CN110296838A - 轴瓦性能测试试验机及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轴瓦性能测试试验机及测试方法，包括：机械系统、液压加载系统、润滑系统、信号测试系统以及控制系统；所述机械系统包括：试验主轴(7)、主轴旋转装置、试验瓦(11)、试验载荷加载装置以及倾角加载装置；所述试验主轴(7)安装在主轴旋转装置上；所述试验瓦(11)安装在试验载荷加载装置上；所述试验主轴(7)与试验瓦(11)构成旋转摩擦副；所述倾角加载装置能够使试验瓦(11)相对试验主轴(7)轴向倾斜；所述液压加载系统能够对试验瓦(11)进行向上的加载；所述润滑系统能够润滑试验瓦(11)；本发明能够准确地测试轴瓦在不同轴线倾斜角下的使用性能，并且操作简单，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及轴瓦试验机技术领域，具体地，涉及一种轴瓦性能测试试验机及测试方法，尤其是一种安装倾角对轴瓦使用性能测试试验机及测试方法。
背景技术
轴瓦作为工业应用中的关键基础零件，在设备运转过程中起着支撑和动力传递的作用，其性能直接决定着设备运行的可靠性和安全性。国内外关于测试轴瓦性能的试验台大多数研究的是轴线在对中工况下轴瓦的承载能力及其他润滑特性，未考虑轴线倾斜对轴瓦使用性能的影响。在实际运行的过程中，轴线偏移是普遍存在的现象。造成轴瓦与轴不对中的原因有很多，如轴倾斜，转子制造或安装误差，轴、转子以及轴瓦产生的热弹性变形等。轴线偏移会导致轴承油膜分布不均，局部区域油膜厚度减小，油膜压力增大，承载能力下降，磨损量增加，引起轴颈和轴瓦表面局部区域的塑性变形，随着磨损的加剧，将出现疲劳和破碎等复杂情况。如专利文献CN109596355A所公开的一种船用柴油机主轴瓦材料摩擦测试装置及方法，包括模态激振信号发生部分、参数测量部分、主轴瓦摩擦测试平台部分；信号发生器发出的信号经过波形的初步处理之后，经由信号放大器，传达信号给模态激振器；模态激振器与销直接连接，该销安装在销试件套中，销试件套固定在L型悬臂上，悬臂一端粘贴切向振动传感器，另一端与扭矩传感器连接。运动控制部器，由电机和电机驱动器提供动力。
但是传统的轴瓦性能测试试验机及测试方法存在如下问题：
1、不能测试轴瓦与轴不对中工况下的性能参数。
2、操作繁琐，测量精度差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轴瓦性能测试试验机及测试方法。
根据本发明提供的一种轴瓦性能测试试验机，包括：机械系统、液压加载系统、润滑系统、信号测试系统以及控制系统；
所述机械系统包括：试验主轴7、主轴旋转装置、试验瓦11、试验载荷加载装置以及倾角加载装置；
所述试验主轴7安装在主轴旋转装置上；
所述试验瓦11安装在试验载荷加载装置上；
所述试验主轴7与试验瓦11构成旋转摩擦副；
所述倾角加载装置能够使试验瓦11相对试验主轴7轴向倾斜；
所述液压加载系统能够对试验瓦11进行向上的加载；
所述润滑系统能够润滑试验瓦11；
所述信号测试系统能够采集试验数据；
所述控制系统能够控制主轴旋转装置的转速、试验载荷加载装置的加载力以及润滑系统的供油压力和供油温度。
优选地，所述主轴旋转装置包括：第一驱动部件1、第一联轴器3、第二联轴器6、第一主轴支撑座8以及第二主轴支撑座16；
所述第一驱动部件1能够通过第一联轴器3、第二联轴器6驱动试验主轴7旋转；
所述试验主轴7一端安装在第二主轴支撑座16上，另一端穿过第一主轴支撑座8与第二联轴器6连接。
优选地，所述试验载荷加载装置包括：第二驱动部件29与连杆200；
所述第二驱动部件29能够通过连杆200对试验瓦11进行向上的加载。
优选地，所述连杆200包括：连杆上端盖19、连杆中间座20以及连杆杆身21；所述连杆上端盖19、连杆中间座20以及连杆杆身21紧固连接。
优选地，还包括：关节轴承外圈23、关节轴承内圈24、销轴27以及转接头22；
所述连杆杆身21的下端与关节轴承外圈23相连；
