CN105486505A - 单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置 - Google Patents

单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置 Download PDF

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邓文辉
韩清凯
李学军
何宽芳
沈意平
宾光富
伍济钢
蒋玲莉
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Abstract

本发明公开了一种单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，包括变频电机、实验主轴、两轴承座、加载支架、双排滚动轴承、轴向加载装置和径向加载装置；两轴承座和变频电机安装在实验台底座上，实验主轴支撑在两轴承座上，与变频电机连接；轴向加载装置和径向加载装置位于两轴承座之间；实验主轴上安装有双排滚动轴承，双排滚动轴承安装于轴承衬套内，轴承衬套安装在实验台底座上；轴承衬套上安装有温度传感器和加速度振动传感器，本发明通过轴向加载装置和径向加载装置对双排滚动轴承轴向加载和径向加载，能够同时对被测的双排滚动轴承精确地施加轴向、径向载荷；本发明能够用于模拟高温、高DN值复杂工况下发动机主轴轴承的综合性能。

Description

单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验设备，尤其是涉及一种单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置。
背景技术
轴承作为旋转机械中关键零部件之一，其性能直接影响着旋转机械的性能与寿命。特别是在航空航天领域，以航空发动机主轴轴承为例，压气机和涡轮主轴均使用滚动轴承支承。通常在压气机端使用球轴承以确定主轴位置，涡轮端使用圆柱滚子轴承便于吸收受热后主轴轴向的热膨胀位移。航空发动机采用滚动轴承的基本原因是最大限度地减轻重量，减小摩擦和功率损失，减少滑油量和冷却需求量，并且能够经受大的短时过载。在结构设计上航空发动机支撑结构都会经过卸荷设计，对于卸荷设计后发动机转子上的轴向力仍然较大，则一般在一个支撑点上采用两个滚动轴承并列，成为双排滚动轴承支撑结构，其方式主要有一个支点两个滚珠轴承并用或者一个支点上滚珠与滚柱并用。
目前，航空滚动轴承正朝着大推重比、高可靠性、高耐久性、低耗油率、低成本等方向的发展。通过对近年来众多航空发动机主轴轴承的失效统计可以发现：随着轴承材料的发展，轴承钢和更好的W或Mo系工具钢的性能的不断改进，主轴轴承的疲劳寿命已得到大大的提高，在高速主轴轴承的各类失效中疲劳已不是主要问题，而由于轴承的高DN值所带来的轴承磨损加速、温升过高、冲击频繁、润滑不良以及振动等原因导致的轴承失效已经取代轴承的疲劳破坏成为轴承的主要破坏因素，严重的甚至会带来抱轴和断轴这样的灾难性破坏。并且现有的研究技术大都针对单个滚动轴承进行研究，对于单支点两个滚珠轴承并用或者单支点上滚珠与滚柱并用情况研究较少，特别是在高DN运转下轴承的旋转运动接触摩擦产生的摩擦热以及高速旋转时润滑油搅拌形成的搅拌热。因此，开展单支点双排滚动轴承轴承在高DN高温复杂工况下的振动稳定性及轴承的动态特性研究，对提高航空发动机主轴轴承的可靠性具有非常重要的意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种针对单支点双排滚动轴承式支撑式转子，能够在同时承受轴向、径向联合重载荷及变转速工况下，精确地测量双排滚动轴承的温升、振动特性的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置。
本发明采用的技术方案是：包括实验台底座、变频电机、实验主轴、两轴承座、加载支架、双排滚动轴承、轴向加载装置和径向加载装置；所述的两轴承座和变频电机安装在实验台底座上，所述的实验主轴支撑在两轴承座上，与变频电机连接；轴向加载装置和径向加载装置位于两轴承座之间；实验主轴上安装有双排滚动轴承，双排滚动轴承安装于轴承衬套内，轴承衬套通过螺栓安装在实验台底座上；轴承衬套上安装有温度传感器和加速度振动传感器，温度传感器的探头靠近双排滚动轴承设置；
所述的轴向加载装置包括U型块、压力传感器及径向螺旋加载器；径向螺旋加载器安装在加载支架顶部的螺孔内；径向螺旋加载器与U型块的顶部连接，U型块的两底脚安装在轴承衬套顶部的通孔内，与双排滚动轴承的外圈接触；压力传感器安装在螺旋加载器和U型块之间；
轴向加载装置包括压力传感器、轴向螺旋加载器及轴承端盖；所述的轴承端盖安装在轴承衬套的端口处；轴向螺旋加载器沿轴向安装在加载支架靠近轴承端盖侧的螺旋加载口内，轴向螺旋加载器一端与轴承端盖连接；压力传感器安装在轴承端盖和轴向螺旋加载器之间。
