CN105954033B - 一种双工况立式推力轴承试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双工况立式推力轴承试验装置，包括上部设有半封闭腔体的机架部件，该腔体中设有试验轴承部件及转动部件的推力盘，并且腔体中注入润滑介质；加载部件通过推力球轴承或滑动推力轴承轴向加载在转动部件上，分工况选择推力球轴承或滑动推力轴承及相应的附件；动力部件通过传动部件将转速及扭矩传递至联轴器，联轴器通过花键配合将扭矩传递至转动部件上，带动转动部件与试验轴承部件相对运动；所述的传动部件采用增速带轮或增矩带轮两种不同外径的带轮，分工况安装于动力部件的电机轴上；本发明只需更换带轮及上推力轴承即可同时满足带载启动及高速运行两种工况的模拟，采用一个主要台架分别开展推力轴承带载启动及高速运行试验。

Description

一种双工况立式推力轴承试验装置

技术领域

本发明属于轴承性能的试验装置领域，具体涉及一种双工况立式推力轴承试验装置。

背景技术

推力轴承作为机械系统中的基础和关键零部件，其性能直接决定了整个机械系统的寿命和可靠性。特别是对大型立式推力轴承而言，停机状态下推力轴承承受整个轴系的重量，此时启动扭矩很大。在使用推力轴承试验装置进行模拟试验时，需要模拟轴承在不同的工况状态下的润滑状态，如重载低速启动与高速运行。

对于重载工况，推力轴承试验装置启动所需的电机扭矩十分巨大，为稳定运行状态下的几百倍；如果使用传动装置增大力矩，则必须牺牲高速运行性能。高速运行与带载启动工况对电机及传动系统存在着相互矛盾的需求。同时满足两种工况要求的电机往往价格高昂，对整个试验台的经济性提出了挑战。

目前授权、公开的专利中，专利《一种推力轴承试验装置》(申请号：200910236771.X公告号CN102053015)公布了一种用于井下钻采工具使用的推力轴承试验装置，可以进行测试和评价推力轴承性能；专利《双转向双向加载的推力轴承试验装置》(申请号：201210305389.1公告号CN102840984A)公布了一种针对核电主泵轴承的试验台，可实现双向旋转和双向加载；专利《一种力自平衡式推力轴承试验台》(申请号：2015102580400公布号CN104807641A)公布了一种模拟实际工况的力封闭式推力轴承试验台，进行轴承性能监测。然而，上面公布的试验装置无法在考虑经济性的基础上同时满足大型推力轴承在带载启动与高速运行两种工况的模拟需求。

由于现有技术存在上述不足，目前还没有可较经济地同时满足带载启动及高速运行两种工况需求的大型立式推力轴承试验装置。

发明内容

本发明的目的在于解决试验轴承带载启动与高速运行两种模拟工况下对电机需求不同的问题，提供一种双工况立式推力轴承试验装置，在考虑经济性的基础上完成两种工况下大型立式推力轴承试验。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种双工况立式推力轴承试验装置，包括上部设有半封闭腔体的机架部件，该腔体中设有试验轴承部件及转动部件的推力盘，并且腔体中注入润滑介质；加载部件通过推力球轴承或滑动推力轴承轴向加载在转动部件上，分工况选择推力球轴承或滑动推力轴承及相应的附件；

所述的转动部件包括转轴，转轴通过花键套与推力盘相连接，直线轴承安装于推力盘与转轴之间；

动力部件通过传动部件将转速及扭矩传递至联轴器，联轴器通过花键配合将扭矩传递至转动部件上，带动转动部件与试验轴承部件相对运动；所述的传动部件采用增速带轮或增矩带轮两种不同外径的带轮，分工况安装于动力部件的电机轴上。

