CN108709743B - 水润滑轴承综合性能实验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水润滑轴承综合性能实验台，它包括在安装平台从下到上依次设置的轴向加载装置、实验舱、扭矩传感器和电机平台，还包括设置在实验舱侧向的径向加载装置；实验舱包括上盖板、第一实验舱侧板、第二实验舱侧板、实验舱前板、实验舱后板和实验舱底板；其中上盖板和第一实验舱侧板为可拆卸透明板，通过螺栓及密封圈与实验舱其它部件进行紧密连接；第二实验舱侧板上设有监测孔；实验舱前板和实验舱后板上设有卡板；实验舱上还设有多个循环水进口、循环水出口及放水口。本发明采用立式结构，可同时适用于径向、推力、径向‑轴向推力联合水润滑轴承的摩擦性能测试，且占地面积小。

Description

水润滑轴承综合性能实验台

技术领域

本发明属于试验设备领域，具体涉及一种水润滑轴承综合性能实验台。

背景技术

水润滑轴承采用人工合成材料制备，大量节省铜、锡等有色金属的消耗，并用水作为其润滑介质，具有摩擦系数小，耐磨性好，可靠性高，寿命长，减振降噪，重量轻，成本低，对安装误差不敏感，无污染，环境友好，结构简单，节省资源，安全性高等一系列显著优势，已广泛应用于潜艇、舰船、鱼雷、离心泵、水泵、水轮机以及数控机床等机械装置中，是高效节能机械传动系统和科学环保研究领域的前沿，成为世界各大工业发达国家竞相研究的一个热点。

目前的现有技术中，已经公开的包括《水润滑轴承及传动系统综合性能实验平台》公布号CN102269654A、《水润滑轴承综合试验台》公布号CN105973600A、《水润滑径向推力组合式滑动轴承实验台》公布号CN105445025A、《一种多功能水润滑推力轴承系统实验台》公布号CN103776631A、《水润滑轴承动态特性参数测试装置》公布号CN107084842A等，但以上这些试验台均采用卧式结构，占地面积大，实验台拆装不变，只能测量固定尺寸、固定类型的水润滑轴承。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种水润滑轴承综合性能实验台，能够同时适用于径向、推力、径向-轴向推力联合水润滑轴承的摩擦性能测试，同时能准确模拟水润滑轴承的复杂工况，达到对水润滑轴承摩擦力矩、试验转速、径向压力、轴向推力的各项参数在线检测的目的，且占地面积小。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：它包括在安装平台从下到上依次设置的轴向加载装置、实验舱、扭矩传感器和电机平台，还包括设置在实验舱侧向的径向加载装置；其中，

实验舱固定在安装平台上，实验舱包括上盖板、第一实验舱侧板、第二实验舱侧板、实验舱前板、实验舱后板和实验舱底板；其中上盖板和第一实验舱侧板为可拆卸透明板，通过螺栓及密封圈与实验舱其它部件进行紧密连接；第二实验舱侧板上设有监测孔，用于观察实验舱内部情况；实验舱前板和实验舱后板上设有若干个卡板；实验舱上还设有多个循环水进口、循环水出口及放水口；多个循环水进口用于将含沙水液均匀的灌入舱体内、减少沉沙量、使舱体中的液体温度能保持一致；放水口用于实验舱的排水；

安装平台设有用于设置轴向加载装置的槽；轴向加载装置从实验舱底板延伸入实验舱，用于与试件连接；

扭矩传感器固定在扭矩传感器平台上，扭矩传感器平台通过第一立柱固定在实验舱上平台上，实验舱上平台通过第二立柱固定在安装平台上；扭矩传感器底部依次连接传感器延长轴、第一实验舱联轴器、传动轴和第二实验舱联轴器，第二实验舱联轴器从实验舱的上盖板的通孔伸入实验舱，用于与试件连接；

