CN109374297B - 滑动推力轴承试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑动推力轴承试验装置，激振装置、台架系统和拖动系统分别固定于各自独立的地基导轨上，各地基导轨之间设有隔振沟；台架系统的推力加载轴承通过加载轴承支座安装在隔振支座上，安装座安装在隔振支座上，推力加载轴承的壳体与安装座竖立面之间连接多个推力加载油缸，安装座竖立面内装有弹性负载装置，推力加载轴承中间连接有推力加载轴段，推力加载轴段后端连接有过渡轴段，前端连接激振装置；旋转轴段与台架系统中的过渡轴段之间连接被试滑动推力轴承；测试装置的输入端传感器通过支架安装于过渡轴段处，输出端传感器安装于安装座上，两个传感器测试到的振动信号通过信号采集分析模块处理，得到被试滑动推力轴承的轴向振动传递特性。

Description

滑动推力轴承试验装置

技术领域

本发明涉及一种船用滑动推力轴承的试验装置，尤其是一种可实现船用滑动推力轴承在推力加载状态下的轴向振动传递特性的试验装置。

背景技术

船用滑动推力轴承设备大、质量重，将船舶轴向推进力通过推力轴承轴系输入端通过安装基座传递至船体上，推进船舶或者使之倒退，是船舶的重要设备。船用滑动推力轴承的轴向振动传递特性关系到船舶轴系上推进器产生的振动噪声向船体的传递和隔离，直接影响船舶振动噪声和舒适性，是船用推力轴承的重要性能。研制滑动推力轴承试验装置，开展推力轴承轴向振动传递特性测试、推力加载测试，可为船用滑动推力轴承的轴向振动传递特性测试规范提供参考，给船用滑动推力轴承的设计及试验提供测试设备。

目前国内用于轴承的振动特性的专用试验设备较少，更没有针对船用滑动推力轴承的轴向振动传递特性测试的专业设备。目前船用滑动推力轴承的振动传递特性测试一般是在被测试对象在实船安装使用时进行测试，测试时存在无法排除干扰源振动激励以及无法准确确定输入激励力幅值和频率的缺点。

如发明专利公告号CN104792532B，公开了一种船用推力轴承设备试验装置，包括变频调速电机、齿轮箱、万向联轴器、倾斜底座、设备台架、输入端径向加载装置、输出端径向加载装置和轴向加载装置，该试验装置功能为模拟推力轴承设备运行时所受螺旋桨轴向推力及两端承受轴系挂重的状态时测试推力轴承的运行性能，该试验装置不具备船用滑动推力轴承轴向振动传递特性测试功能。

如发明专利公告号CN102297753B，公开了一种教学科研用的船舶推进轴系纵向振动模拟试验台，该试验台研制为教学试验用模拟纵向交变激励力，且在轴系、拖动加载和试验平台结构上无隔振措施，无法满足测试船用滑动推力轴承轴向振动传递特性要求。

如发明专利公告号CN102980765B，公开了一种船舶轴系综合试验平台，主要由变频电机、减速机、推力轴承、轴系及附件、加载装置、水润滑单元、液压动力单元、监测控制单元、地基和基座组成，该试验平台主要功能为测量外加载荷、轴承支承力、轴功率、轴系振动、后尾轴承润滑状态等，不具备船用滑动推力轴承轴向振动传递特性测试功能。