上述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置中，所述的轴向加载装置在轴承端盖和双排滚动轴承的外圈之间设有挡圈。
上述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置中，所述的加载支架上设有喷油口，喷油口与润滑油加热自动喷油器连接，喷油口朝向双排滚动轴承的滚珠，轴承衬套的底部设有回油孔。
上述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置中，双排滚动轴承有两个角接触球轴承背对背或面对面安装组成，两个角接触球轴承的内圈之间设有轴承套环。
上述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置中，包括四个轴向螺旋加载器，四个轴向螺旋加载器在加载支架上对称分布，四个轴向螺旋加载器分别与轴承端盖连接，轴向螺旋加载器和轴承端盖之间设有压力传感器。
上述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置中，还包括负载电机，负载电机与实验主轴背向变频电机的一端连接；变频电机和负载电机通过电机支座安装在实验台底座上。
上述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置中，还包括防护罩，防护罩固定安装在实验台底座上，防护罩位于实验主轴、两轴承座及负载电机的外侧。
与现有技术先比，本发明的有益效果是：
1.本发明能够模拟发动机主轴双排滚动轴承在承受轴向、径向联合重载荷、变转速、高温、高DN复杂工况下轴承温升、振动特性、轴承疲劳寿命。径向力通过径向螺旋加载器、U型块将力施加在双排滚动轴承的外圈上，轴向力通过四个对称分布的轴向螺旋加载器施加在轴承端盖的端面上对被测双排轴承实现稳定加载；加载方式不仅结构简单、易操作，而且准确可靠。
2.本发明设有加速度针对传感器、温度传感器及压力传感器；加速度振动传感器用于测量被测轴承振动情况；温度传感器用于测量轴承温度变化；润滑装置能够确保被测轴承润滑充分；压力传感器用于精确测量被测轴承所承受轴向力和径向力；本发明能够用于模拟高温、高DN值复杂工况下发动机主轴轴承的综合性能，为我国航空航天领域高端轴承的开发提供科学技术依据和实验平台支撑。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的轴向、径向加载局部放大视图。
图3为本发明的加载支架结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示，所述本发明包括变频电机1、负载电机24、实验主轴18、两轴承座22、实验台底座20、加载支架15、双排滚动轴承21、轴向加载装置、径向加载装置和防护罩14，变频电机1、负载电机24分别通过电机支座13安装在实验台底座20上。所述的两轴承座22固定安装在实验台底座20上，实验主轴18通过轴承3支撑在两轴承座22上，实验主轴18的两端通过联轴器2分别与变频电机1和负载电机24连接。所述的实验主轴18上两轴承座22之间安装有双排滚动轴承；所述的双排滚动轴承由两个角接触球轴承面对面安装组成，也可以由两个角接触球轴承背对背安装组成，两个角接触球轴承的内圈之间设有轴承套环6。双排滚动轴承安装在轴承衬套17内，轴承衬套17固定安装在实验台底座20上。防护罩14安装在实验台底座20上，罩在两轴承座22、实验主轴18和负载电机24的外侧。
所述的加载支架15对应于轴承衬套17设置，位于轴承衬套17外侧。加载支架15上设有喷口固定孔25，喷口固定孔25内设有喷油口4，喷油口与润滑油加热自动喷油器连接，喷油口4朝向双排滚动轴承一侧的滚珠。润滑油加热自动喷油器热润滑油输入到喷油口4上，喷油口4对准被测双排滚动轴承外端面一侧的滚珠喷油，热润滑油经轴承衬套17底部的回油孔23流入油缸16，油缸16位于轴承衬套17的正下方。
所述的轴向加载装置包括压力传感器8、四个轴向螺旋加载器7、轴承端盖11和挡圈10；所述的轴承端盖11安装在轴承衬套17的端口处；加载支架15靠近轴承端盖11侧设有四个螺旋加载口26，四个轴向螺旋加载器7沿轴向安装在四个螺旋加载口26内，四个轴向螺旋加载器在加载支架15对称分布。轴向螺旋加载器7一端与轴承端盖11连接；四个轴向螺旋加载器7和轴承端盖11之间分别设有压力传感器8。挡圈10安装在双排滚动轴承21外圈与轴承端盖11之间。
所述的径向加载装置包括U型块9、压力传感器81及径向螺旋加载器71；径向螺旋加载器71安装在加载支架15顶部的螺孔内；径向螺旋加载器71下端与U型块9的顶部连接，U型块9的两底脚安装在轴承衬套顶部的通孔内，分别与双排滚动轴承的两角接触球轴承的外圈接触；压力传感器81安装在径向螺旋加载器71和U型块9之间。
所述的轴承衬套17上设有温度传感器5和加速度振动传感器19，温度传感器5的探头靠近双排滚动轴承设置。温度传感器5、加速度振动传感器19、压力传感器8和压力传感器81的数据线从防护罩顶部的接线口12引出。