电机平台上固定有电机，电机的电机轴通过传感器上联轴器与扭矩传感器连接；电机平台通过电机平台立柱固定在安装平台上；

径向加载装置通过径向油缸固定座固定在安装平台上，并从实验舱侧向延伸入实验舱，用于与试件连接。

按上述方案，所述的实验舱、第二立柱、电机平台立柱和径向油缸固定座均通过螺栓与导轨连接使得整个实验台能够在导轨滑动和固定。

按上述方案，所述的导轨由安装平台上设置的两排倒T型槽构成，所述的螺栓穿在倒T型槽中并与实验舱、第二立柱、电机平台立柱和径向油缸固定座连接。

按上述方案，所述的实验舱上平台上还设有径向轴向混合轴承座，所述的传动轴设在径向轴向混合轴承座中。

按上述方案，所述的轴向加载装置包括第一推力油缸、第二推力油缸、第一活塞杆、第二活塞杆、推力传感器和电磁铁；第一推力油缸固定在地面上，再通过第一活塞杆与推力传感器连接，推力传感器输出轴通过电磁铁与第二活塞杆紧密贴合一起，以将第一推力油缸产生的轴向力传递给第二推力油缸，再通过第二推力油缸的推力轴将轴向力传递给试件，第二推力油缸通过螺栓以及密封圈固定在实验舱的底板上。

按上述方案，所述的径向加载装置包括第一径向油缸、第二径向油缸、第三活塞杆、第四活塞杆、径向传感器和第三实验舱联轴器；第一径向油缸通过径向油缸固定座及螺栓与安装平台相连，再通过第三活塞杆与径向传感器连接，径向传感器输出轴通过第三实验舱联轴器与第四活塞杆紧密贴合一起，以将第一径向油缸产生的径向力传递给第二径向油缸，再通过径向压力头将径向力传递给试件；第二径向油缸通过螺栓以及密封圈固定在实验舱上。

按上述方案，所述的第一实验舱联轴器采用刚性联轴器。

按上述方案，所述的第三实验舱联轴器采用刚性联轴器。

按上述方案，所述的传感器上联轴器采用弹性联轴器。

按上述方案，所述的电机轴上还设有编码器。

本发明的有益效果为：

1、本实验台采用立式结构，电机、扭矩传感器、试验舱和轴向加载装置从上到下布置，从而减小试验台的占地面积，提高空间利用率；轴向和径向加载装置能够单独或同时进行轴向和径向两个方向加载，能够适用于径向轴承、推力轴承及径向-推力联合轴承三种轴承的测量，能更真实地模拟轮缘推进器水润滑轴承的复杂工况，能合理、有效、全面地试验和验证待测水润滑轴承的摩擦性能；通过在实验舱前板与后板设置多个卡板，更换不同长度、不同类型的旋转轴，可以实现多种不同规格的径向轴承、推力轴承及径向-推力联合轴承的摩擦性能测试；通过循环水接口，能够满足水润滑轴承在水温、水压、水流和杂质含量可调的复杂环境下的综合性能测试要求；实验舱上盖板及第一实验舱侧板为可拆卸透明板，便于更换实验轴承，以及试验台的对中；并在第二实验舱侧板设置监测孔，可以实时监测水润滑轴承的运动情况。

2、通过导轨的设置，实验舱可在导轨上进行滑动，便于试验台的拆装卸。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图1。

图2是本发明的总体结构示意图2。

图3是本发明的实验舱剖面结构示意图1。

图4是本发明的实验舱剖面结构示意图2。

图5是本发明的径向轴承工装示意图。

图6是本发明的推力轴承工装示意图。

图7是本发明的径向-推力联合轴承工装示意图。

图中：1变频电机、2变频电机固定螺栓、3编码器、4电机平台、5传感器上联轴器、6电机平台立柱、7扭矩传感器、8扭矩传感器固定螺栓、9扭矩传感器平台、10限位块、11第一立柱、12传感器延长轴、13第一实验舱联轴器、14径向轴向混合轴承座、15实验舱上平台、16传动轴、17第二实验舱联轴器、18实验舱、19径向轴承芯轴、20导轨、21安装平板、22轴向加载装置、22-1第一推力油缸、22-2第一活塞杆、22-3推力传感器、22-4电磁铁、22-5第二活塞杆、22-6第二推力油缸、23密封圈、24试件固定平板支架、25卡板、26径向加载装置、26-1径向油缸固定座、26-2第一径向油缸、26-3第三活塞杆、26-4径向压力传感器、26-5第四活塞杆、26-6第三实验舱联轴器、26-7第二径向油缸、26-8径向油缸座螺栓、27第二立柱、28倒T型槽、29上盖板、30实验舱后板、31实验舱前板、32实验舱底板、33放水口、34循环水出口、35第一循环水进口、36第二循环水进口、37第三循环水进口、38监测孔、39第一实验舱侧板、40第二实验舱侧板、41径向轴承、42第一径向压力头、43滚珠轴承、44第一推力轴、45推力轴承芯轴、46推力轴承、47轴承固定板、48导杆、49滑动轴套、50第二推力轴、51径向-轴向联合轴承芯轴、52径向-轴向联合轴承、53第三推力轴、54凸缘、55压头档位块、56第二径向压力头。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供的水润滑轴承综合性能试验台，其结构如图1-4所示 ，包括变频电机1、电机平台立柱6、扭矩传感器7、第一立柱11、传动轴16、旋转轴19、径轴向混合轴承座 14、实验舱 18 、轴向加载装置 22、径向加载装置26 、导轨20、安装平板21、第二立柱27。