所述关节轴承内圈24通过销轴27固定在转接头22的上端，转接头22的下端与第二驱动部件29的伸出杆紧固连接；
所述试验瓦11安装在连杆200上端的端孔内，与试验主轴7构成旋转摩擦副。
优选地，所述倾角加载装置包括：加载螺钉18、移动板17、加载柱15、外六角万向球14以及加载板13；
所述加载螺钉18能够推动移动板17从而带动加载柱15和外六角万向球14顶压加载板13前移，使试验瓦11相对试验主轴7轴向倾斜；
所述加载螺钉18穿过移动板17与第二主轴支撑座16紧固连接；
所述加载柱15的一端与移动板17紧固连接，另一端与外六角万向球14紧固连接；
所述加载板13与连杆200紧固连接。
优选地，所述第一主轴支撑座8与第二主轴支撑座16的外侧设置有防护罩箱体28，所述防护罩箱体28能够防止润滑油的飞溅；所述第一驱动部件1为伺服电机；所述第二驱动部件29为液压缸。
优选地，所述信号测试系统包括：扭矩传感器5与位移传感器9；
所述扭矩传感器5设置在第一联轴器3与第二联轴器6之间；
所述扭矩传感器5能够测量试验主轴7和试验瓦11之间的摩擦系数；
所述位移传感器9设置在连杆200的两侧；
所述位移传感器9能够测量试验瓦11倾斜角的变化。
优选地，所述信号测试系统还包括：压力传感器和温度传感器；
所述压力传感器能够测量试验瓦11和试验主轴7之间的油膜压力；
所述温度传感器能够监测试验瓦11的瓦背温度。
根据本发明提供的一种轴瓦性能测试试验方法，包括如下步骤：
步骤1：将温度传感器安装在连杆中间座20上，将压力传感器穿过连杆中间座20的直通孔并安装在试验瓦11的螺纹通孔中；将压力传感器和温度传感器的引线连接至数据采集仪的端口处；将试验瓦11安装到连杆中间座20的端孔内，盖紧连杆上端盖19，将连杆上端盖19、连杆中间座20以及连杆杆身21通过螺柱12连接并加紧至预定的预紧力，将润滑油管连接到连杆上端盖19上的接口处；将加载板13安装在螺柱12的上端；将位移传感器支架10安装在连杆200的左右两侧，并在两侧的水平和垂直方向上各安装1个位移传感器9，将位移传感器9的引线连接至数据采集仪的端口处，调节位移传感器9使探头与轴表面的距离在测量范围之内，紧固位移传感器9；
步骤2：接通试验机电源，启动润滑系统，根据试验要求设定加热器的加热温度；调节倾角加载装置，确保外六角万向球14与加载板13未接触；启动液压加载系统，试验载荷为零，设定电机转速并启动伺服电机，进行空载磨合试验，一定时间后停止伺服电机，关闭液压加载系统；
步骤3：启动数据采集仪，开始采集各传感器数据；启动伺服电机，启动液压加载系统，对试验瓦11加载至试验载荷，待各传感器数据稳定后进行倾角加载试验，调节加载螺钉18增大试验瓦的倾斜角度，当扭矩传感器的示数急剧上升或试验主轴7出现抱死时停止试验，此时测得的最大倾角即为该试验载荷下的极限倾角；
步骤4：关闭伺服电机和液压加载系统，关闭加热器和润滑系统，关闭电源。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、能够准确地测试轴瓦在不同轴线倾斜角下的使用性能。
2、安装简易、操作方便，轴线倾斜加载方式简单，可实现倾角的连续加载。
3、可用于测试不同转速、不同载荷及不同润滑油温度下，不同材料的试验瓦在不同轴线倾斜角下的润滑性能。
4、测得的摩擦系数、瓦背温度、油膜压力及极限倾角精度高，可为轴瓦材料性能的验证提供基础的实验条件。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的一种轴瓦性能测试试验机正面结构示意图。
图2为本发明提供的一种轴瓦性能测试试验机的连杆装置结构示意图。
图3为本发明提供的一种轴瓦性能测试试验机的倾角加载装置结构示意图。