发明内容

针对现存技术的不足，本发明提出一种滑动推力轴承试验装置，用来解决滑动推力轴承轴向振动传递特性测试的以下技术问题：

(1)既能对船用滑动推力轴承进行推力加载状态下的振动传递特性，又能对船用滑动推力轴承进行独立的推力加载性能测试；

(2)可对船用滑动推力轴承施加旋转转速，以模拟船舶轴系运转时的转速，以保证船用滑动推力轴承测试状态与实际使用状态接近；

(3)消除或减弱被试滑动推力轴承轴系输入端通过激振器安装支架、推力加载轴承等传递至船用滑动推力轴承的安装基座上的振动激励；

(4)消除或减弱拖动电机或外界振动激励传递至滑动推力轴承的安装基座上的振动激励；

(5)激励船用滑动推力轴承轴系输入端，使之获得比背景噪声大的可被振动测试装置测试的满足频率要求的轴向振动激励；

(6)模拟船用滑动推力轴承的实际使用安装状态，可获得实际使用状态下的振动传递特性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种滑动推力轴承试验装置，包括激振装置、台架系统、拖动系统和测试装置，所述激振装置、台架系统和拖动系统分别固定于各自独立的地基导轨上，各地基导轨之间设有隔振沟；所述台架系统由隔振支座、推力加载轴承、加载轴承支座、推力加载油缸、弹性负载装置、安装座以及过渡轴段组成，所述推力加载轴承通过加载轴承支座安装在隔振支座左侧上面，安装座安装在隔振支座右侧上面，推力加载轴承的壳体右侧面与安装座前侧竖立面之间连接有多个推力加载油缸，安装座前侧竖立面内装有弹性负载装置，推力加载轴承中间连接有推力加载轴段，推力加载轴段后端连接有过渡轴段；前端通过激振力传递装置连接激振装置；所述拖动系统置于安装座后方；拖动系统中的旋转轴段与台架系统中的过渡轴段之间连接被试滑动推力轴承；所述测试装置由输入端传感器、输出端传感器和信号采集分析模块组成，输入端传感器通过支架安装于过渡轴段处，用于测试过渡轴段处的轴向振动信号；输出端传感器安装于安装座上，用于测试安装座上的轴向振动信号，输入端传感器的输出端传感器测试到的振动信号通过信号采集分析模块处理，得到被试滑动推力轴承的轴向振动传递特性。

进一步，所述激振装置包括激振装置安装支架、低频激振装置、中高频激振装置，所述低频激振装置由液压激振器安装座、液压激振器、控制模块、激振头组成；所述中高频激振装置具有四套中高频装置，每套中高频装置由电磁激振器安装座、电磁激振器、控制器、激振杆组成；激振装置安装支架固定连接在地基导轨上，激振装置安装支架具有三层安装平面；低频激振装置通过固定连接在激振装置安装支架上，低频激振装置的激振头轴线与试验台轴线为同一轴线，四套中高频装置围绕试验台的轴线设置，并分别固定连接在激振装置安装支架的上安装平面、下安装平面以及中间安装平面的左右两侧；所述低频激振装置的激振头和中高频装置的激振杆与激振力传递装置的激振盘相连接。

进一步，所述激振力传递装置通过隔振器安装于激振装置安装支架上；所述激振力传递装置由激振盘、套圈、径向滚动轴承、压环、压紧螺母、两件推力滚动轴承、激振力传递轴段、轴承座、上盖、安装座组成；两件推力滚动轴承的内圈分别安装在激振力传递轴段上，外圈安装于轴承座上，两件推力滚动轴承分别承载单向推力载荷；压紧螺母旋紧于激振力传递轴段上，依次压紧径向滚动轴承、压环、一件推力滚动轴承、轴承座、另一件推力滚动轴承、激振力传递轴段，使推力滚动轴承预紧。

进一步，所述台架系统的隔振支座由大底座和安装于大底座下的八个空气弹簧隔振器组成。

进一步，所述推力加载轴承为前后侧对称结构，由推力加载轴段、推力瓦块、支承结构、壳体组成，其中推力瓦块共八块，圆周均匀分布安装于支承结构上。

进一步，所述加载轴承支座为左右对称结构，由支承座、压块、隔振器、限位器组成；压块通过螺栓固定在支承座上；推力加载轴承放置于加载轴承支座上，加载轴承支座的压块与推力加载轴承的壳体间存在间隙。

进一步，所述推力加载油缸由八套液压缸组成，八套液压缸圆周均匀分布，液压缸的缸套通过螺栓固定安装在推力加载轴承的壳体侧面上。

进一步，所述拖动系统由拖动电机、电机支座、变频器、联轴节、支撑轴承、高弹联轴器、旋转轴段组成，拖动电机安装在电机支座，并连接变频器，拖动电机输出轴通过联轴节连接支撑轴承，支撑轴承通过高弹联轴器连接旋转轴段。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术对比，具有以下不同点或优势：