变频电机 1 与扭矩传感器 7通过传感器上联轴器5 连接，并设置编码器3；传感器上联轴器5 采用弹性联轴器，适应电机运行后产生的径向高频跳动等运动所造成的各种偏差，利于保护变频电机及扭矩传感器；

扭矩传感器7的传感器延长轴12通过第一实验舱联轴器13、径向轴向混合轴承座14与传动轴16进行连接；其中第一实验舱联轴器13采用刚性联轴器，利于承受载荷；

变频电机1通过变频电机固定螺栓2安装在电机平台支座4上；再通过电机平台立柱6与安装平板21连接；扭矩传感器7通过扭矩传感器固定螺栓8安装在扭矩传感器平台9上；并通过限位块10及第一立柱11 与实验舱上平台15 进行连接；实验舱上平台15 通过第二立柱27及安装平板上的T型槽28与安装平板 21 进行连接；径向轴向混合轴承座14 安装在实验舱上平台15 上用来适应电机运行后径向的高频跳动等运动以及平衡径向及轴向力所引起的各种偏差，从而能够精确传递扭矩，并起到保护传感器的作用；

轴向加载装置22包括第一推力油缸22-1、第二推力油缸22-6、第一活塞杆22-2、第二活塞杆22-5、推力传感器22-3、电磁铁22-4；第一推力油缸22-1固定在地面上；再通过第一活塞杆22-2与推力传感器22-3连接；推力传感器22-3输出轴通过电磁铁22-4与第二活塞杆22-5紧密贴合一起，以将第一推力油缸22-1 产生的轴向力传递给第二推力油缸22-6，再通过第二推力油缸22-6的推力轴将轴向力传递给试件；第二推力油缸22-6通过螺栓以及密封圈固定在实验舱18上。第一推力油缸22-1是固定的地上，而第二推力油缸22-6固定在实验舱18上，但在移动实验舱18前需先打开第一实验舱侧板39，把第二推力油缸22-6与实验舱18进行拆离，故第二推力油缸22-6并不随实验舱18一起滑动。

径向加载装置 26 包括第一径向油缸26-2、第二径向油缸26-7、第三活塞杆26-3、第四活塞杆26-6、径向传感器26-4、第三实验舱联轴器26-5；第一径向油缸26-2通过径向油缸固定座26-1及螺栓26-8与安装平板21相连；再通过第三活塞杆26-3与径向传感器26-4连接；径向传感器26-4 输出轴通过第三实验舱联轴器26-5与第四活塞杆26-6紧密贴合一起，以将第一径向油缸26-2 产生的径向力传递给第二径向油缸26-7，再通过径向压力头将径向力传递给试件；第二径向油缸26-7通过螺栓以及密封圈固定在实验舱18上。第三实验舱联轴器采用刚性联轴器，利于传递载荷。

通过编码器3可以测得轴承的旋转速度。通过推力传感器22-3测量第一推力油缸22-1的压力，再乘以油缸活塞的有效面积即可得到轴向载荷。同理，通过径向传感器26-4测量径向油缸26-2的压力，再乘以油缸活塞的有效面积即可得到径向载荷；扭矩传感器7可以测得传动轴16的扭矩，从而可以算出水润滑轴承的摩擦力总合。综上可知，本实验台能够精确地测量径向，推力，径向—推力联合水润滑的承摩擦系数，再配以相应的检测仪器，本实验台还能测量轴承跳动量、振动、噪声、磨损量等基础数据，用以评价水润滑轴承的综合性能。

