CN108240945A - 一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机 - Google Patents

一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，它能够用于衬套的加速磨损试验。其模拟工况包括衬套径向受载、室温及高温、转轴变转速、转轴低频摆动以及轴向加载等领域，使用时通过调节衬套夹具上的加热装置温度进行加热，使衬套稳定在某个温度下。之后再通过加载电机调节加载板位置，压缩弹簧并通过压力传感器实时测量使衬套处于稳定的径向受载。启动驱动电机进行衬套加速磨损试验。试验过程中通过改变加热装置温度可以进行升温，通过控制加载电机可以进行变加载。

Description

一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机
技术领域
本发明涉及一种用于转动副的控温摩擦磨损试验设备。
背景技术
轴承、衬套等是机械产品中的重要摩擦副，例如衬套是航空发动机VSV调节机构中的一个关键零部件，由于在VSV系统调节过程中转轴与衬套之间存在摩擦、冲击，容易造成衬套磨损而导致其损坏。因为商业航天在中国处于刚刚起步发展阶段，所以国内针对VSV调节机构的衬套研究十分有限。文献调研发现国内已有针对衬套材料在常规摩擦磨损试验机上进行材料试验，然而模拟衬套实际工况的试验尚未有人报道。
专利200920034253.5公开了一种航空发动机轮盘定心衬套试验装置，其目的是测试某一温度下承受拉伸载荷的轮盘定心衬套的安全寿命，与磨损无关。
专利201410157510.X公开了一种发动机连杆小头衬套摩擦磨损部件试验装置，通过建立电机驱动的曲柄连杠机构模拟活塞运动过程中的衬套磨损从而实现测试，然而无法再现汽油燃烧时产生的高温对衬套的影响。
发明内容
本发明的目的是为克服上述问题，提出一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，能够模拟VSV系统中衬套的实际工况进行衬套加速磨损试验，缩短常见航空用衬套产品的研发进程，同时适用于其他类型的转动副。
本发明所提出的一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，其特征在于，所述试验机包括基座，基座表面承载有
装夹模块，包括开口的隔热箱，隔热箱内设置可加热的夹具；隔热箱两侧分别设置作用于夹具的
径向的载荷加载模块，包括加载电机，其通过膜片联轴器驱动丝杠滑台的滑块，所述滑块表面设置直线轴承及轴座，径向载荷杆穿过直线轴承，表面设置压力载荷弹簧及力传感器，其一端与径向载荷输入轴连接；以及位于装夹模块一端的
轴向驱动测量模块，包括驱动电机，其输出轴上设置扭矩传感器并通过膜片联轴器连接驱动输入轴；和位于装夹模块另一端的
轴向的载荷加载模块，包括位移加载电机及进入导轨隔热箱的导轨，所述位移加载电机通过凸轮驱动导轨上的滑块，轴向输入轴连接于滑块表面。
径向的载荷加载模块的电机通过丝杠滑台模组平稳控制直线轴承座左右运动，压缩拉力载荷弹簧实现对径向载荷输入轴的拉力载荷施加。力传感器输出载荷数值与数据采集卡，电控模块通过数据采集卡读取实时载荷信息，并以此为依据驱动加载电机实现载荷控制。
而轴向驱动测量模块通过调节衬套夹具上的加热装置温度进行加热，使衬套稳定在某个温度下，之后再通过加载电机调节加载板位置，压缩弹簧并通过压力传感器实时测量使衬套处于稳定的径向受载。启动驱动电机进行衬套加速磨损试验。试验过程中通过改变加热装置温度可以进行升温，通过控制加载电机可以进行变加载。
进一步的，装夹模块内的夹具包括
一侧的转轴夹具，通过耐高温联轴器与驱动输入轴连接；
另一侧的衬套夹具，其一端连接轴向输入轴，另一端连接衬套及衬套调节装置，载荷座安装于衬套夹具外部，其一端连接微型轴套，径向载荷输入轴与所述微型轴套接触。
需要指出的是，转轴夹具和衬套夹具构成装夹模块。转轴夹具可以设置为圆柱形，有若干个不同直径的内孔，从小到大分布；转轴夹具侧壁开设内螺纹孔，用于紧定螺钉固定转轴，同时保证转轴轴心与旋转轴心的同轴度，适用于多种尺寸；
衬套夹具采用V型夹具构型，适用于一定范围内的衬套尺寸。衬套夹具上装有加热装置及温度传感器，用于控制衬套的温度。
更进一步的，进入隔热箱的驱动输入轴端部套装隔热套，衬套与衬套调节装置之间加装隔热板。
进一步的，丝杠滑台包括直线导轨，其上方架设通过膜片联轴器与加载电机输入轴连接的丝杠，滑块表面设置丝杠螺母座及螺母，与导轨配合滑动，直线轴承及轴座固定于丝杠螺母座顶部。
进一步的，在径向的载荷加载模块中，轴向输入轴与滑块之间通过一组活动机构连接，包括设置在滑块表面的导轨与导轨滑块，所述导轨滑块固定于轴向输入轴底部，轴向输入轴表面设置复位弹簧。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的衬套试验台的结构示意图。
图2是本发明一实施例提供的衬套试验台右视图。
图3是本发明隔热箱部分的结构示意图。
图4、图5分别是图2的剖视图。
图6是本发明一实施例提供的衬套试验台另一视角的示意图。
图7是本发明轴向载荷构件的结构示意图。
图8是本发明轴向载荷构件另一视角的结构示意图。
