CN113758411A - 径向箔片气体轴承的径向测试设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种径向箔片气体轴承的径向测试设备，包括：固定套，包括内圈固定套，所述内圈固定套用于安装所述径向箔片气体轴承；传感器模块，包括位移传感器，所述位移传感器沿所述内圈固定套的径向方向延伸，在转子套接所述内圈固定套内的箔片空气轴承并且转动时，所述位移传感器用于测量所述转子的径向位移。上述的径向箔片气体轴承的径向测试设备在需要测试时，可以将转子插接于内圈固定套内，这样，转子在高速转动过程中，传感器模块的位移传感器可以沿径向测试转子的在水平及竖直方向的位移，实现对箔片气体轴承的径向测试作业。

Description

径向箔片气体轴承的径向测试设备

技术领域

本公开涉及气体轴承的性能测试设备领域，尤其是一种径向箔片气体轴承的径向测试设备。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

箔片空气轴承作为一种新型的动压空气轴承，除具备传统气体轴承转速和回转精度高、功耗小、无污染、寿命长以及能在恶劣工作环境下工作等优点，还具备自适应性好、制造装配精度要求低、抗冲击性能好、稳定性高、无需专门润滑和冷却系统、维护成本低等优点，在鼓风机、氢燃料电池压缩机、电子涡轮增压器、飞机环境控制系统{ACM)，辅助动力系统(APU)、微型燃气轮机以及小型航空涡轮发动机等高速旋转机械中得到了广泛的应用。

径向箔片气体轴承的静、动态性能对于整个旋转运动系统的稳定型具有重要意义。然而，目前对箔片气体轴承的测试尚未统一标准，搭建的试验台相对简陋，测试的精度不高且安装步骤繁琐。随着国内对箔片气体轴承需求的增长，轴承的性能测试需要更加完善，因此，需要设计一种能够精确测试径向箔片气体轴承的装置便十分重要。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种径向箔片气体轴承的径向测试设备，用于辅助对箔片气体轴承的径向位移进行测试。

本公开提供了一种径向箔片气体轴承的径向测试设备，包括：

固定套，包括内圈固定套，所述内圈固定套用于安装所述径向箔片气体轴承；

传感器模块，包括位移传感器，所述位移传感器沿所述内圈固定套的径向方向延伸，在转子套接所述内圈固定套内的箔片空气轴承并且转动时，所述位移传感器用于测量所述转子的径向位移。

优选地，所述传感器模块还包括加速度传感器，所述加速度传感器连接于所述固定套，用于检测套接于所述固定套的加速度。

优选地，所述传感器模块还包括力传感器，所述力传感器连接于所述固定套，用于检测所述固定套的承载力。

优选地，所述固定套还包括吊环，所述吊环连接于所述固定套，所述力传感器通过连接绳连接于所述吊环。

优选地，所述传感器模块还包括力臂杆，所述力臂杆沿径向连接于所述内圈固定套；在转子在所述内圈固定套内的径向箔片气体轴承内转动时，所述力臂杆通过力传感器检测所述内圈固定套的转动力矩。

优选地，所述固定套还包括外圈固定套，所述外圈固定套收容所述内圈固定套，并且同轴转动地连接于所述内圈固定套；

所述外圈固定套设有沿圆周方向延伸的通孔，所述力臂杆穿过该通孔连接于所述内圈固定套，在转子在所述内圈固定套内的径向箔片气体轴承内转动时，所述转子和箔片空气轴承之间的气膜带动所述内圈固定套转子，所述内圈固定套牵引所述力臂杆以通过力传感器检测所述内圈固定套的转动力矩。

优选地，所述固定套还包括中间组件，所述外圈固定套通过所述中间组件与所述内圈固定套同轴地转动连接；

所述中间组件包括第一轴承、隔套和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承套设于所述内圈固定套和外圈固定套之间，使得所述内圈固定套通过所述第一轴承转动地连接于所述外圈固定套；所述隔套套设于所述内圈固定套，并且位于所述第一轴承和第二轴承之间。

优选地，所述内圈固定套的外侧面设有沿径向方向延伸的安装孔，所述力臂杆依次穿过所述外圈固定套和隔套连接于所述安装孔。

优选地，所述中间组件还包括挡圈，所述挡圈连接于所述外圈固定套的内端面和第一轴承的外端面之间，以沿所述第一轴承的轴向方向卡止所述第一轴承，以及，所述内圈固定套的内侧面设有用于安装波箔的槽体，端部设有用于固定所述波箔的压片。

优选地，所述传感器模块还包括连接板，所述连接板设有沿所述外圈固定套的轴向方向延伸的长孔，所述连接板通过连接件穿过所述长孔连接于所述外圈固定套，所述位移传感器连接于所述连接板并且沿所述外圈固定套的径向方向延伸。

相较于现有技术，上述的径向箔片气体轴承的径向测试设备通过将位移传感器设置于固定套，在需要测试时，可以将转子插接于固定套的内圈固定套内，这样，转子在高速转动过程中，传感器模块的位移传感器可以沿径向测试转子在水平及竖直方向的位移，即检测转子的径向位移，实现对箔片气体轴承的径向性能的测试作业。