实验舱上盖板29与第一实验舱侧板39为可拆卸透明板，通过螺栓及密封圈40进行紧密连接，并在第二实验舱侧板40设置监测孔38，以观察实验舱内部情况；实验舱前板31及实验舱后板30上设置多个卡板25，将试件固定平板支架24固定在卡板25上，用以安装固定实验轴承；旋转轴19可进行更换不同长度的尺寸以及，用于测量不同尺寸的径向，推力，径向—推力组合水润滑轴承的摩擦性能；

实验舱18通过螺栓与导轨相连，拆除螺栓，实验舱则可在导管上进行滑动，便于整个试验台的拆装维护；而导轨则是通过螺栓固定在安装平台上，不可进行滑动；

实验舱上设置第一循环水进口35、第二循环水进口36、第三循环水进口37、循环水出口34及放水口33，设置多个循环进水口利于将含沙水液均匀的灌入舱体内，减少沉沙量、使舱体中的液体温度基本一致。放水口33外接水龙头，用以实验舱18中的排水；因轴承采用水润滑，与径向轴承芯轴19、第一推力轴44、径向-轴向联合轴承51，试件固定平板支架25，卡板24，轴承固定板47，导杆48，滑动轴套49等应采用不锈钢材料制造，并进行防水处理。

若试件为径向轴承41时，如图5所示，径向轴承41工装包括：径向轴承芯轴19、第一径向压力头42、试件固定平板支架24、卡板25、滚珠轴承43。径向轴承芯轴19通过第二实验舱联轴器17与传动轴16连接，再将径向轴承42套在径向轴承芯轴19上，径向轴承芯轴19的下端再通过滚珠轴承43固定在试件固定平板支架24上。固定平板支架24通过螺栓与卡板25紧固，卡板25再通过螺栓与密封圈安装在实验舱18上。第一径向压力头41的一端固定在径向加载装置26的输出轴上，另一端呈“V”字形结构，便于与不同尺寸的径向轴承接触，更平稳的施加径向力。

若试件为推力轴承46时，如图6所示，推力轴承46工装包括：第一推力轴44、推力轴承芯轴45、轴承固定板47、导杆48、滑动轴套49、第二推力轴50、试件固定平板支架24、卡板25。第一推力轴44通过第二实验舱联轴器17与传动轴16连接，再通过凸缘与推力轴承芯轴45相连，再将推力轴承46套在推力轴承芯轴45上，推力轴承46再通过螺钉固定在轴承固定板47上，轴承固定板47通过导杆48及试件固定平板支架24上的滑动轴套49可以上下自由移动，试件固定平板支架24通过螺栓与卡板25紧固，卡板25再通过螺栓与密封圈安装在实验舱18上。第二推力轴50的一端固定在轴向加载装置22的输出轴上，另一端抵在轴承固定板47上，将试验台底部油缸加的推力传递到推力轴承上。

若试件为径向-轴向联合轴承52时，如图7所示，径向-轴向联合轴承52工装包括：轴承固定板47、导杆48、滑动轴套49、试件固定平板支架24、卡板25、径向-轴向联合轴承芯轴51、径向-轴向联合轴承52、第三推力轴53、凸缘54、压头档位块55、第二径向压力头56；径向-轴向联合轴承芯轴51通过第二实验舱联轴器17与传动轴16相连，再将径向-轴向联合轴承52套在径向-轴向联合轴承芯轴51上，径向-轴向联合轴承52再通过螺钉固定在轴承固定板47上，轴承固定板47通过导杆48及试件固定平板支架24上的滑动轴套可以上下自由移动，试件固定平板支架24通过螺栓与卡板25紧固，卡板25再通过螺栓与密封圈安装在实验舱18上。推力轴353的一端固定在轴向加载装置22的输出轴上，另一端抵在轴承固定板47上；第二径向压力头56的一端固定在径向加载装置26的输出轴上，另一端通过与实验舱凸缘54相连的压头档位块55把径向压力传递给径向-轴向联合轴承46。驱动电机1的输出轴、传动轴16和径向轴承芯轴19、第一推力轴44、径向-轴向联合轴承芯轴51应同轴设置；在更换实验轴承时，首先通过放水口33将实验舱18内的水排尽，再松开螺钉将实验舱的第一实验舱侧板39打开，松开卡板25与实验舱18相连的螺栓以及试件固定平板支架上的螺栓，抽出卡板25以及试件固定平板支架24，即可取下试件进行更换，无需对整个试验台进行拆装，故本发明试验台的对中性高。

