启变频器5，使凹形转盘34匀加速至设置的转速；根据计算机50记录的图像查看油滴生成模式，及模式转捩时转速显示表15显示的转速；即确定了在这一润滑油流量下油滴模式转捩对应的转速。改变润滑油量，重复上述步骤，确定新润滑油量下，油滴模式转捩对应的转速。多次试验即可获得油滴转捩时对应的转速和滑油流量的数据样本。

Claims (5)

1.一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：包括动力及转速调节系统、圆盘腔机械本体、润滑油供给系统及摄像系统；

动力及转速调节系统包括电动机和转速测量装置，电动机通过联轴器带动旋转轴转动，且转速测量装置测量旋转轴转速；

圆盘腔机械本体包括旋转轴支承部件和圆盘腔部件；旋转轴支承部件包括底座、轴承座、滚动轴承和旋转轴；底座支撑轴承座，旋转轴穿过轴承座并且通过滚动轴承与轴承座配合；圆盘腔部件包括腔体、转盘、喷嘴接头、喷嘴罩和喷嘴；腔体采用透明材料制成；腔体一端面与轴承座一端面贴合固定连接，旋转轴一端伸入腔体内，且旋转轴端部与转盘同轴固定连接，旋转轴能够带动转盘转动；在腔体另一端面上安装有喷嘴接头，喷嘴接头与喷嘴同轴连接，在喷嘴外安装有喷嘴罩，喷嘴与转盘同轴；腔体环形侧面上开有回油口；

润滑油供给系统包括油箱，供油泵；供油管路通入喷嘴接头，回油管路联通腔体的回油口与油箱；润滑油供给系统给喷嘴供给定量可调的润滑油；摄像系统包括高速相机，高速相机透过腔体拍摄转盘。

2.根据权利要求1所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：所述喷嘴罩两端为连接法兰，喷嘴罩一端连接法兰与腔体内端面固定连接；喷嘴罩另一端连接法兰与喷嘴的喷射端固定连接，且该连接法兰外端面与喷嘴喷射端面齐平。

3.根据权利要求2所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：转盘为凹形转盘，喷嘴罩一端连接法兰嵌入凹形转盘的凹槽，且连接法兰与凹形转盘之间形成环形缝隙。

4.根据权利要求3所述一种旋转件甩射油滴试验装置，其特征在于：动力及转速调节系统还包括有塑料外壳断路器、无线电干扰器、滤波器、接触器、变频器、输出电路滤波器；塑料外壳断路器上游与外部电源相联，塑料外壳断路器下游依次连接无线电干扰器、滤波器、接触器、变频器、输出电路滤波器、电动机；变频器通过频率变化调节电动机及旋转轴转速。

5.一种采用权利要求1所述装置的旋转件甩射油滴模式转捩测定方法，其特征在于：

采用以下步骤：

步骤1：设置动力及转速调节系统中变频器的频率变化规律为匀加速变化；调节润滑油供给系统输出润滑油流量恒定；

步骤2：启动变频器和高速相机，高速相机拍摄转盘匀加速至设置转速过程中的油滴生成图像，得到在步骤1确定的润滑油流量下的油滴模式转捩对应的转速；

步骤3：改变设定的润滑油流量，重复步骤1～步骤2，得到不同润滑油流量下的油滴模式转捩对应的转速。

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