Claims (7)

1.一种单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：包括实验台底座、变频电机、实验主轴、两轴承座、加载支架、双排滚动轴承、轴向加载装置和径向加载装置；所述的两轴承座和变频电机安装在实验台底座上，所述的实验主轴支撑在两轴承座上，与变频电机连接；轴向加载装置和径向加载装置位于两轴承座之间；实验主轴上安装有双排滚动轴承，双排滚动轴承安装于轴承衬套内，轴承衬套通过螺栓安装在实验台底座上；轴承衬套上安装有温度传感器和加速度振动传感器，温度传感器的探头靠近双排滚动轴承设置；
所述的轴向加载装置包括U型块、压力传感器及径向螺旋加载器；径向螺旋加载器安装在加载支架顶部的螺孔内；径向螺旋加载器与U型块的顶部连接，U型块的两底脚安装在轴承衬套顶部的通孔内，与双排滚动轴承的外圈接触；压力传感器安装在螺旋加载器和U型块之间；
轴向加载装置包括压力传感器、轴向螺旋加载器及轴承端盖；所述的轴承端盖安装在轴承衬套的端口处；轴向螺旋加载器沿轴向安装在加载支架靠近轴承端盖侧的螺旋加载口内，轴向螺旋加载器一端与轴承端盖连接；压力传感器安装在轴承端盖和轴向螺旋加载器之间。
2.根据权利要求1所述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：所述的轴向加载装置在轴承端盖和双排滚动轴承的外圈之间设有挡圈。
3.根据权利要求1所述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：所述的加载支架上设有喷油口，喷油口与润滑油加热自动喷油器连接，喷油口朝向双排滚动轴承的滚珠，轴承衬套的底部设有回油孔。
4.根据权利要求1所述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：双排滚动轴承有两个角接触球轴承背对背或面对面安装组成，两个角接触球轴承的内圈之间设有轴承套环。
5.根据权利要求1所述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：包括四个轴向螺旋加载器，四个轴向螺旋加载器在加载支架上对称分布，四个轴向螺旋加载器分别与轴承端盖连接，轴向螺旋加载器和轴承端盖之间设有压力传感器。
6.根据权利要求1所述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：还包括负载电机，负载电机与实验主轴背向变频电机的一端连接；变频电机和负载电机通过电机支座安装在实验台底座上。
7.根据权利要求6所述的单支点双排滚动轴承支撑式转子综合性能实验装置，其特征在于：还包括防护罩，防护罩固定安装在实验台底座上，防护罩位于实验主轴、两轴承座及负载电机的外侧。
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