CN105865792A - 一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台 - Google Patents

一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台,实验台通过轴瓦旋转轴颈静止的工作状态，用以模拟行星齿轮传动系统中行星轮销轴与其支承滑动轴承的工作状态。电机通过增速器、扭矩传感器与带轮或传动齿轮连接。支承轴与轴瓦配合嵌套在套筒内,套筒两端部分别与滚动轴承配合安装在轴承座上；支承轴端部周向开有凹槽，用于悬挂加载砝码，对轴承施加瞬态冲击载荷，以模拟冲击载荷下的轴承性能变化情况；实现了具有表面织构的滑动轴承在小倾斜量的工作状态下的性能参数测量。实验台结构简单、安装方便，有效地保证轴承实验台的多次应用的测试质量以及进行织构性能指标的测定。实验台适用于多种不同工况条件下的实验测量。

Description

一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台
技术领域
本发明涉及旋转机械支承轴承测试领域，具体地说，涉及一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台。
背景技术
旋转机械在机械及相关领域中应用极为广泛，轴承是旋转机械的支承零部件，作用极为重要。近年来，随着工业技术的快速发展，各类旋转机械面临着更为严苛的工作环境，高速、重载是其最为突出的因素。目前较为常用的轴承主要包括滑动轴承、滚动轴承、陶瓷轴承、水润滑轴承和气浮轴承等。各类轴承在不同场合中都有着各自独特的优势。在大型重载机械中，滑动轴承仍然被广泛使用，一方面滑动轴承的表面被润滑介质分开而不直接接触，从而大大减小了轴承表面摩擦和磨损；另一方面润滑油的动力学粘度较大可使油润滑滑动轴承具有较大的承载力，同时油膜等润滑介质具有一定的吸振作用，使得滑动轴承工作平稳、可靠、噪声小。
随着工程实际对滑动轴承的性能要求的提升，对于其性能测试的实验装置也需要不断改进。中国专利CN105179482A中公开的“一种静动压主轴”和专利CN102121875A中公开的“气体轴承—转子系统动态加载综合实验台”，其滑动轴承实验台主要是电机带动主轴旋转，被测滑动轴承支承在转子一端或者中间位置，也有在转子两端同时用被测滑动轴承支承。虽被测滑动轴承的支承方式存在差异，但仍是被支承轴做转动运动。由于轴瓦静止轴颈旋转的滑动轴承应用广泛，因此这些实验台可以满足多数滑动轴承的性能测试。
但是，在航空发动机的某些行星齿轮传动系统中，因结构安排与功能需要，往往选择轴瓦转动而支承轴静止，或者轴瓦和支承轴都发生转动但转速存在差异的运动形式。现有实验台难以进行该运动形式下的织构滑动轴承静态和动态性能测试。
织构又称表面微结构，仿生昆虫翅膀上的凹坑与凸起，是指在光滑壁面加工凹坑或者凹槽的一类表面微加工技术。近年来，王琳等人发表的“表面织构对转子轴承系统稳定性影响的实验研究”(《西安交通大学学报》，2014,03:84-88+114.)、王静秋等人发表的“表面织构创新设计的研究回顾及展望”(《机械工程学报》，2015,23:84-95.)文章均表明，具有表面微织构的滑动轴承在润滑性能、承载能力和减噪等方面都具有良好的表现。但目前滑动轴承实验台进行织构性能实验普遍较少，主要原因是实验台运动形式是轴瓦不转轴颈转动，而轴瓦表面织构加工存在着较大难度，加工成本较高、加工难度大、加工效率低且织构参数不易改变等问题。为了克服上述问题，最佳方案是改变实验台的运动形式，因此很有必要设计轴瓦旋转轴颈固定的实验台。