图4为本发明提供的一种轴瓦性能测试试验机及测试方法的原理图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，根据本发明提供的一种轴瓦性能测试试验机，包括：机械系统、液压加载系统、润滑系统、信号测试系统以及控制系统；所述机械系统包括：试验主轴7、主轴旋转装置、试验瓦11、试验载荷加载装置以及倾角加载装置；所述试验主轴7安装在主轴旋转装置上；所述试验瓦11安装在试验载荷加载装置上；所述试验主轴7与试验瓦11构成旋转摩擦副；所述倾角加载装置能够使试验瓦11相对试验主轴7轴向倾斜；所述液压加载系统能够对试验瓦11进行向上的加载；所述润滑系统能够润滑试验瓦11；所述信号测试系统能够采集试验数据；所述控制系统能够控制主轴旋转装置的转速、试验载荷加载装置的加载力以及润滑系统的供油压力和供油温度；所述主轴旋转装置包括：第一驱动部件1、第一联轴器3、第二联轴器6、第一主轴支撑座8以及第二主轴支撑座16；所述第一驱动部件1能够通过第一联轴器3、第二联轴器6驱动试验主轴7旋转；所述试验主轴7一端安装在第二主轴支撑座16上，另一端穿过第一主轴支撑座8与第二联轴器6连接。在优选例中，机械系统采用伺服电机通过第一联轴器3、第二联轴器6驱动试验主轴7旋转，试验主轴7的两端通过滚动轴承安装在第一主轴支撑座8、第二主轴支撑座16上；连杆200置于两个主轴支撑座中间，试验瓦安装在连杆200上端的端孔内，与试验主轴组成旋转摩擦副。在优选例中，第一驱动部件1通过支架2固定在试验机台架30上，扭矩传感器5通过扭矩传感器支架4固定在试验机台架30上。
进一步地，所述试验载荷加载装置包括：第二驱动部件29与连杆200；所述第二驱动部件29能够通过连杆200对试验瓦11进行向上的加载；所述连杆200包括：连杆上端盖19、连杆中间座20以及连杆杆身21；所述连杆上端盖19、连杆中间座20以及连杆杆身21紧固连接；所述倾角加载装置包括：加载螺钉18、移动板17、加载柱15、外六角万向球14以及加载板13；所述加载螺钉18能够推动移动板17从而带动加载柱15和外六角万向球14顶压加载板13前移，使试验瓦11相对试验主轴7轴向倾斜；所述加载螺钉18穿过移动板17与第二主轴支撑座16紧固连接；所述加载柱15的一端与移动板17紧固连接，另一端与外六角万向球14紧固连接；所述加载板13与连杆200紧固连接；轴瓦性能测试试验机还包括：关节轴承外圈23、关节轴承内圈24、销轴27以及转接头22；所述连杆杆身21的下端与关节轴承外圈23相连；所述关节轴承内圈24通过销轴27固定在转接头22的上端，转接头22的下端与第二驱动部件29的伸出杆紧固连接；所述试验瓦11安装在连杆200上端的端孔内，与试验主轴7构成旋转摩擦副；所述第一主轴支撑座8与第二主轴支撑座16的外侧设置有防护罩箱体28，所述防护罩箱体28能够防止润滑油的飞溅；所述第一驱动部件1为伺服电机；所述第二驱动部件29为液压缸。在优选例中，连杆锁紧螺钉25将关节轴承外圈23锁紧在连杆杆身21的下端，销轴27与两侧轴套26将关节轴承内圈固定在转接头22的上端。在优选例中，试验瓦11为全瓦或半瓦。在优选例中，在第一主轴支撑座8和第二主轴支撑座16的外侧安装防护罩箱体28，以收集溢出的润滑油，并防止润滑油的飞溅，溢出的润滑油通过试验机台架30的出油孔经过冷却器和过滤器收回到润滑油液压站的油箱中。
更进一步地，所述信号测试系统包括：扭矩传感器5与位移传感器9；所述扭矩传感器5设置在第一联轴器3与第二联轴器6之间；所述扭矩传感器5能够测量试验主轴7和试验瓦11之间的摩擦系数；所述位移传感器9设置在连杆200的两侧；所述位移传感器9能够测量试验瓦11倾斜角的变化；所述信号测试系统还包括：压力传感器和温度传感器；所述压力传感器能够测量试验瓦11和试验主轴7之间的油膜压力；所述温度传感器能够监测试验瓦11的瓦背温度。在优选例中，信号测试系统包括传感器，数据采集仪和显示设备，在连杆两侧的位移传感器支架10上安装的水平和竖直方向上的4个位移传感器9，用于测量试验瓦11的倾斜角的变化；经过连杆中间座20上的直通孔安装在试验瓦11的螺纹通孔中的压力传感器，用于测量试验过程中的试验瓦11和试验主轴7之间的油膜压力；安装在连杆中间座20的螺纹通孔中的温度传感器，用于监测试验过程中试验瓦11的瓦背温度。此外，液压系统配备的压力传感器用于监测试验过程中液压站的供油压力；润滑系统配备的压力传感器用于控制润滑油的供油压力，温度传感器用于监测润滑油的供油温度。数据采集仪负责采集传感器的试验数据，并进行分析与处理。在优选例中，控制系统主要用于控制机械系统中驱动部件的输出转速，液压加载系统的加载力，润滑系统的供油压力和供油温度，以及试验机出现主轴抱死、油温过高等突发状况的紧急停止等。
