CN113188795B - 一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备 - Google Patents

一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备 Download PDF

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Abstract

一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，包括：被测试滚动轴承组件、轴系组件和壳体组件。被测试滚动轴承组件实现被试滚动轴承及预紧元件波簧、轴承套的安装，通过组件壳体上开孔实现被试滚动轴承的润滑与冷却通道，还通过对组件壳体进行弹簧加载实现对被试滚动轴承的径向载荷加载；轴系组件实现整个测试设备的高速运转，轴系组件通过轴流式涡轮驱动，通过轴系将动力依次传递至被测试滚动轴承组件上，轴系组件通过轴系上滚动轴承安装支撑在壳体组件上，并通过油雾或油气进行润滑冷却，通过波簧进行自身轴向预紧；壳体组件提供安装空间，通过其上超音速喷嘴驱动轴流式涡轮，通过其上加载弹簧实现对被测试滚动轴承组件的径向载荷加载。

Description

一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承性能测试设备，具体为一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备。
背景技术
航天伺服涡轮泵用滚动轴承在产品验收及轴承性能测试过程中，往往需要通过装配工艺涡轮泵进行氦吹试验以检验轴承性能，此举不仅需要工艺涡轮泵，还需配套液压源等工艺设备才能进行，且工艺涡轮泵一经装配调试后，便不能再进行拆解，在使用工艺涡轮泵进行轴承性能考核过程中，滚动轴承的轴向预紧力、径向载荷等无法随时再进行控制，相关变工况条件下的轴承性能参数也无法测量，且在涡轮泵装配中，滚动轴承往往与机械密封处于同一容积腔内，两者工作过程中产生的摩擦力矩、摩擦热量亦无法区分，因此难以了解掌握试验运转过程中滚动轴承本身的摩擦力矩、温升以及与预紧力、载荷及润滑方式的关系。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，解决涡轮泵生产过程中配套滚动轴承的性能测试及验收试验问题。
本发明的技术解决方案是：
一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，包括：被测试滚动轴承组件、轴系组件和壳体组件；
被测试滚动轴承组件用于实现被试滚动轴承及预紧元件波簧、轴承套的安装，并通过组件壳体上开孔实现被试滚动轴承的润滑与冷却通道，还通过对组件壳体进行弹簧加载实现对被试滚动轴承的径向载荷加载；
轴系组件用于实现整个测试设备的高速运转，轴系组件通过轴流式涡轮驱动，并通过轴系将动力依次传递至被测试滚动轴承组件上，轴系组件通过轴系上滚动轴承安装支撑在壳体组件上，并通过油雾或油气进行润滑冷却，通过波簧进行自身轴向预紧；
壳体组件对轴系组件及被测试滚动轴承组件提供安装空间，对通过其上超音速喷嘴实现对轴流式涡轮的驱动，通过其上加载弹簧实现对被测试滚动轴承组件的径向载荷加载。
进一步的，被试滚动轴承组件包括第一被试滚动轴承、第二被试滚动轴承、波簧、组件壳体、轴承套及力矩杆；第一被试滚动轴承、第二被试滚动轴承通过轴承外圈安装到组件壳体上，并通过波簧分别对两被试滚动轴承进行轴向预紧，轴衬套夹在两被试滚动轴承的内圈中间，通过调整轴衬套的长度控制两被试滚动轴承的轴向预紧力；力矩杆通过螺纹拧紧安装在组件壳体上，并与其保持固定；组件壳体上开测温孔和油道孔，测温孔用于对两被试滚动轴承的外圈进行测温，油道孔用做两被试滚动轴承的润滑冷却油道；组件壳体上的沉孔用于对被试滚动轴承组件进行径向加载。
进一步的，轴系组件包括第一调节轴套、第二调节轴套、第一支撑轴承、第二支撑轴承、传动轴、轴流式涡轮、以及轴系锁紧螺母；
轴流式涡轮通过螺纹旋紧安装在传动轴上，第二支撑轴承、第一调节轴套、被试滚动轴承组件中的第二被试滚动轴承、轴衬套和第一被试滚动轴承、以及第二调节轴套、第一支撑轴承依次套装到传动轴上，并通过传动轴上的轴肩进行轴向限位，最后通过轴系锁紧螺母旋紧将上述零件锁紧固定。