附图说明

为了更清楚地说明具体实施方式，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，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的附图。

图1是径向箔片气体轴承的径向测试设备的结构示意图。

图2是径向箔片气体轴承的径向测试设备的另一视角下的结构示意图。

图3是径向测试设备的剖面结构示意图。

图4是内圈固定套和中间组件在分解状态下的结构示意图。

图5是内圈固定套的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本公开。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本公开进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，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方式，都属于本公开保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本公开。

在各实施例中，为了便于描述而非限制本公开，本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

图1是径向箔片气体轴承的径向测试设备的结构示意图。如图1所示，径向箔片气体轴承的径向测试设备包括固定套和传感器模块。其中，固定套包括外圈固定套10、内圈固定套20、中间组件。中间组件设置于内圈固定套20和外圈固定套10之间，使得内圈固定套20和外圈固定套10之间可以相对同轴转动。传感器模块安装于外圈固定套10和内圈固定套20上，用于对径向箔片气体轴承的径向方向的一个或者多个参数进行测试，完成对径向箔片气体轴承的径向测试。

如图1所示，外圈固定套10大体呈圆柱体结构，内部具有一沿轴向贯通的通孔。在外圈固定套10的至少一端部设有一挡板11，挡板11可以通过一个或者多个连接件连接于外圈固定套10的端面。本实施方式中，挡板11具有一与外圈固定套10同轴，但内径小于外圈固定套10的通孔，使得挡板11可以沿圆周方向止挡外圈固定套10内部的部件。在一些实施方式中，外圈固定套10的顶部还设有吊环12，使得绳索121可以连接于吊环12和力传感器等部件对径向箔片气体轴承的静态性能进行测试，也便于径向测试设备的运输和安装。

图2是径向箔片气体轴承的径向测试设备另一视角下的结构示意图。如图1和图2所示，传感器模块安装于外圈固定套10。在一些实施方式中，根据实际需要，传感器模块可以包括位移传感器30、加速度传感器32和用于连接力传感器的力臂杆33。

位移传感器30的数量可以是一个或者多个，可以是电涡流位移传感器，用于对转子的径向位移进行测试。具体而言，位移传感器30大体呈长杆状结构，通过连接板31连接于外圈固定套10。连接板31大体呈长条状结构，一端设有沿所述外圈固定套10的轴向方向延伸的长孔311，另外一端连接于位移传感器30。本实施方式中，位移传感器30的数量为一对，相对通过吊环12的中垂线对称地连接于外圈固定套10。在安装时，可以通过连接件穿过该长孔311将连接件连接于外圈固定套10上，并且位移传感器30沿外圈固定套10的径向方向延伸，在转子安装于的径向测试设备时，对转子的径向跳动进行测试。

加速度传感器32用于检测固定套的加速度，在测试过程中，加速度传感器32可以用于测试加载和激振时，测试整体的位移的加速度。加速度传感器32可以是电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式结构，连接于外圈固定套10并且沿外圈固定套10的径向方向延伸，用于检测静态测试和动态测试过程中整体的加速度。

图3是径向测试设备的剖面结构示意图。如图3所示，力臂杆33大体呈杆状结构，端部沿外套固定套的通孔连接于内套固定套的安装孔22内。在使用时，可以在力臂杆33上安装力传感器，所述力臂杆33通过力传感器检测所述内圈固定套10的转动力矩。这样，力传感器能够测得因转子或气膜摩擦力作用(即，摩擦力矩)使得径向箔片轴承承受的转动的作用力。

这样，传感器模块检测的信号可以通过放大器，将测得数据导入计算机进行处理，得到径向箔片气体轴承的一系列静、动态性能。在一些实施方式中，所述位移传感器30和所述加速度传感器32相对通过所述吊环12的中轴线对称设置于所述吊环12的两侧。

图4是内圈固定套20和中间组件在分解状态下的结构示意图。如图4所示，内圈固定套20用于安装所述径向箔片气体轴承。中间组件连接于内圈固定套20的径向方向的外侧，以及外圈固定套10的径向方向的内侧，即位于内圈固定套20和外圈固定套10之间，使得内圈固定套20和外圈固定套10之间可以相对的同轴高度转动。

图5是内圈固定套20的结构示意图。如图5所示，内圈固定套20大体呈圆柱状结构，设有一沿轴向方向贯通的通孔。在通过的内壁设有用于安装波箔的槽体，槽体沿轴向方向延伸，并且横截面呈“L”形结构，使得波箔可以嵌入该槽体内并通过压片21进行固定。压片21为薄片状结构，可以通过螺钉211固定于内圈固定套20的端面，并且覆盖于上述的槽体的端面，从而可以固定波箔。