根据本发明提供的一种轴瓦性能测试试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将温度传感器安装在连杆中间座20上，将压力传感器穿过连杆中间座20的直通孔并安装在试验瓦11的螺纹通孔中；将压力传感器和温度传感器的引线连接至数据采集仪的端口处；将试验瓦11安装到连杆中间座20的端孔内，盖紧连杆上端盖19，将连杆上端盖19、连杆中间座20以及连杆杆身21通过螺柱12连接并加紧至预定的预紧力，将润滑油管连接到连杆上端盖19上的接口处；将加载板13安装在螺柱12的上端；将位移传感器支架10安装在连杆200的左右两侧，并在两侧的水平和垂直方向上各安装1个位移传感器9，将位移传感器9的引线连接至数据采集仪的端口处，调节位移传感器9使探头与轴表面的距离在测量范围之内，紧固位移传感器9；所述位移传感器9为4个。
步骤2：接通试验机电源，启动润滑系统，根据试验要求设定加热器的加热温度；调节倾角加载装置，确保外六角万向球14与加载板13未接触；启动液压加载系统，试验载荷为零，设定电机转速并启动伺服电机，进行空载磨合试验，一定时间后停止伺服电机，关闭液压加载系统。在优选例中，步骤2为空载磨合试验。
步骤3：启动数据采集仪，开始采集各传感器数据；启动伺服电机，启动液压加载系统，对试验瓦11加载至试验载荷，待各传感器数据稳定后进行倾角加载试验，调节加载螺钉18增大试验瓦的倾斜角度，当扭矩传感器的示数急剧上升或试验主轴7出现抱死时停止试验，此时测得的最大倾角即为该试验载荷下的极限倾角。在优选例中，步骤3为倾角加载试验。
步骤4：关闭伺服电机和液压加载系统，关闭加热器和润滑系统，关闭电源。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种轴瓦性能测试试验机，其特征在于，包括：机械系统、液压加载系统、润滑系统、信号测试系统以及控制系统；
所述机械系统包括：试验主轴(7)、主轴旋转装置、试验瓦(11)、试验载荷加载装置以及倾角加载装置；
所述试验主轴(7)安装在主轴旋转装置上；
所述试验瓦(11)安装在试验载荷加载装置上；
所述试验主轴(7)与试验瓦(11)构成旋转摩擦副；
所述倾角加载装置能够使试验瓦(11)相对试验主轴(7)轴向倾斜；
所述液压加载系统能够对试验瓦(11)进行向上的加载；
所述润滑系统能够润滑试验瓦(11)；
所述信号测试系统能够采集试验数据；
所述控制系统能够控制主轴旋转装置的转速、试验载荷加载装置的加载力以及润滑系统的供油压力和供油温度。
2.根据权利要求1所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述主轴旋转装置包括：第一驱动部件(1)、第一联轴器(3)、第二联轴器(6)、第一主轴支撑座(8)以及第二主轴支撑座(16)；
所述第一驱动部件(1)能够通过第一联轴器(3)、第二联轴器(6)驱动试验主轴(7)旋转；
所述试验主轴(7)一端安装在第二主轴支撑座(16)上，另一端穿过第一主轴支撑座(8)与第二联轴器(6)连接。
3.根据权利要求1所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述试验载荷加载装置包括：第二驱动部件(29)与连杆(200)；
所述第二驱动部件(29)能够通过连杆(200)对试验瓦(11)进行向上的加载。
4.根据权利要求3所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述连杆(200)包括：连杆上端盖(19)、连杆中间座(20)以及连杆杆身(21)；所述连杆上端盖(19)、连杆中间座(20)以及连杆杆身(21)紧固连接。
5.根据权利要求4所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，还包括：关节轴承外圈(23)、关节轴承内圈(24)、销轴(27)以及转接头(22)；