本发明试验台主体为立式，由驱动电机带动轴系旋转，同时设置径向轴向混合轴承用以平衡传动轴的轴向及径向运动；实验舱是被试件安装固定的场所，是径向和轴向力的最终受力体、又是润滑液循环的容腔，它装卡在安装平台上的导轨上面，既可以灵活移动又可以牢靠的固定在平台上，保证试验时的稳定和减少噪音。径向加载装置对水润滑轴承进行径向加载，轴向加载装置对水润滑轴承施加轴向载荷。本实验台能精确地测量水润滑轴承的摩擦力矩、试验转速、径向压力、轴向推力及摩擦系数，通过安装检测仪器还能够得到轴承水膜压力、水膜厚度、水膜温度和振动等参数，为开发无污染、低噪声、高可靠、长寿命、高效节能的水润滑轴承提供关键科学技术依据。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：它包括在安装平台从下到上依次设置的轴向加载装置、实验舱、扭矩传感器和电机平台，还包括设置在实验舱侧向的径向加载装置；其中，

实验舱固定在安装平台上，实验舱包括上盖板、第一实验舱侧板、第二实验舱侧板、实验舱前板、实验舱后板和实验舱底板；其中上盖板和第一实验舱侧板为可拆卸透明板，通过螺栓及密封圈与实验舱其它部件进行紧密连接；第二实验舱侧板上设有监测孔，用于观察实验舱内部情况；实验舱前板和实验舱后板上设有若干个卡板；实验舱上还设有多个循环水进口、循环水出口及放水口；多个循环水进口用于将含沙水液均匀的灌入舱体内、减少沉沙量、使舱体中的液体温度能保持一致；放水口用于实验舱的排水；

安装平台设有用于设置轴向加载装置的槽；轴向加载装置从实验舱底板延伸入实验舱，用于与试件连接；

扭矩传感器固定在扭矩传感器平台上，扭矩传感器平台通过第一立柱固定在实验舱上平台上，实验舱上平台通过第二立柱固定在安装平台上；扭矩传感器底部依次连接传感器延长轴、第一实验舱联轴器、传动轴和第二实验舱联轴器，第二实验舱联轴器从实验舱的上盖板的通孔伸入实验舱，用于与试件连接；

电机平台上固定有电机，电机的电机轴通过传感器上联轴器与扭矩传感器连接；电机平台通过电机平台立柱固定在安装平台上；

径向加载装置通过径向油缸固定座固定在安装平台上，并从实验舱侧向延伸入实验舱，用于与试件连接；

所述的实验舱、第二立柱、电机平台立柱和径向油缸固定座均通过螺栓与导轨连接使得整个实验台能够在导轨滑动和固定。

2.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的导轨由安装平台上设置的两排倒T型槽构成，所述的螺栓穿在倒T型槽中并与实验舱、第二立柱、电机平台立柱和径向油缸固定座连接。

3.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的实验舱上平台上还设有径向轴向混合轴承座，所述的传动轴设在径向轴向混合轴承座中。

4.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的轴向加载装置包括第一推力油缸、第二推力油缸、第一活塞杆、第二活塞杆、推力传感器和电磁铁；第一推力油缸固定在地面上，再通过第一活塞杆与推力传感器连接，推力传感器输出轴通过电磁铁与第二活塞杆紧密贴合一起，以将第一推力油缸产生的轴向力传递给第二推力油缸，再通过第二推力油缸的推力轴将轴向力传递给试件，第二推力油缸通过螺栓以及密封圈固定在实验舱的底板上。

5.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的径向加载装置包括第一径向油缸、第二径向油缸、第三活塞杆、第四活塞杆、径向传感器和第三实验舱联轴器；第一径向油缸通过径向油缸固定座及螺栓与安装平台相连，再通过第三活塞杆与径向传感器连接，径向传感器输出轴通过第三实验舱联轴器与第四活塞杆紧密贴合一起，以将第一径向油缸产生的径向力传递给第二径向油缸，再通过径向压力头将径向力传递给试件；第二径向油缸通过螺栓以及密封圈固定在实验舱上。

6.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的第一实验舱联轴器采用刚性联轴器。

7.根据权利要求5所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的第三实验舱联轴器采用刚性联轴器。

8.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的传感器上联轴器采用弹性联轴器。

9.根据权利要求1所述的水润滑轴承综合性能实验台，其特征在于：所述的电机轴上还设有编码器。

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