所述的传动部件、转动部件包括以下装配方式：

用于低速大扭矩工况的装配：传动部件采用增矩带轮与动力部件相连接；加载部件通过推力球轴承轴向加载在转动部件上；

用于高速小扭矩工况的装配：传动部件采用增速带轮与动力部件相连接；加载部件通过滑动推力轴承轴向加载在转动部件上。

所述的用于低速大扭矩工况的装配中，加载部件的轴向力由液压缸产生，液压缸轴向压紧低速加载块，低速加载块轴向压紧推力球轴承，推力球轴承轴向压紧花键套，花键套轴向压紧推力盘，推力盘压紧试验推力轴承部件。

所述的推力盘上端面还安装有油池挡环，油池挡环还与低速加载块相连接；传动销穿过推力盘与花键套。

所述用于高速小扭矩工况的装配中，加载部件的轴向力由液压缸产生，液压缸轴向压紧高速加载盘，高速加载盘轴向压紧滑动推力轴承，滑动推力轴承轴向压紧推力盘，推力盘压紧试验推力轴承部件，推力盘端盖安装于推力盘上端面；并在试验腔顶盖上安装径向限位块，限制推力轴承的周向位置

所述的转动部件中，转轴与推力盘之间通过花键套配合，保证推力盘的轴向浮动；转轴外径与直线轴承配合，直线轴承底端还设有推力盘下端盖以对其轴向定位，直线轴承外径与推力盘配合，保证推力盘的对中性和浮动性。

所述的机架部件腔体的底部设置有润滑介质入口，上部设置有润滑介质出口，形成润滑介质循环冷却回路。

所述的转轴转动时，推力盘与试验推力轴承之间形成流体润滑膜，推力盘微微抬升；设置在试验推力轴承中的传感器测量不同工况下包括温度、压力在内的物理参数。

所述的动力部件包括设于电机支架上的电机，电机轴伸入到电机支架的下方与传动部件相连接。

通过仅更换动力部件上安装的增速带轮或增矩带轮，更换转动部件中的推力球轴承或滑动推力轴承及其附件实现带载启动或高速运行两种工况的模拟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的双工况立式推力轴承试验装置，试验装置只需更换带轮及上推力轴承即可同时满足带载启动及高速运行两种工况的模拟，采用一个主要台架分别开展推力轴承带载启动及高速运行试验。增矩带轮及推力球轴承的组合提高了电机的启动能力、减小了系统的启动扭矩；增速带轮及滑动推力轴承的组合提高了系统的极限转速，两种工况在同一种试验装置得到实现。

本发明提供的双工况立式推力轴承试验装置，在低速大扭矩工况下，使用增矩带轮实现减速增矩，同时推力球轴承大大减小了带载启动工况下加载部件中动静件之间的摩擦扭矩，减小了启动扭矩；在高速小扭矩工况下，使用增速带轮实现增矩减速，同时滑动推力轴承克服了推力球轴承不满足极限转速的缺点，提高了整个试验装置的极限转速；

本发明提供的双工况立式推力轴承试验装置，直线轴承安装于推力盘与转轴之间，保证了推力盘的对中性及轴向可浮动，提高了试验轴承运行的稳定性。

附图说明

图1是本发明试验装置带载启动工况的结构示意图；

图2是本发明试验装置高速运行工况的结构示意图；

图3是本发明的试验腔体部分放大示意图；

图4是本发明的带载启动及高速运行工况下带轮安装放大示意图；

图5是本发明的带载启动工况下轴向力传递部件放大示意图；

图6是本发明的高速运行工况下轴向力传递部件放大示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1～图6，一种双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，包括上部设有半封闭腔体的机架部件4，该腔体中设有试验轴承部件5及转动部件6的推力盘11，并且腔体中注入润滑介质；加载部件3通过推力球轴承20或滑动推力轴承22轴向加载在转动部件6上，分工况选择推力球轴承20或滑动推力轴承22；