图9是本发明夹具的连接结构示意图。
其中，101.驱动电机、102.驱动电机座、103.膜片联轴器、104.扭矩传感器固定座、105.扭矩传感器、106.弹性联轴器、107.驱动输入轴、108.轴承座109.驱动模块底座、201.隔热箱底部、202.隔热箱上部；
21.驱动输入部分、211.驱动输入轴隔热套、212.耐高温联轴器、213.转轴夹具、214.转轴试样件；
22.径向输入部分、221.载荷座、222.螺栓、223.微型轴套、224.载荷座覆盖板；
23.轴向输入部分、231.隔热套、232.衬套基础夹具、233.衬套可调夹具、234.衬套、235.隔热板、301.加载电机、302.加载电机座、303.膜片联轴器、304.丝杠前座、305.丝杠底座、306.丝杠、307.直线导轨A 308.导轨滑块A、309.丝杠螺母、310.丝杠螺母座、311.拉力载荷弹簧、312.径向载荷杆、313.直线轴承、314.直线轴承座、315.压力载荷弹簧、316.力传感器、317.丝杆后座、318.径向载荷输入轴、401.位移加载电机座、402.支承座、403.位移加载电机、404.凸轮、405.直线导轨B、406.导轨滑块B、407.螺母、408.滑块座、409.垫片、410.轴承、411.垫片、412.螺栓、413.直线导轨C、414.导轨滑块C、415.轴向输入轴连接座、416.复位弹簧、417.轴向输入轴；
5.试验台基座
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示，以衬套试验台为例进一步阐述上述技术方案。
如图所示的一种衬套试验台，包括基座，伺服电机，扭矩传感器，转轴夹具，下V型块，上V型块，压力传感器，加载电机，弹簧，加载板，温度传感器，加热装置。
伺服电机通过电机座固定在基座上，通过联轴器与扭矩传感器连接。扭矩传感器4通过传感器固定座固定在基座上，扭矩传感器和转轴夹具之间连接有一根隔热棒，且隔热棒穿过轴承座，隔热棒通过耐高温联轴器与转轴夹具连接，通过联轴器与扭矩传感器连接。通过增加隔热棒这一环节可以有效隔绝转轴向扭矩传感器及伺服电机传递热量，保护后两者。转轴夹具内孔为阶梯孔，适用于不同尺寸的转轴，在试验过程中要求转轴与转轴夹具内孔某一直径为间隙配合。转轴夹具10具有保证转轴11轴心与其旋转轴心同轴度的效用。
衬套夹具包括下型块，上V型块，温度传感器，加热装置。待试验衬套放置于上V型块和下V型块之间，通过螺栓连结夹紧固定。温度传感器用于实时监测待试验衬套周围环境温度，并通过调节加热装置实现待试验衬套工况温度实时控温。
加载电机带动加载板压缩弹簧实现衬套径向受载。弹簧与衬套夹具的上V型块之间通过压力传感器和隔热板连接。同理，隔热板用于保护压力传感器以及加载电机。压力传感器用于反馈待试验衬套所受实时径向载荷情况，从而调整加载电机使载荷稳定在目标载荷。
在图2中加载电机位置只是本发明的一种位置而已，实际设计中可以将其放置在加载板的正上方。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，其特征在于，所述试验机包括基座，基座表面承载
1)装夹模块，包括开口的隔热箱，隔热箱内设置可加热的夹具；隔热箱两侧分别设置作用于夹具的
2)径向的载荷加载模块，包括加载电机，其通过膜片联轴器驱动丝杠滑台的滑块，所述滑块表面设置直线轴承及轴座，径向载荷杆穿过直线轴承，表面设置压力载荷弹簧及力传感器，其一端与径向载荷输入轴连接；以及位于装夹模块一端的
3)轴向驱动测量模块，包括驱动电机，其输出轴上设置扭矩传感器并通过膜片联轴器连接驱动输入轴；和位于装夹模块另一端的
4)轴向的载荷加载模块，包括位移加载电机及进入导轨隔热箱的导轨，所述位移加载电机通过凸轮驱动导轨上的滑块，轴向输入轴连接于滑块表面。
2.根据权利要求1所述的一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，其特征在于，装夹模块内的夹具包括
一侧的转轴夹具，通过耐高温联轴器与驱动输入轴连接；
另一侧的衬套夹具，其一端连接轴向输入轴，另一端连接衬套及衬套调节装置，载荷座安装于衬套夹具外部，其一端连接微型轴套，径向载荷输入轴与所述微型轴套接触。
3.根据权利要求2所述的一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，其特征在于，进入隔热箱的驱动输入轴端部套装隔热套，衬套与衬套调节装置之间加装隔热板。
4.根据权利要求1所述的一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，其特征在于，丝杠滑台包括直线导轨，其上方架设通过膜片联轴器与加载电机输入轴连接的丝杠，滑块表面设置丝杠螺母座及螺母，与导轨配合滑动，直线轴承及轴座固定于丝杠螺母座顶部。
5.根据权利要求1所述的一种适用于转动副的控温摩擦磨损试验机，其特征在于，在径向的载荷加载模块中，轴向输入轴与滑块之间通过一组活动机构连接，包括设置在滑块表面的导轨与导轨滑块，所述导轨滑块固定于轴向输入轴底部，轴向输入轴表面设置复位弹簧。
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