本发明所述装置与已有专利功能不同，除了能实现船用滑动推力轴承的轴向振动传递特性测试，尤其是可实现船用滑动推力轴承在推力加载状态下的振动传递特性测试，还可用于测试船用滑动推力轴承在模拟实船安装状态下旋转运转时推力加载试验测试；其中船用滑动推力轴承的轴向振动传递特性测试是本专利的核心功能；

本发明所述装置的结构组成、结构形式与已有专利不同，推力加载方式和结构形式不同；激振装置和拖动系统组成和结构形式不同；试验装置的隔振方法和隔振结构也不同；激振能力、推力加载能力已远大于已有专利，可满足船用滑动推力轴承的测试需求。

本发明的试验装置可实现不同规格船用滑动推力轴承的性能测试，具体包括：

(1)能够完成船用滑动推力轴承在旋转运转状态下、推力负载下的轴向振动传递特性测试。

(2)能够完成船用滑动推力轴承的轴向动刚度测试。

(3)能够完成船用滑动推力轴承在旋转运转状态下施加推力加载测试。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是激振装置的结构示意主视图；

图4是激振装置的结构示意左视图；

图5是激振力传递装置的结构示意图；

图6是台架系统的结构示意图；

图7是推力加载轴承的结构示意图；

图8是加载轴承支座的结构示意图；

图9是加载轴承支座的结构示意左视图；

图10是隔振支座的结构示意图；

图中：1激振装置；2台架系统；3测试装置；4拖动系统；5激振装置安装支架；6电磁激振器安装座；7液压激振器安装座；8电磁激振器；9液压激振器；10激振杆；11激振头；12激振力传递装置；13隔振器；14激振盘；15径向滚动轴承；16上盖；17轴承座；18推力滚动轴承；19激振力传递轴段；20压紧螺母；21套圈；22压环；23安装座；24隔振支座；25推力加载轴承；26加载轴承支座；27推力加载油缸；28弹性负载装置；29安装座；30过渡轴段；31推力加载轴段；32推力瓦块；33支承结构；34壳体；35支撑轴瓦；36压块；37支承座；38隔振器；39限位器；40被试滑动推力轴承；41旋转轴段；42高弹联轴器；43支撑轴承；44联轴节；45拖动电机；46电机支座；47空气弹簧隔振器；48大底座。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种滑动推力轴承试验装置，包括激振装置1、台架系统2、拖动系统4和测试装置3。激振装置1、台架系统2和拖动系统4分别固定于各自独立的地基导轨上，各地基导轨之间设有隔振沟。

如图2，3，4所示，激振装置1由激振装置安装支架5、低频激振装置、中高频激振装置、激振力传递装置12等组成。

低频激振装置由液压激振器安装座7、液压激振器9、控制模块、激振头11组成。中高频激振装置由四套中高频装置组成，每套中高频装置由电磁激振器安装座6、电磁激振器8、控制器、激振杆10组成，四套控制器通过同一个控制系统进行同步控制。激振装置安装支架5通过螺栓固定于地基导轨上，激振装置安装支架5有三层安装平面；低频激振装置的激振头11轴线与试验台轴线为同一轴线，通过螺栓固定于激振装置安装支架5上；四套中高频装置围绕轴线，通过螺栓固定于激振装置安装支架5上，且分别安装于激振装置安装支架5的上安装平面、下安装平面以及中间安装平面的左右两侧。

