CN111024394A - 推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置 - Google Patents

推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置 Download PDF

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    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

Abstract

本发明涉及推力轴承力学参数测量领域，旨在解决现有的扭矩测量存在不能真实反映轴承工作状态下的真实情况，测量结果可靠性低的问题，提供一种推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其包括：推力轴承座；固定座和推力轴承座沿轴向间隔相对；推力盘的外周面限定环形槽，被测推力轴承组件配合于环形槽内；推力盘设有通孔，且通孔的内表面具有内球弧面；球头拉杆的后部设置有配合部，配合部朝前的表面为外球弧面；球头拉杆穿过通孔直至前端延伸至固定座处；轴向加载装置连接球头拉杆；扭转操作结构连接于推力盘的后部。本发明的有益效果是测量状态与实际工作状态相符，测量结果能够真实地反应工作状态的真实情况，测量评判准确可靠。

Description

推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置
技术领域
本发明涉及推力轴承力学参数测量领域，具体而言，涉及推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置。
背景技术
目前，各种发电机组所使用的推力轴承大多采用球面配合结构来实现轴承的自位能力，为了确认其自位能力可行，必须对球面配合结构进行扭转力矩的测量，但扭矩测量仅能针对自由状态下的推力轴承进行，所测得的扭矩也并不能反映推力轴承工作状态下的真实情况，因为推力轴承在受到推力后，由于瓦体和瓦套的相对移动，球面的接触部位及球面摩擦系数等影响球面扭转力矩的重要因素均发生了很大的变化，这就导致很多推力轴承在生产或检修过程中，球面扭转力矩合格，但实际使用过程却自位能力丧失的结果。
发明内容
本发明旨在提供一种推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，以解决现有的扭矩测量存在不能真实反映轴承工作状态下的真实情况，测量结果可靠性低的问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其包括：
推力轴承座，用于安装被测推力轴承组件；
固定座，所述固定座和所述推力轴承座沿轴向间隔相对；
推力盘，所述推力盘的外周面的轴向两端分别沿径向向外延伸形成凸环；两端的所述凸环之间限定环形槽，被测推力轴承组件的内周配合于所述环形槽内；所述推力盘的中间位置设有沿轴向贯通的通孔，且所述通孔的内表面具有沿轴向从后到前逐渐缩小形成的内球弧面；
球头拉杆，所述球头拉杆的后部设置有沿径向向外扩大成部分球形的配合部，所述配合部朝前的表面为与所述内球弧面配合的外球弧面；所述球头拉杆的前端穿过所述通孔，直至使其配合部进入所述通孔、所述外球弧面和所述内球弧面轴向对应的位置，且所述球头拉杆的前端延伸至所述固定座处；
轴向加载装置，所述轴向加载装置一端固定连接于所述固定座上，另一端连接所述球头拉杆的前端，并能够对所述球头拉杆施加沿轴向的拉力；以及
扭转操作结构，所述扭转操作结构连接于所述推力盘的后部，并能够通过所述推力盘带动被测推力轴承组件扭转。
本方案中的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置使用时，首先通过轴向加载装置对球头拉杆试验轴向拉力，该拉力带动球头拉杆的配合部向固定座一侧移动，球头拉杆通过其配合部和推力盘的球面配合带动固定座沿轴向移动，进而推力盘带动被测推力轴承组件的内圈结构相对外圈结构沿轴向移动，直至内圈结构和外圈结构之间的配合间隙吃尽并相互压紧至设计推力。然后沿垂直于球头拉杆的方向搬动扭转操作结构，使其通过推力盘带动被测推力轴承组件的内圈结构相对外圈结构转动，并在该过程中对扭转作用力进行测量，便可计算出扭转力矩。