所述的转动部件6包括转轴9，转轴9通过花键套10与推力盘11相连接，直线轴承12安装于推力盘11与转轴9之间；

动力部件2通过传动部件1将转速及扭矩传递至联轴器7，联轴器7通过花键配合将扭矩传递至转动部件6上，带动转动部件6与试验轴承部件5相对运动；所述的传动部件1采用增速带轮15或增矩带轮17两种不同外径的带轮，分工况安装于动力部件2的电机轴16上。

所述的传动部件1、转动部件6包括以下装配方式：

用于低速大扭矩工况的装配：传动部件1采用增矩带轮17与动力部件2相连接；加载部件3通过推力球轴承20轴向加载在转动部件6上；

用于高速小扭矩工况的装配：传动部件1采用增速带轮15与动力部件2相连接；加载部件3通过滑动推力轴承22轴向加载在转动部件6上。

具体的，转动部件6、试验轴承部件5及加载部件3都安装于机架部件4中；动力部件2、通过传动部件1将转速及扭矩传递到联轴器7上，联轴器7通过花键配合将扭矩传递至转动部件6上，转动部件6与试验轴承部件5相对运动形成润滑液膜承受轴向力，轴向力由加载部件3产生，并通过推力球轴承20或滑动推力轴承22施加于转动部件6上。

所述的动力部件2包括设于电机支架14上的电机，电机轴16伸入到电机支架14的下方与传动部件1相连接。

更进一步地，所述机架部件4底部设置有润滑介质入口，上部设置有润滑介质出口，形成润滑介质循环冷却回路。所述转动部件6中转轴9与推力盘11之间通过花键连接，在传递扭矩的同时保证推力盘11的轴向浮动。在转轴9与推力盘11的径向空间中安装了直线轴承12保证推力盘11的对中性和浮动性。转轴9与推力盘11之间通过花键套10配合，转轴9外径与直线轴承12配合，直线轴承12外径与推力盘11配合，直线轴承12靠推力盘下端盖13实现轴向定位。

更进一步地，所述的传动部件1中采用了增速带轮15及增矩带轮17两种不同外径的带轮，可分工况按需安装于电机轴16上，利用平键传递扭矩，安装增矩带轮15可实现低速大扭矩，安装增速带轮17可实现高速小扭矩工况。

更进一步地，在低速大扭矩工况下，轴向力由液压缸8产生，液压缸8轴向压紧低速承载块21，在低速承载块21与花键套10之间，使用推力球轴承20实现动静转换及轴向力的传递，减小了系统的摩擦扭矩。推力球轴承20的附件油池挡环19安装于推力盘11的上端面，花键套10轴向压紧推力盘11，推力盘11压紧试验推力轴承部件5；传动销18穿过推力盘11与花键套10。

更进一步地，在高速小扭矩工况下，轴向力由液压缸8产生，轴向压紧高速承载盘25，高速承载盘25轴向压紧滑动推力轴承22，使用滑动推力轴承22实现动静转换及轴向力的传递，保证了高转速下系统稳定性，同时具有较高的极限转速，滑动推力轴承22轴向压紧推力盘11，推力盘11压紧试验推力轴承部件5，推力盘挡盖26安装于推力盘11的上端面，起密封作用。并在试验腔顶盖24上安装径向限位块23，限制推力轴承22的周向位置。

本发明的工作原理：

机架部件4的上部腔体中形成了半封闭试验空间，润滑介质从试验腔底座的进口进入，从机架部件4的试验腔体上部侧面靠离心力甩出，形成润滑液体的循环与冷却。

直线轴承12安装于推力盘11与转轴9之间，保证了推力盘11的对中性及轴向可浮动，提高了试验轴承运行的稳定性；转轴9转动时，推力盘11与试验推力轴承5之间形成流体润滑膜，推力盘11微微抬升，同时可利用试验推力轴承5中的传感器测量带载启动及高速运行工况下相关温度、压力等物理参数。