进一步的，实际工作中，轴流式涡轮、传动轴、第一支撑轴承和第二支撑轴承的内圈、第一调节轴套、第二调节轴套、两个被试滚动轴承的内圈、轴衬套及轴系锁紧螺母保持同步旋转。
进一步的，实际应用中，两被试滚动轴承的内圈还通过轴系组件上的第一调节轴套和第二调节轴套对其进行轴向限位。
进一步的，壳体组件包括壳体、进气盖、轴承盖、加载弹簧、调节螺母及壳体锁紧螺钉；
轴承盖、进气盖通过壳体锁紧螺钉安装在壳体上，并通过壳体锁紧螺钉拧紧固定，调节螺母通过螺纹安装在壳体上，加载弹簧安装在调节螺母的沉孔和被试滚动轴承组件中组件壳体的沉孔之间，通过旋紧调节螺母控制加载弹簧的压缩量，进而控制对被试滚动轴承组件的径向载荷施加量；进气盖上加工有超音速喷嘴，通过超音速喷嘴将高压气体进行喷胀加速，产生驱动轴流式涡轮的气动力。
进一步的，轴系组件高速运转时，两个被试滚动轴承所产生的摩擦力矩将依次通过轴承外圈传递至组件壳体上，通过测量力矩杆所产生的力，并乘以其力臂得出被试滚动轴承的摩擦力矩。
进一步的，被测试滚动轴承组件通过其上的第一被试滚动轴承、第二被试滚动轴承套装到轴系组件上，并通过轴系组件上的第一调节轴套和第二调节轴套进行轴向限位，被测试滚动轴承组件绕轴系组件自由旋转；轴系组件通过其上的第一支撑轴承和第二支撑轴承安装固定在壳体组件上，第二支撑轴承的外圈通过壳体组件中的壳体上的台阶与进气盖上的台阶进行轴向限位，第一支撑轴承通过波形弹簧对其进行轴向预紧，波形弹簧通过轴承盖压紧限位，轴系组件在壳体组件中自由旋转。
进一步的，该涡轮泵用滚动轴承性能测试设备外形包络直径小于120mm，最高运转速度达100000rpm以上。
进一步的，该涡轮泵用滚动轴承性能测试设备适用被测试滚动轴承的最大外径包络范围为26-32mm，可同时对两个被测试滚动轴承进行测试。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过设计被测试滚动轴承组件来实现滚动轴承自身性能参数的独立测量，并将其与运转轴系组件中的其他功率消耗件区分开，可实现单独对滚动轴承组件进行预紧及加载的实时控制。
(2)本发明设计专用涡轮试验机用于解决轴承的超高速驱动，针对被测试轴承设计专用测试组件，用以解决轴承的预紧力调节、径向载荷加载及工作过程中摩擦力矩与轴承温升的测试问题。
(3)本发明测试设备外形体积小，外形包络直径小于120mm，最高运转速度可达100000rpm以上，适用被测试滚动轴承的最大外径包络范围为26-32mm，可同时对两个轴承进行测试，采用弹簧对轴承进行径向加载，用波簧对轴承进行轴向预紧力控制，采用超高速轴流式涡轮进行驱动。
(4)通过本发明测试设备的使用，可以让涡轮泵用轴承的性能测试更易准确控制、精确测量，且试验成本大幅降低。
附图说明
图1一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备等轴视图；
图2一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备垂直剖面图；
图3一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备水平剖面图；
图4被试滚动轴承组件结构方案垂直剖面图；
图5被试滚动轴承组件结构方案轴向剖视视图；
图6轴系组件结构方案图；
图7涡轮盖结构方案正面视图；
图8涡轮盖喷嘴剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明提出一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，主要目的为通过设计滚动轴承测试设备用于解决涡轮泵生产过程中配套滚动轴承的性能测试及验收试验问题。
本发明主要技术思路为通过设计被测试滚动轴承组件来实现滚动轴承自身性能参数的独立测量，并将其与运转轴系组件中的其他功率消耗件区分开，可实现单独对滚动轴承组件进行预紧及加载的实时控制。
本发明的主要技术方案为设计专用涡轮试验机用于解决轴承的超高速驱动，针对被测试轴承设计专用测试组件，用以解决轴承的预紧力调节、径向载荷加载及工作过程中摩擦力矩与轴承温升的测试问题。该发明的主要技术指标，该设备外形体积小，外形包络直径小于120mm，最高运转速度可达100000rpm以上，适用被测试滚动轴承的最大外径包络范围为26-32mm，可同时对两个轴承进行测试，采用弹簧对轴承进行径向加载，用波簧对轴承进行轴向预紧力控制，采用超高速轴流式涡轮进行驱动。