通过本装置，被测推力轴承组件在测量时受到由轴向加载装置通过球头拉杆和推力盘之间的球面配合间接施加的轴向推力，被测推力轴承组件的球面的接触部位及球面摩擦系数等影响球面扭转力矩的重要因素均与实际工作状态下相符合，从而该测量结果能够真实地反应被测推力轴承组件工作状态的真实情况，测量评判准确可靠。
在一种实施方式中：
所述扭转操作结构包括扭转锥套和扭转杆；
所述扭转锥套的前端扩大成法兰盘，所述扭转锥套通过其法兰盘法兰连接于所述推力盘的后端面；所述扭转锥套的后段的外周面为从前到后逐渐缩小的锥形面，所述扭转锥套的后部开设有沿轴向延伸的连接孔；
所述扭转杆为长条形杆状结构，其前端固定连接于所述连接孔内。
在一种实施方式中：
所述球头拉杆上设有限位部，所述限位部位于所述固定座后端面之后，以限定所述球头拉杆沿轴向的最大位移。
在一种实施方式中：
所述固定座的前端面连接有轴向加载装置，所述轴向加载装置和所述固定座上设置沿轴向对应的贯通孔；
所述球头拉杆的前端沿轴向穿过所述固定座和所述轴向加载装置的贯通孔；所述球头拉杆的前端连接有卡盘；
所述轴向加载装置的后端固定于所述固定座，其前端的轴向伸缩端抵顶连接所述卡盘，以使所述轴向加载装置能够通过其伸缩端的伸缩带动所述球头拉杆沿轴向移动。
在一种实施方式中：
所述球头拉杆的前端螺纹连接有锁紧螺帽；
所述卡盘可活动地套接于所述球头拉杆上，并夹于所述锁紧螺帽和所述轴向加载装置的伸缩端之间。
在一种实施方式中：
所述推力盘的通孔的后段为直径大于所述球头拉杆的配合部的最大直径的后孔段；所述后孔段的前端由后到前逐渐缩小形成所述内球弧面；
所述推力盘的通孔的前端为从后到前逐渐扩大的锥形面，所述锥形面的后端连接于所述内球弧面的前端。
在一种实施方式中：
所述锥形面的后端和所述内球弧面的前端之间设置圆角过渡连接。
在一种实施方式中：
所述后孔段为圆柱孔，其直径等于或略大于所述内球弧面的直径。
在一种实施方式中：
所述球头拉杆的配合部为后部切去部分的优弧球体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中提及之附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置的三维视图(部分结构剖开展示)；
图2为本发明实施例中的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置的平面剖视图。
图标：10-推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置；12-推力轴承座；13-固定座；14-推力盘；15-球头拉杆；16-轴向加载装置；17-扭转操作结构；18-被测推力轴承组件；21-瓦体；22-瓦套；23-安装孔；24-下部分；25-上部分；26-下部分；27-上部分；28-凸环；29-环形槽；30-通孔；31-内球弧面；32-配合部；33-外球弧面；34-扭转锥套；35-扭转杆；36-法兰盘；37-锥形面；38-连接孔；39-限位部；40-贯通孔；41-卡盘；42-伸缩端；43-固定部分；44-锁紧螺帽；45-后孔段；46-锥形面；47-圆角。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
参见图1，本实施例提出一种推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置10，其包括推力轴承座12、固定座13、推力盘14、球头拉杆15、轴向加载装置16以及扭转操作结构17。
其中推力轴承座12用于安装被测推力轴承组件18。本实施例中的被测推力轴承组件18主要包括内圈部分和外圈部分，内圈部分主要包括瓦体21，外圈部分主要包括瓦套22，瓦体21配合于瓦套22内，且两者之间形成球面配合。被测推力轴承组件18的瓦套22固定连接于推力轴承座12的安装孔23内，被测推力轴承组件18的瓦体21安装于推力盘14的外周内，使推力盘14能够带动瓦体21相对瓦套22轴向移动。
推力轴承座12可以设置为包括可拆卸连接的下部分24和上部分25；下部分24固定设置于如试验平台等基础上，下部分24上安装推力盘14和被测推力轴承组件18后，盖上并连接上部分25即可。