E Ciulli等人在《Proceedings of Institution of Mechanical Engineers，Part J:Journal of Engineering Tribology》中提出一种轴瓦旋转轴颈固定的滑动轴承实验台，但该实验台未实现轴颈织构的布局，也无法实现轴颈倾斜和冲击载荷下轴承性能的测试。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括电机、增速箱、扭矩传感器、传动机构、油泵、滚动轴承、支撑轴、轴瓦、套筒、轴承端盖、轴承座，电机通过连接板固定在基座上,并通过联轴器与增速箱相连接，增速箱输出端与扭矩传感器连接，扭矩传感器与传动机构相连接；所述支承轴为轴颈凸出的台阶轴，支承轴一端周向开有凹槽，用于悬挂加载砝码，支承轴另一端至轴心部位加工有油路腔，油路腔的进油口与油泵螺纹连接；支承轴轴颈与轴瓦配合,轴瓦嵌套在套筒内，套筒两端部分别与两个轴承座上的滚动轴承配合安装,轴承端盖分别安装在套筒端部；所述轴颈上部两端设有对称的传感器安装孔，轴颈下部均布有多个传感器安装孔，传感器放置在传感器安装孔内，轴颈上开有油槽与油路腔相通，用于轴瓦与轴颈间的润滑。
所述轴颈表面或者轴瓦表面加工有表面织构，织构位置为轴承油膜承载区。
所述轴颈与轴瓦为间隙配合。
所述轴瓦与套筒为过盈配合。
支撑轴、轴瓦、套筒同轴安装。
所述传动机构为齿轮传动或者带轮传动。
所述轴颈下部的传感器安装孔为3～7个。
有益效果
本发明提出的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台,该实验台可保证轴瓦旋转而支承轴不转，能较好模拟行星齿轮传动系统中行星轮销轴与其支承滑动轴承的工作状态。设计的润滑油路用于轴瓦旋转轴颈固定的工作状态，使轴瓦与轴颈在良好的润滑条件下进行工作。允许将表面织构加工在静止的支承轴上，有助于降低织构加工难度。也可以同时在轴颈和轴瓦表面加工织构，用于研究静止轴颈与转动轴瓦同时具有织构的滑动轴承的静态和动态性能。可对轴承施加瞬态冲击载荷，以模拟冲击载荷下的轴承性能变化情况。实现了具有表面织构的滑动轴承在小倾斜量的工作状态下的性能参数测量。
本发明轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台结构简单、安装方便，有效地保证轴承实验台的多次应用的测试质量以及进行织构性能指标的测定。实验台的设计有助于降低织构加工难度，便于对不同尺寸、布局和形状的织构进行实验。实验台满足正常工作、轴颈倾斜、冲击载荷多种工况条件下的实验测量。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台作进一步详细说明。
图1为本发明轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台示意图。
图2为本发明轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台剖视图。
图3为本发明的织构位置布局示意图。
图4a、图4b为本发明的支承轴示意图。
图5为本发明的轴瓦和套筒示意图。
图6a、图6b为本发明的轴承座示意图。
图7a、图7b为本发明的轴承端盖示意图。
图中:
1.电机 2.增速箱 3.扭矩传感器 4.传动机构 5.油泵 6.滚动轴承 7.支撑轴8.轴瓦 9.套筒 10.轴承端盖 11.端盖孔 12.轴承座 13.油槽 14.油路腔15.传感器安装孔 16.凹槽 17.轴颈
图3中:e为滑动轴承偏心率 α1为织构布置的起始角
α2为织构布置的终止角 h为油槽深度 θ为偏位角
具体实施方式
本实施例是一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台。
参阅图1～图7,本实施例轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，包括电机1、增速箱2、扭矩传感器3、传动机构4、油泵5、滚动轴承6、支撑轴7、轴瓦8、套筒9、轴承端盖10、轴承座12,电机1通过连接板固定在基座上,并通过联轴器与增速箱2相连接，增速箱2输出端与扭矩传感器3连接，扭矩传感器3与传动机构4相连接。支承轴7为轴颈17凸出的台阶轴，支承轴7一端周向开有凹槽16，用于悬挂加载砝码，支承轴7另一端至轴心部位加工有油路腔14，油路腔14的进油口与油泵5螺纹连接。支承轴轴颈与轴瓦配合,轴瓦嵌套在套筒内,套筒9两端部分别与两个轴承座12上的滚动轴承6配合安装,螺栓通过端盖孔将两个轴承端盖10分别安装在套筒9上。轴颈17上部两端加工有对称的传感器安装孔，轴颈17下部轴向均布有多个传感器安装孔15，传感器放置在传感器安装孔15内。轴颈17上加工有油槽13，油槽13与油路腔14相连通，润滑油通过油路腔14流入油槽13，油槽处储存润滑油，用于轴瓦8与轴颈17间的润滑，在正常工况条件下稳定运行。