激振力传递装置12通过隔振器13安装于激振装置安装支架5上。

低频激振装置的激振头11与激振力传递装置12的激振盘14、中高频激振装置的激振杆10之间为螺栓连接。

如图5所示，激振力传递装置12由激振盘14、套圈21、径向滚动轴承15、压环22、压紧螺母20、推力滚动轴承18、激振力传递轴段19、轴承座17、上盖16、安装座23等组成。推力滚动轴承18共一对两件，推力滚动轴承18内圈安装于激振力传递轴段19上，外圈安装于轴承座23上，两件推力滚动轴承18分别承载单向推力载荷。压紧螺母20旋紧于激振力传递轴段19上，依次压紧径向滚动轴承15、压环22、一件推力滚动轴承18、轴承座17、另一件推力滚动轴承18、激振力传递轴段19，将推力滚动轴承18预紧。激振力传递装置内部通过润滑脂进行润滑。

如图6所示，台架系统2由隔振支座24、推力加载轴承25、加载轴承支座26、推力加载油缸27、弹性负载装置28、安装座29以及过渡轴段30等组成。推力加载轴承25通过加载轴承支座26安装在隔振支座24左侧上面，安装座29安装在隔振支座24右侧上面，推力加载轴承25的壳体右侧面与安装座29前侧竖立面之间通过多个均布的推力加载油缸27连接，安装座29前侧竖立面内装有弹性负载装置28，推力加载轴承25中间连接有推力加载轴段31，推力加载轴段31后端穿入安装座29内与过渡轴段30固定连接。

如图10所示，台架系统的隔振支座24主要由大底座48和安装于大底座下的8件空气弹簧隔振器47组成，8个空气弹簧分成3件、3件、2件的三组，各组空气弹簧分别通过管路连通，通过高度调节阀门与气源连接。

如图7所示，推力加载轴承25为前后侧对称结构，由推力加载轴段31、推力瓦块32、支承结构33、壳体34、支撑轴瓦35组成，其中推力瓦块32共8块，圆周均匀分布安装于支承结构33上。推力加载轴段31为中间带推力盘、两侧法兰的轴结构，推力加载轴段31与推力瓦块32、支撑轴瓦35之间是有间隙的。推力加载轴承25壳体内腔充满润滑油；推力加载轴段31旋转运行时，推力盘与推力瓦块32之间形成油膜传递推力负载，推力加载轴段31与支撑轴瓦35之间形成润滑油膜。

激振力传递装置的激振力传递轴段19与推力加载轴承31的推力加载轴段31通过螺栓固定联接。

如图8，9所示，加载轴承支座26为左右对称结构，由支承座37、压块36、隔振器38、限位器39组成；压块36通过螺栓固定于支承座37上。推力加载轴承25放置于加载轴承支座26上，加载轴承支座的压块36与推力加载轴承25的壳体间存在间隙。

推力加载油缸27由八套液压缸组成，八套液压缸圆周均匀分布，液压缸的缸套通过螺栓固定安装于推力加载轴承25的壳体侧面上。八套液压缸的进油口通过油管相互连通，出油口通过油管相互连通，通过液压系统进行供压力油产生推力。

弹性负载装置28通过左侧的环形板与八套液压缸的活塞固定，右侧固定于安装座29上。

如图2所示，拖动系统由拖动电机45、电机支座46、变频器、联轴节44、支撑轴承43、高弹联轴器42、旋转轴段41组成。拖动电机45安装在电机支座46，并连接变频器，拖动电机45输出轴通过联轴节44连接支撑轴承43，支撑轴承43通过高弹联轴器42连接旋转轴段41。测试装置由传感器和信号采集分析模块等组成。

被试滑动推力轴承40通过壳体安装固定于安装座29上，被试滑动推力轴承40的推力轴通过螺栓分别与过渡轴段30、旋转轴段41连接固定。测试装置的传感器由输入端传感器和输出端传感器两组传感器组成；输入端传感器通过支架安装于过渡轴段30处，测试过渡轴段30处的轴向振动信号；输出端传感器安装于安装座29上，测试安装座上的轴向振动信号。传感器测试到的振动信号通过信号采集分析模块处理，得到被试滑动推力轴承40的轴向振动传递特性。

本试验台架将被试设备船用滑动推力轴承放置在试验装置中间，可更真实模拟实船安装状态。被试设备船用滑动推力轴承的推力轴及试验装置中轴系由拖动电机拖动旋转，其转速可在0r/min～220r/min之间由变频器调节。