如图1、2、3所示，本发明涡轮泵用滚动轴承性能测试设备包括三大部分，即被测试滚动轴承组件1、轴系组件2及壳体组件3。
被测试滚动轴承组件主要用于实现被试滚动轴承及预紧元件波簧，轴承套的安装，并通过组件壳体上开孔实现被试滚动轴承的润滑与冷却通道，还可以通过对组件壳体进行弹簧加载实现对被试滚动轴承的径向载荷加载。
轴系组件主要用于实现整个测试设备的超高速运转，轴系组件通过轴流式涡轮超高速驱动，并通过轴系将动力依次传递至被测试滚动轴承组件上，轴系组件通过轴系上滚动轴承安装支撑在壳体组件上，并通过油雾或油气进行润滑冷却，亦通过波簧进行自身轴向预紧。
壳体组件主要对轴系组件及测试组件提供安装空间，对通过其上超音速喷嘴实现对轴流式涡轮的驱动，通过其上加载弹簧实现对测试组件的径向载荷加载，并对外提供一切安装与连接接口。
本发明中，被测试滚动轴承组件1通过其上的被测试滚动轴承4和5套装到轴系组件2上，并通过轴系组件2上的调节轴套6和7进行轴向限位，被测试滚动轴承组件1可以绕轴系组件1自由旋转。轴系组件2通过其上的支撑轴承8和9安装固定在壳体组件3上，支撑轴承9的外圈通过壳体组件3中的壳体20上的台阶24与进气盖11上的台阶25进行轴向限位，支撑轴承8通过波形弹簧12对其进行轴向预紧，波形弹簧12通过轴承盖10压紧限位，轴系组件1可以在壳体组件3中自由旋转。
如图4、图5所示，被试滚动轴承组件1主要包括被试滚动轴承4和5，波簧12，组件壳体13，轴衬套14及力矩杆15。被试滚动轴承4和5通过轴承外圈安装到组件壳体13上，并通过波簧12分别对两被试滚动轴承4和5进行轴向预紧，轴衬套14夹在两被试滚动轴承4和5的内圈中间，通过调整轴衬套14的长度可以控制两被试滚动轴承4和5的轴向预紧力。力矩杆15通过螺纹拧紧安装在组件壳体13上，并与其保持固定。组件壳体13上开测温孔26用于对两被试滚动轴承4和5的外圈进行测温，油道孔27用做两被试滚动轴承4和5的润滑冷却油道。组件壳体13上的沉孔28用于弹簧22对组件1进行径向加载。实际应用中两被试滚动轴承4和5的内圈还通过轴系组件2上的调节轴套6和7对其进行轴向压紧限位。
如图6所示，轴系组件2主要包括传动轴16，轴流式涡轮17，调节轴套6和7，支撑轴承8和9，锁紧螺母18。轴流式涡轮17通过螺纹旋紧安装在传动轴16上，支撑轴承9，调节轴套6，及被试滚动轴承组件1中的被试滚动轴承5、轴衬套14、被试滚动轴承4，调节轴套7，支撑轴承8依次套装到传动轴16上，并通过传动轴16上的轴肩19进行轴向限位，最后通过锁紧螺母18旋紧将上述零件锁紧固定。实际工作中，轴流式涡轮17，传动轴16，支撑轴承8和9的内圈，调节轴套6，7，被试滚动轴承4，5的内圈，轴衬套14及锁紧螺母18保持同步旋转。
壳体组件3主要包括壳体20，进气盖11，轴承盖10，加载弹簧22，调节螺母21及锁紧螺钉23。如图7、图8所示，轴承盖10、进气盖11通过锁紧螺钉23安装在壳体20上，并通过锁紧螺钉23拧紧固定，调节螺母21通过螺纹安装在壳体20上，加载弹簧22安装在调节螺母21的沉孔29和被试滚动轴承组件1中组件壳体13的沉孔28之间，通过旋紧调节螺母21可以控制加载弹簧22的压缩量，进而控制对被试滚动轴承组件1的径向载荷施加量。进气盖11上加工有超音速喷嘴30，通过超音速喷嘴可以将高压气体进行喷胀加速，产生驱动轴流式涡轮17的气动力。
实际工作中，轴系组件2高速运转时，被试滚动轴承4和5所产生的摩擦力矩将依次通过轴承外圈传递至组件壳体13上，通过测量力矩杆15所产生的力，并乘以其力臂便可得出被试滚动轴承4和5的摩擦力矩。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (5)

1.一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，其特征在于包括：被测试滚动轴承组件（1）、轴系组件（2）和壳体组件（3）；
被测试滚动轴承组件（1）用于实现被试滚动轴承及预紧元件波簧、轴承套的安装，并通过组件壳体上开孔实现被试滚动轴承的润滑与冷却通道，还通过对组件壳体进行弹簧加载实现对被试滚动轴承的径向载荷加载；
轴系组件（2）用于实现整个测试设备的高速运转，轴系组件通过轴流式涡轮驱动，并通过轴系将动力依次传递至被测试滚动轴承组件上，轴系组件通过轴系上滚动轴承安装支撑在壳体组件上，并通过油雾或油气进行润滑冷却，通过波簧进行自身轴向预紧；