所述连杆杆身(21)的下端与关节轴承外圈(23)相连；
所述关节轴承内圈(24)通过销轴(27)固定在转接头(22)的上端，转接头(22)的下端与第二驱动部件(29)的伸出杆紧固连接；
所述试验瓦(11)安装在连杆(200)上端的端孔内，与试验主轴(7)构成旋转摩擦副。
6.根据权利要求3所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述倾角加载装置包括：加载螺钉(18)、移动板(17)、加载柱(15)、外六角万向球(14)以及加载板(13)；
所述加载螺钉(18)能够推动移动板(17)从而带动加载柱(15)和外六角万向球(14)顶压加载板(13)前移，使试验瓦(11)相对试验主轴(7)轴向倾斜；
所述加载螺钉(18)穿过移动板(17)与第二主轴支撑座(16)紧固连接；
所述加载柱(15)的一端与移动板(17)紧固连接，另一端与外六角万向球(14)紧固连接；
所述加载板(13)与连杆(200)紧固连接。
7.根据权利要求3所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述第一主轴支撑座(8)与第二主轴支撑座(16)的外侧设置有防护罩箱体(28)，所述防护罩箱体(28)能够防止润滑油的飞溅；所述第一驱动部件(1)为伺服电机；所述第二驱动部件(29)为液压缸。
8.根据权利要求3所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述信号测试系统包括：扭矩传感器(5)与位移传感器(9)；
所述扭矩传感器(5)设置在第一联轴器(3)与第二联轴器(6)之间；
所述扭矩传感器(5)能够测量试验主轴(7)和试验瓦(11)之间的摩擦系数；
所述位移传感器(9)设置在连杆(200)的两侧；
所述位移传感器(9)能够测量试验瓦(11)倾斜角的变化。
9.根据权利要求1所述的轴瓦性能测试试验机，其特征在于，所述信号测试系统还包括：压力传感器和温度传感器；
所述压力传感器能够测量试验瓦(11)和试验主轴(7)之间的油膜压力；
所述温度传感器能够监测试验瓦(11)的瓦背温度。
10.一种轴瓦性能测试试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将温度传感器安装在连杆中间座(20)上，将压力传感器穿过连杆中间座(20)的直通孔并安装在试验瓦(11)的螺纹通孔中；将压力传感器和温度传感器的引线连接至数据采集仪的端口处；将试验瓦(11)安装到连杆中间座(20)的端孔内，盖紧连杆上端盖(19)，将连杆上端盖(19)、连杆中间座(20)以及连杆杆身(21)通过螺柱(12)连接并加紧至预定的预紧力，将润滑油管连接到连杆上端盖(19)上的接口处；将加载板(13)安装在螺柱(12)的上端；将位移传感器支架(10)安装在连杆(200)的左右两侧，并在两侧的水平和垂直方向上各安装1个位移传感器(9)，将位移传感器(9)的引线连接至数据采集仪的端口处，调节位移传感器(9)使探头与轴表面的距离在测量范围之内，紧固位移传感器(9)；
步骤2：接通试验机电源，启动润滑系统，根据试验要求设定加热器的加热温度；调节倾角加载装置，确保外六角万向球(14)与加载板(13)未接触；启动液压加载系统，试验载荷为零，设定电机转速并启动伺服电机，进行空载磨合试验，一定时间后停止伺服电机，关闭液压加载系统；
步骤3：启动数据采集仪，开始采集各传感器数据；启动伺服电机，启动液压加载系统，对试验瓦(11)加载至试验载荷，待各传感器数据稳定后进行倾角加载试验，调节加载螺钉(18)增大试验瓦的倾斜角度，当扭矩传感器的示数急剧上升或试验主轴(7)出现抱死时停止试验，此时测得的最大倾角即为该试验载荷下的极限倾角；
步骤4：关闭伺服电机和液压加载系统，关闭加热器和润滑系统，关闭电源。
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