本方案中，固定座13和推力轴承座12沿轴向间隔相对。固定座13也可设置为可拆卸的下部分26和上部分27，以方便其上的其他结构的安装，在此不赘述。
本实施例中的推力盘14的外周面的轴向两端分别沿径向向外延伸形成凸环28；两端的凸环28之间限定环形槽29，被测推力轴承组件1818的内周的瓦体21配合于环形槽29内；推力盘14的中间位置设有沿轴向贯通的通孔30，且通孔30的内表面具有沿轴向从后到前逐渐缩小形成的内球弧面31。
球头拉杆15的后部设置有沿径向向外扩大成部分球形的配合部32，配合部32朝前的表面为与内球弧面31配合的外球弧面33；球头拉杆15的前端穿过通孔30，直至使其配合部32进入通孔30、外球弧面33和内球弧面31轴向对应的位置，且球头拉杆15的前端延伸至固定座13处。
轴向加载装置16一端固定连接于固定座13上，另一端连接球头拉杆15的前端，并能够对球头拉杆15施加沿轴向的拉力。本实施例中，轴向加载装置16可以是如直线油缸或直线电机等能够提供直线位移的装置。当然，为实现对该拉力数值的准确控制，还可在轴向加载装置16和球头拉杆15之间设置力传感器以测量该拉力的大小。具体可采用如压力传感器或其他合适的现有力的测量装置/方法。
本方案中的扭转操作结构17连接于推力盘14的后部，并能够通过推力盘14带动被测推力轴承组件1818扭转。可选地，扭转操作结构17包括扭转锥套34和扭转杆35；扭转锥套34的前端扩大成法兰盘36，扭转锥套34通过其法兰盘36法兰连接于推力盘14的后端面；扭转锥套34的后段的外周面为从前到后逐渐缩小的锥形面37，扭转锥套34的后部开设有沿轴向延伸的连接孔38；扭转杆35为长条形杆状结构，其前端固定连接于连接孔38内。该设置方式方便扭转操作结构17的连接，且其扭转杆35可设置为较长的杆件，如此，可通过较小的施力对被测推力轴承组件18施加较大的扭矩荷载。
本方案中的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置10使用时，首先通过轴向加载装置16对球头拉杆15试验轴向拉力，该拉力带动球头拉杆15的配合部32向固定座13一侧移动，球头拉杆15通过其配合部32和推力盘14的球面配合带动固定座13沿轴向移动，进而推力盘14带动被测推力轴承组件18的内圈结构相对外圈结构沿轴向移动，直至内圈结构和外圈结构之间的配合间隙吃尽并相互压紧至设计推力。然后沿垂直于球头拉杆15的方向搬动扭转操作结构17(例如沿水平方向左/右搬动，或沿竖直方向上/下搬动等)，使其通过推力盘14带动被测推力轴承组件18的内圈结构相对外圈结构转动，并在该过程中对扭转作用力进行测量，便可计算出扭转力矩。该扭转作用力或者扭转力矩可通过现有的如扭转测量仪等设备来测量。
通过本装置，被测推力轴承组件18在测量时受到由轴向加载装置16通过球头拉杆15和推力盘14之间的球面配合间接施加的轴向推力，被测推力轴承组件18的球面的接触部位及球面摩擦系数等影响球面扭转力矩的重要因素均与实际工作状态下相符合，从而该测量结果能够真实地反应被测推力轴承组件18工作状态的真实情况，测量评判准确可靠。
本实施例中，可选地，球头拉杆15上设有限位部39，限位部39位于固定座13后端面之后，以限定球头拉杆15沿轴向的最大位移。
本实施例中，固定座13的前端面连接有轴向加载装置16，轴向加载装置16和固定座13上设置沿轴向对应的贯通孔30；球头拉杆15的前端沿轴向穿过固定座13和轴向加载装置16的贯通孔30；球头拉杆15的前端连接有卡盘41；轴向加载装置16的后端固定于固定座13，其前端的轴向伸缩端42抵顶连接卡盘41，以使轴向加载装置16能够通过其伸缩端42的伸缩带动球头拉杆15沿轴向移动。如前文描述，轴向加载装置16可以为液压缸或直线电机等，其固定部分43固定连接于固定座13，其伸缩杆/活塞杆可作为此伸缩端42抵顶连接卡盘41。可选地，球头拉杆15的前端螺纹连接有锁紧螺帽44；卡盘41可活动地套接于球头拉杆15上，并夹于锁紧螺帽44和轴向加载装置16的伸缩端42之间。如此，可通过调节锁紧螺帽44来调节球头拉杆15的位置。