壳体组件（3）对轴系组件（2）及被测试滚动轴承组件（1）提供安装空间，对通过其上超音速喷嘴实现对轴流式涡轮的驱动，通过其上加载弹簧实现对被测试滚动轴承组件（1）的径向载荷加载；
被试滚动轴承组件（1）包括第一被试滚动轴承（4）、第二被试滚动轴承（5）、波簧（12）、组件壳体（13）、轴衬套（14）及力矩杆（15）；第一被试滚动轴承（4）、第二被试滚动轴承（5）通过轴承外圈安装到组件壳体（13）上，并通过波簧（12）分别对两被试滚动轴承进行轴向预紧，轴衬套（14）夹在两被试滚动轴承的内圈中间，通过调整轴衬套（14）的长度控制两被试滚动轴承的轴向预紧力；力矩杆（15）通过螺纹拧紧安装在组件壳体（13）上，并与其保持固定；组件壳体（13）上开测温孔（26）和油道孔（27），测温孔（26）用于对两被试滚动轴承的外圈进行测温，油道孔（27）用做两被试滚动轴承的润滑冷却油道；组件壳体（13）上的沉孔（28）用于对被试滚动轴承组件（1）进行径向加载；
轴系组件（2）包括第一调节轴套（6）、第二调节轴套（7）、第一支撑轴承（8）、第二支撑轴承（9）、传动轴（16）、轴流式涡轮（17）、以及轴系锁紧螺母（18）；
轴流式涡轮（17）通过螺纹旋紧安装在传动轴（16）上，第二支撑轴承（9）、第一调节轴套（6）、被试滚动轴承组件（1）中的第二被试滚动轴承（5）、轴衬套（14）和第一被试滚动轴承（4）、以及第二调节轴套（7）、第一支撑轴承（8）依次套装到传动轴（16）上，并通过传动轴（16）上的轴肩（19）进行轴向限位，最后通过轴系锁紧螺母（18）旋紧将上述零件锁紧固定；
实际工作中，轴流式涡轮（17）、传动轴（16）、第一支撑轴承（8）和第二支撑轴承（9）的内圈、第一调节轴套（6）、第二调节轴套（7）、两个被试滚动轴承的内圈、轴衬套（14）及轴系锁紧螺母（18）保持同步旋转；
实际应用中，两被试滚动轴承的内圈还通过轴系组件（2）上的第一调节轴套（6）和第二调节轴套（7）对其进行轴向限位；
壳体组件（3）包括壳体（20）、进气盖（11）、轴承盖（10）、加载弹簧（22）、调节螺母（21）及壳体锁紧螺钉（23）；
轴承盖（10）、进气盖（11）通过壳体锁紧螺钉（23）安装在壳体（20）上，并通过壳体锁紧螺钉（23）拧紧固定，调节螺母（21）通过螺纹安装在壳体（20）上，加载弹簧（22）安装在调节螺母（21）的沉孔（29）和被试滚动轴承组件（1）中组件壳体（13）的沉孔（28）之间，通过旋紧调节螺母（21）控制加载弹簧（22）的压缩量，进而控制对被试滚动轴承组件（1）的径向载荷施加量；进气盖（11）上加工有超音速喷嘴（30），通过超音速喷嘴（30）将高压气体进行喷胀加速，产生驱动轴流式涡轮（17）的气动力。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，其特征在于：轴系组件（2）高速运转时，两个被试滚动轴承所产生的摩擦力矩将依次通过轴承外圈传递至组件壳体（13）上，通过测量力矩杆（15）所产生的力，并乘以其力臂得出被试滚动轴承的摩擦力矩。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，其特征在于：被测试滚动轴承组件（1）通过其上的第一被试滚动轴承（4）、第二被试滚动轴承（5）套装到轴系组件（2）上，并通过轴系组件（2）上的第一调节轴套（6）和第二调节轴套（7）进行轴向限位，被测试滚动轴承组件（1）绕轴系组件（2）自由旋转；轴系组件（2）通过其上的第一支撑轴承（8）和第二支撑轴承（9）安装固定在壳体组件（3）上，第二支撑轴承（9）的外圈通过壳体组件（3）中的壳体（20）上的台阶（24）与进气盖（11）上的台阶（25）进行轴向限位，第一支撑轴承（8）通过波簧（12）对其进行轴向预紧，波簧（12）通过轴承盖（10）压紧限位，轴系组件（2）在壳体组件（3）中自由旋转。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，其特征在于：该涡轮泵用滚动轴承性能测试设备外形包络直径小于120mm，最高运转速度达100000rpm以上。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮泵用滚动轴承性能测试设备，其特征在于：该涡轮泵用滚动轴承性能测试设备适用被测试滚动轴承的最大外径包络范围为26-32mm，可同时对两个被测试滚动轴承进行测试。
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