本实施例中，在实验台的轴瓦8转动而支承轴7不转的工作状态，在工作转速较低的情况下，选择带轮传动，在套筒9外表面中间部位开槽安装皮带，通过与扭矩传感器3连接的带轮传动使套筒9旋转；在工作转速较高情况下，选择齿轮传动，在套筒9外表面中间部位安装齿圈，齿圈与扭矩传感器3相连接的主动轮啮合传动。
实施例一
本实施例为测量织构滑动轴承在恒定载荷下的动态参数。
在转速低于7000～8000rpm时，传动机构采用带轮传动方式，带轮传动安装简便，皮带的数量需要有最大加载载荷确定，皮带数量一般为2～5根。
在转速高于8000rpm时，传动机构选择齿轮传动方式。
实验台安装前，根据测试部位在轴颈17表面加工织构，其中滑动轴承偏心率e的取值范围为0.2～0.8，织构布置的起始角α1的取值范围为70°～140°，织构布置的终止角α2的取值范围为120°～170°，油槽深度h的取值范围为2mm～8mm，偏位角θ为40°～50°。
实验台安装时，电机1输出轴通过联轴器与增速箱2相连接，增速箱2的输出端与扭矩传感器3连接，扭矩传感器与带轮连接，将皮带安装在带轮和套筒9中间的凹槽部位。套筒9由滚动轴承6支承安装在轴承座12上。轴颈17上加工织构的支承轴7安装在轴瓦8内，支承轴7轴颈与轴瓦8为间隙配合，控制间隙使得偏心率的范围在0.2～0.7。支承轴轴颈与轴瓦8配合,轴瓦嵌套在套筒9内,轴瓦8与套筒9为过盈配合。将传感器紧固安装在传感器安装孔15内，在实验过程中不能发生位移。轴瓦8与支承轴7同轴安装，安装轴承端盖10需均匀拧紧螺栓。支承轴7端的进油口与油泵5通过螺纹连接。
实验开始前，将砝码悬挂在支承轴7端凹槽16上，放置砝码时应保证绳子处于自由状态。打开油泵5使润滑油通过油路腔14流入油槽13，待轴承端盖10处有少量润滑油滴漏时，打开电机1，保证实验台正常工作。通过传感器测量实验台恒定载荷运行中滑动轴承动态性能。实验结束后，先关停电机，待旋转部件完全停止工作后再关闭油泵。
实施例二
本实施例为测量织构滑动轴承在冲击载荷下的动态参数。
在转速低于7000～8000rpm时，传动机构选择带轮传动方式，带轮传动安装简便，皮带的数量需要有最大加载载荷确定，皮带数量为2～5根。
在转速高于8000rpm时，传动机构选择齿轮传动方式。
实验台安装前，根据测试部位在轴颈17表面加工织构，其中滑动轴承偏心率e的取值范围为0.2～0.8，织构布置的起始角α1的取值范围为70°～140°，织构布置的终止角α2的取值范围为120°～170°，油槽深度h的取值范围为2mm～8mm，偏位角θ为40°～50°。
实验台安装时，电机1输出轴通过联轴器与增速箱2相连接，增速箱2的输出端与扭矩传感器3连接，扭矩传感器与带轮连接，将皮带安装在带轮和套筒9中间的凹槽部位。套筒由滚动轴承6支承安装在轴承座12上。轴颈17上加工织构的支承轴7安装在轴瓦8内，支承轴7轴颈与轴瓦8为间隙配合，控制间隙使得偏心率的范围在0.2～0.7。支承轴轴颈与轴瓦配合,轴瓦嵌套在套筒内,轴瓦8与套筒9为过盈配合。将传感器紧固安装在传感器安装孔15内，在实验过程中不能发生位移。轴瓦8与支承轴7同轴安装，安装轴承端盖10需均匀拧紧螺栓。支承轴7端的进油口与油泵5通过螺纹连接。
实验开始前，将砝码悬挂在支承轴7端凹槽16上，放置砝码时应保证绳子处于自由状态。打开油泵5使润滑油通过油路腔14流入润滑区域，待轴承端盖10处有少量润滑油滴漏时，打开电机1，使实验台正常工作一段时间后，剪断悬挂砝码的绳子，运行时获得瞬态冲击载荷，并通过温度、压力和位移传感器读取在冲击载荷下的织构滑动轴承的动态参数。实验结束时，需先关停电机，待旋转部件完全停止工作后再关闭油泵。