本实施例中，推力盘14的通孔30的后段为直径大于球头拉杆15的配合部32的最大直径的后孔段45；后孔段45的前端由后到前逐渐缩小形成内球弧面31；推力盘14的通孔30的前端为从后到前逐渐扩大的锥形面46，锥形面46的后端连接于内球弧面31的前端。可选地，锥形面46的后端和内球弧面31的前端之间设置圆角47过渡连接。可选地，后孔段45为圆柱孔，其直径等于或略大于内球弧面31的直径。在一种实施方式中球头拉杆15的配合部32为后部切去部分的优弧球体。通过该设置，一方面方便球头拉杆15的穿过及内外球弧面33的配合；另一方面，锥形面46和内球弧面31的设置容许推力盘14相对球头拉杆15的转动，不会因推力盘14和球头拉杆15之间的结构干涉影响扭转操作结构17传递给推力盘14的扭转力带动推力盘14的转动，进一步确保试验数据符合真实工作情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于，包括：
推力轴承座，用于安装被测推力轴承组件；
固定座，所述固定座和所述推力轴承座沿轴向间隔相对；
推力盘，所述推力盘的外周面的轴向两端分别沿径向向外延伸形成凸环；两端的所述凸环之间限定环形槽，被测推力轴承组件的内周配合于所述环形槽内；所述推力盘的中间位置设有沿轴向贯通的通孔，且所述通孔的内表面具有沿轴向从后到前逐渐缩小形成的内球弧面；
球头拉杆，所述球头拉杆的后部设置有沿径向向外扩大成部分球形的配合部，所述配合部朝前的表面为与所述内球弧面配合的外球弧面；所述球头拉杆的前端穿过所述通孔，直至使其配合部进入所述通孔、所述外球弧面和所述内球弧面轴向对应的位置，且所述球头拉杆的前端延伸至所述固定座处；
轴向加载装置，所述轴向加载装置一端固定连接于所述固定座上，另一端连接所述球头拉杆的前端，并能够对所述球头拉杆施加沿轴向的拉力；以及
扭转操作结构，所述扭转操作结构连接于所述推力盘的后部，并能够通过所述推力盘带动被测推力轴承组件扭转。
2.根据权利要求1所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述扭转操作结构包括扭转锥套和扭转杆；
所述扭转锥套的前端扩大成法兰盘，所述扭转锥套通过其法兰盘法兰连接于所述推力盘的后端面；所述扭转锥套的后段的外周面为从前到后逐渐缩小的锥形面，所述扭转锥套的后部开设有沿轴向延伸的连接孔；
所述扭转杆为长条形杆状结构，其前端固定连接于所述连接孔内。
3.根据权利要求1所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述球头拉杆上设有限位部，所述限位部位于所述固定座后端面之后，以限定所述球头拉杆沿轴向的最大位移。
4.根据权利要求1所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述固定座的前端面连接有轴向加载装置，所述轴向加载装置和所述固定座上设置沿轴向对应的贯通孔；
所述球头拉杆的前端沿轴向穿过所述固定座和所述轴向加载装置的贯通孔；所述球头拉杆的前端连接有卡盘；
所述轴向加载装置的后端固定于所述固定座，其前端的轴向伸缩端抵顶连接所述卡盘，以使所述轴向加载装置能够通过其伸缩端的伸缩带动所述球头拉杆沿轴向移动。
5.根据权利要求4所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述球头拉杆的前端螺纹连接有锁紧螺帽；
所述卡盘可活动地套接于所述球头拉杆上，并夹于所述锁紧螺帽和所述轴向加载装置的伸缩端之间。
6.根据权利要求1所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述推力盘的通孔的后段为直径大于所述球头拉杆的配合部的最大直径的后孔段；所述后孔段的前端由后到前逐渐缩小形成所述内球弧面；
所述推力盘的通孔的前端为从后到前逐渐扩大的锥形面，所述锥形面的后端连接于所述内球弧面的前端。
7.根据权利要求6所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述锥形面的后端和所述内球弧面的前端之间设置圆角过渡连接。
8.根据权利要求6所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述后孔段为圆柱孔，其直径等于或略大于所述内球弧面的直径。
9.根据权利要求6所述的推力轴承工作状态下球面扭转力矩测量装置，其特征在于：
所述球头拉杆的配合部为后部切去部分的优弧球体。
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