推力加载轴承与被试设备船用滑动推力轴承背靠背地安装在台架系统上，试验运行中所产生的大推力负载，全部由弹性负载装置、安装座、推力加载轴承及过渡轴段承担，因此大推力变成了试验装置台架系统的内力。

基于上述结构，本发明对滑动推力轴承的轴向振动传递特性测试方法具体实施步骤如下：

(1)将被试滑动推力轴承40安装于试验装置安装座29上，轴端分别与过渡轴段30、旋转轴段41连接固定；

(2)启动拖动电机45，带动被试滑动推力轴承40的推力轴和试验装置轴系在指定转速下旋转；

(3)推力加载油缸27产生推力，推力依次传递至推力加载轴承25的壳体34、支承结构33、推力瓦块32、推力加载轴段31，推力通过过渡轴段30传递至被试滑动推力轴承40的推力轴，使被试滑动推力轴承40承载指定的推力负载；

(4)液压激振器9产生低频振动激励，低频振动激励通过激振头11、激振力传递装置12传递至推力加载轴承25的推力加载轴段31上，通过过渡轴段30传递至被试滑动推力轴承40的推力轴，使被试滑动推力轴承40承载指定的轴向低频振动激励；

(5)测试装置的传感器测试与被试滑动推力轴承40连接的过渡轴段30上和安装座29上的轴向振动信号，经振动信号通过信号采集分析模块处理、计算，获得被试设备的低频轴向振动传递特性。

(6)停止液压激振器9；

(7)启动电磁激振器8产生中高频振动激励，中高频振动激励通过激振杆10、激振力传递装置12传递至推力加载轴承25的推力加载轴段31上，通过过渡轴段30传递至被试滑动推力轴承40的推力轴，使被试滑动推力轴承40的承载指定的轴向中高频振动激励；

(8)测试装置的传感器测试与被试滑动推力轴承40连接的过渡轴段30上和安装座29上的轴向振动信号，经振动信号通过信号采集分析模块处理、计算，获得被试设备的轴向中高频振动传递特性。

基于上述结构，本发明对滑动推力轴承的轴向动刚度测试方法具体实施步骤如下：

(1)将被试滑动推力轴承40安装于试验装置安装座29上，轴端分别与过渡轴段30、旋转轴段41连接固定；

(2)启动拖动电机45，带动被试滑动推力轴承40的推力轴和试验装置轴系在指定转速下旋转；

(3)推力加载油缸27产生推力，推力依次传递至推力加载轴承25的壳体34、支承结构33、推力瓦块32、推力加载轴段31，推力通过过渡轴段30传递至被试滑动推力轴承40的推力轴，使被试滑动推力轴承40承载指定的推力负载；

(4)液压激振器9产生低频振动激励，低频振动激励通过激振头11、激振力传递装置12传递至推力加载轴承25的推力加载轴段31上，通过过渡轴段30传递至被试滑动推力轴承40的推力轴，使被试设备承载指定的轴向低频振动激励；

(5)测试装置的传感器测试被被试滑动推力轴承40的输入端的轴向振动信号，通过对振动激励力和轴向振动信号计算被测设备的轴向动刚度。

基于上述结构，本发明对滑动推力轴承的推力加载测试方法具体实施步骤如下：

(1)将被试滑动推力轴承40安装于试验装置安装座29上，轴端分别与过渡轴段30、旋转轴段41连接固定；

(2)启动拖动电机45，带动被试滑动推力轴承40的推力轴和试验装置轴系在指定转速下旋转；

(3)推力加载油缸27产生推力，推力依次传递至推力加载轴承25的壳体34、支承结构33、推力瓦块32、推力加载轴段31，推力通过过渡轴段30传递至被试滑动推力轴承40的推力轴，使被试滑动推力轴承40承载指定的推力负载。

Claims (7)