实施例三
本实施例为测量织构滑动轴承在轴颈倾斜下的动态参数。
在转速低于7000～8000rpm时，传动机构选择带轮传动方式，带轮传动安装简单，皮带的数量需要有最大加载载荷确定，皮带数量一般为2～5根。
在转速高于8000rpm时，传动机构选择齿轮传动方式。
实验台安装前，根据测试部位在轴颈17表面加工织构，其中滑动轴承偏心率e的取值范围为0.2～0.8，织构布置的起始角α1的取值范围为70°～140°，织构布置的终止角α2的取值范围为120°～170°，油槽深度h的取值范围为2mm～8mm，偏位角θ为40°～50°。
实验台安装时，电机1输出轴通过联轴器与增速箱2相连接，增速箱2的输出端与扭矩传感器3连接，扭矩传感器与带轮连接，将皮带安装在主动轮和套筒9的凹槽部位。套筒由滚动轴承6支承安装在轴承座12上。轴颈17上加工织构的支承轴7安装在轴瓦8内，支承轴7轴颈与轴瓦8为间隙配合，控制间隙使得偏心率的范围在0.2～0.7。支承轴7轴颈与轴瓦8配合,轴瓦嵌套在套筒9内,轴瓦8与套筒9为过盈配合。将4个位移传感器分别安装在传感器安装孔15内，传感器需固紧，在实验过程中不能发生位移。轴瓦8与支承轴7同轴安装，安装轴承端盖10需均匀拧紧螺栓。支承轴7端的进油口与油泵5通过螺纹连接。
实验开始前，将较重的砝码悬挂在支承轴7端凹槽16上，使支承轴7发生倾斜，通过轴端位移传感器读取此时的倾斜量并进行记录。放置砝码时应保证绳子处于自由状态。打开油泵5使润滑油通过油路腔14流入油槽13，待轴承端盖10处有少量润滑油滴漏时，打开电机1，保证实验台正常工作。通过放置在传感器安装孔内的温度、压力和位移传感器读取在冲击载荷下的织构滑动轴承的动态参数。实验结束后，先关停电机，待旋转部件完全停止工作后再关闭油泵。

Claims (7)

1.一种轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:包括电机、增速箱、扭矩传感器、传动机构、油泵、滚动轴承、支撑轴、轴瓦、套筒、轴承端盖、轴承座，电机通过连接板固定在基座上,并通过联轴器与增速箱相连接，增速箱输出端与扭矩传感器连接，扭矩传感器与传动机构相连接；所述支承轴为轴颈凸出的台阶轴，支承轴一端周向开有凹槽，用于悬挂加载砝码，支承轴另一端至轴心部位加工有油路腔，油路腔的进油口与油泵螺纹连接；支承轴轴颈与轴瓦配合,轴瓦嵌套在套筒内，套筒两端部分别与两个轴承座上的滚动轴承配合安装,轴承端盖分别安装在套筒端部；所述轴颈上部两端设有对称的传感器安装孔，轴颈下部均布有多个传感器安装孔，传感器放置在传感器安装孔内，轴颈上开有油槽与油路腔相通，用于轴瓦与轴颈间的润滑。
2.根据权利要求1所述的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:所述轴颈表面或者轴瓦表面加工有表面织构，织构位置为轴承油膜承载区。
3.根据权利要求1所述的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:所述轴颈与轴瓦为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:所述轴瓦与套筒为过盈配合。
5.根据权利要求1所述的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:支撑轴、轴瓦、套筒同轴安装。
6.根据权利要求1所述的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:所述传动机构为齿轮传动或者带轮传动。
7.根据权利要求1所述的轴瓦旋转轴颈固定的织构滑动轴承实验台，其特征在于:所述轴颈下部的传感器安装孔为3～7个。
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