增矩带轮及推力球轴承的组合提高了电机的启动能力、减小了系统的启动扭矩；增速带轮及滑动推力轴承的组合提高了系统的极限转速，两种工况在同一种试验装置得到实现。

以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，包括上部设有半封闭腔体的机架部件(4)，该腔体中设有试验轴承部件(5)及转动部件(6)的推力盘(11)，并且腔体中注入润滑介质；加载部件(3)通过推力球轴承(20)或滑动推力轴承(22)轴向加载在转动部件(6)上，分工况选择推力球轴承(20)或滑动推力轴承(22)；

所述的转动部件(6)包括转轴(9)，转轴(9)通过花键套(10)与推力盘(11)相连接，直线轴承(12)安装于推力盘(11)与转轴(9)之间；

动力部件(2)通过传动部件(1)将转速及扭矩传递至联轴器(7)，联轴器(7)通过花键配合将扭矩传递至转动部件(6)上，带动转动部件(6)与试验轴承部件(5)相对运动；所述的传动部件(1)采用增速带轮(15)或增矩带轮(17)两种不同外径的带轮，分工况安装于动力部件(2)的电机轴(16)上；

所述的传动部件(1)、转动部件(6)包括以下装配方式：

用于低速大扭矩工况的装配：传动部件(1)采用增矩带轮(17)与动力部件(2)相连接；加载部件(3)通过推力球轴承(20)轴向加载在转动部件(6)上；

用于高速小扭矩工况的装配：传动部件(1)采用增速带轮(15)与动力部件(2)相连接；加载部件(3)通过滑动推力轴承(22)轴向加载在转动部件(6)上。

2.如权利要求1所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述的用于低速大扭矩工况的装配中，加载部件(3)的轴向力由液压缸(8)产生，液压缸(8)轴向压紧低速加载块(21)，低速加载块(21)轴向压紧推力球轴承(20)，推力球轴承(20)轴向压紧花键套(10)，花键套(10)轴向压紧推力盘(11)，推力盘(11)压紧试验推力轴承部件(5)。

3.如权利要求2所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述的推力盘(11)上端面还安装有油池挡环(19)，油池挡环(19)还与低速加载块(21)相连接；传动销(18)穿过推力盘(11)与花键套(10)。

4.如权利要求1所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述用于高速小扭矩工况的装配中，加载部件(3)的轴向力由液压缸(8)产生，液压缸(8)轴向压紧高速加载盘(25)，高速加载盘(25)轴向压紧滑动推力轴承(22)，滑动推力轴承(22)轴向压紧推力盘(11)，推力盘(11)压紧试验推力轴承部件(5)，推力盘端盖(26)安装于推力盘(11)上端面；并在试验腔顶盖(24)上安装径向限位块(23)，限制推力轴承(22)的周向位置。

5.如权利要求1所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述的转动部件(6)中，转轴(9)与推力盘(11)之间通过花键套(10)配合，保证推力盘(11)的轴向浮动；转轴(9)外径与直线轴承(12)配合，直线轴承(12)底端还设有推力盘下端盖(13)以对其轴向定位，直线轴承(12)外径与推力盘(11)配合，保证推力盘(11)的对中性和浮动性。

6.如权利要求1所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述的机架部件(4)腔体的底部设置有润滑介质入口，上部设置有润滑介质出口，形成润滑介质循环冷却回路。

7.如权利要求1所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述的转轴(9)转动时，推力盘(11)与试验推力轴承(5)之间形成流体润滑膜，推力盘(11)微微抬升；设置在试验推力轴承(5)中的传感器测量不同工况下包括温度、压力在内的物理参数。

8.如权利要求1所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，所述的动力部件(2)包括设于电机支架(14)上的电机，电机轴(16)伸入到电机支架(14)的下方与传动部件(1)相连接。

9.如权利要求1～8任何一项所述的双工况立式推力轴承试验装置，其特征在于，通过仅更换动力部件(2)上安装的增速带轮(15)或增矩带轮(17)，更换转动部件(6)中的推力球轴承(20)或滑动推力轴承(22)及其附件实现带载启动或高速运行两种工况的模拟。