1.一种滑动推力轴承试验装置，包括激振装置、台架系统、拖动系统和测试装置，其特征在于：所述激振装置、台架系统和拖动系统分别固定于各自独立的地基导轨上，各地基导轨之间设有隔振沟；所述台架系统由隔振支座、推力加载轴承、加载轴承支座、推力加载油缸、弹性负载装置、安装座以及过渡轴段组成，所述推力加载轴承通过加载轴承支座安装在隔振支座左侧上面，安装座安装在隔振支座右侧上面，推力加载轴承的壳体右侧面与安装座前侧竖立面之间连接有多个推力加载油缸，安装座前侧竖立面内装有弹性负载装置，推力加载轴承中间连接有推力加载轴段，推力加载轴段后端连接有过渡轴段；前端通过激振力传递装置连接激振装置；所述拖动系统置于安装座后方；拖动系统中的旋转轴段与台架系统中的过渡轴段之间连接被试滑动推力轴承；所述测试装置由输入端传感器、输出端传感器和信号采集分析模块组成，输入端传感器通过支架安装于过渡轴段处，用于测试过渡轴段处的轴向振动信号；输出端传感器安装于安装座上，用于测试安装座上的轴向振动信号，输入端传感器和输出端传感器测试到的振动信号通过信号采集分析模块处理，得到被试滑动推力轴承的轴向振动传递特性；所述激振装置包括激振装置安装支架、低频激振装置、中高频激振装置，所述低频激振装置由液压激振器安装座、液压激振器、控制模块、激振头组成；所述中高频激振装置具有四套中高频装置，每套中高频装置由电磁激振器安装座、电磁激振器、控制器、激振杆组成；激振装置安装支架固定连接在地基导轨上，激振装置安装支架具有三层安装平面；低频激振装置固定连接在激振装置安装支架上，低频激振装置的激振头轴线与试验台轴线为同一轴线，四套中高频装置围绕试验台的轴线设置，并分别固定连接在激振装置安装支架的上安装平面、下安装平面以及中间安装平面的左右两侧；所述低频激振装置的激振头和中高频装置的激振杆与激振力传递装置的激振盘相连接。

2.根据权利要求1所述的滑动推力轴承试验装置，其特征在于：所述激振力传递装置通过隔振器安装于激振装置安装支架上；所述激振力传递装置由激振盘、套圈、径向滚动轴承、压环、压紧螺母、两件推力滚动轴承、激振力传递轴段、轴承座、上盖、安装座组成；两件推力滚动轴承的内圈分别安装在激振力传递轴段上，外圈安装于轴承座上，两件推力滚动轴承分别承载单向推力载荷；压紧螺母旋紧于激振力传递轴段上，依次压紧径向滚动轴承、压环、一件推力滚动轴承、轴承座、另一件推力滚动轴承、激振力传递轴段，使推力滚动轴承预紧。

3.根据权利要求1所述的滑动推力轴承试验装置，其特征在于：所述台架系统的隔振支座由大底座和安装于大底座下的八个空气弹簧隔振器组成。

4.根据权利要求1所述的滑动推力轴承试验装置，其特征在于：所述推力加载轴承为前后侧对称结构，由推力加载轴段、推力瓦块、支承结构、壳体组成，其中推力瓦块共八块，圆周均匀分布安装于支承结构上。

5.根据权利要求1所述的滑动推力轴承试验装置，其特征在于：所述加载轴承支座为左右对称结构，由支承座、压块、隔振器、限位器组成；压块通过螺栓固定在支承座上；推力加载轴承放置于加载轴承支座上，加载轴承支座的压块与推力加载轴承的壳体间存在间隙。

6.根据权利要求1所述的滑动推力轴承试验装置，其特征在于：所述推力加载油缸由八套液压缸组成，八套液压缸圆周均匀分布，液压缸的缸套通过螺栓固定安装在推力加载轴承的壳体侧面上。

7.根据权利要求1所述的滑动推力轴承试验装置，其特征在于：所述拖动系统由拖动电机、电机支座、变频器、联轴节、支撑轴承、高弹联轴器、旋转轴段组成，拖动电机安装在电机支座，并连接变频器，拖动电机输出轴通过联轴节连接支撑轴承，支撑轴承通过高弹联轴器连接旋转轴段。

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