请重新参阅图4和图5，内圈固定套20的中部的径向尺寸大于两端的径向尺寸，形成“凸”字形结构。所述中间组件包括第一轴承42、第二轴承40和隔套41。所述第一轴承42和第二轴承40为深沟球轴承，分别套设于所述内圈固定套20的两端，并且位于内圈固定套20和外圈固定套10之间，使得所述内圈固定套20通过所述第一轴承42转动地连接于所述外圈固定套10。为了止挡第一轴承42，所述中间组件还包括挡圈43，所述挡圈43连接于所述外圈固定套10的内端面和第一轴承42的外端面之间，以沿所述第一轴承42的轴向方向卡止所述第一轴承42。所述隔套41套设于所述内圈固定套20，并且位于所述第一轴承42和第二轴承40之间，从而可以隔离所述第一轴承42和第二轴承40。

在一些实施方式中，所述外圈固定套10设有沿圆周方向延伸的通孔，隔套41的设有一通孔，隔套41的通孔对应于外圈固定套10的通孔，并且与内圈固定套20的安装孔22对应，使得力臂杆33可以依次所述外圈固定套10和隔套41的通孔连接于所述内圈固定套20的安装孔22，在转子在所述内圈固定套20内的径向箔片气体轴承内转动时，所述转子和箔片空气轴承之间的气膜带动所述内圈固定套20转动，所述内圈固定套20牵引所述力臂杆33，从而可以通过力臂杆33上的力传感器检测所述内圈固定套20的转动力矩。

以下详细描述上述的径向箔片气体轴承的径向测试设备的工作过程。

首先，将可以高速转动的转子安装于内圈固定套20内的径向箔片气体轴承。在转子低速转动阶段，转子与径向箔片气体轴承接触；当转子转速达到轴承起飞转速后，转子与径向箔片气体轴承脱离接触。

在静态性能测试中，径向测试设备连接力传感器后在通过绳索121连接吊环12进行测试。

在动态性能测试中，将激振器安装在外圈固定套10两侧预留的孔位上，激振器对径向箔片气体轴承发出不同频率、不同大小的激振力。

在激振器激励过程中，位移传感器30测量转子的水平及竖直方向的位移，即径向位移，可以测得径向箔片气体轴承的气膜变化的情况。加速度传感器32可以记录整体的加速度。力臂杆33连接力传感器的时候，力传感器可以测得因转子或气膜摩擦力作用使得径向箔片气体轴承转动的力矩。

传感器模块的各个传感器可以通过放大器，将测得数据导入计算机进行处理，得到轴承的一系列静、动态性能。

总之，上述的径向箔片气体轴承的径向测试设备将转子插接于内圈固定套20内，这样，转子在高速转动过程中，传感器模块可以检测径向箔片气体轴承的各项径向数据，实现对箔片气体轴承的径向性能的测试作业。

在本公开所提供的几个具体实施方式中，对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本公开内。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本公开的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，包括：

固定套，包括内圈固定套，所述内圈固定套用于安装所述径向箔片气体轴承；

传感器模块，包括位移传感器，所述位移传感器沿所述内圈固定套的径向方向延伸，在转子套接所述内圈固定套内的箔片空气轴承并且转动时，所述位移传感器用于测量所述转子的径向位移。

2.如权利要求1所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述传感器模块还包括加速度传感器，所述加速度传感器连接于所述固定套，用于检测套接于所述固定套的加速度。

3.如权利要求2所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述传感器模块还包括力传感器，所述力传感器连接于所述固定套，用于检测所述固定套的承载力。

4.如权利要求3所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述固定套还包括吊环，所述吊环连接于所述固定套，所述力传感器通过连接绳连接于所述吊环。

5.如权利要求4所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述传感器模块还包括力臂杆，所述力臂杆沿径向连接于所述内圈固定套；在转子在所述内圈固定套内的径向箔片气体轴承内转动时，所述力臂杆通过力传感器检测所述内圈固定套的转动力矩。

6.如权利要求5所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述固定套还包括外圈固定套，所述外圈固定套收容所述内圈固定套，并且同轴转动地连接于所述内圈固定套；

所述外圈固定套设有沿圆周方向延伸的通孔，所述力臂杆穿过该通孔连接于所述内圈固定套，在转子在所述内圈固定套内的径向箔片气体轴承内转动时，所述转子和箔片空气轴承之间的气膜带动所述内圈固定套转动，所述内圈固定套牵引所述力臂杆以通过力传感器检测所述内圈固定套的转动力矩。

7.如权利要求6所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述固定套还包括中间组件，所述外圈固定套通过所述中间组件与所述内圈固定套同轴地转动连接；

所述中间组件包括第一轴承、隔套和第二轴承，所述第一轴承和第二轴承套设于所述内圈固定套和外圈固定套之间，使得所述内圈固定套通过所述第一轴承转动地连接于所述外圈固定套；所述隔套套设于所述内圈固定套，并且位于所述第一轴承和第二轴承之间。

8.如权利要求7所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述内圈固定套的外侧面设有沿径向方向延伸的安装孔，所述力臂杆依次穿过所述外圈固定套和隔套连接于所述安装孔。

9.如权利要求8所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述中间组件还包括挡圈，所述挡圈连接于所述外圈固定套的内端面和第一轴承的外端面之间，以沿所述第一轴承的轴向方向卡止所述第一轴承，以及，所述内圈固定套的内侧面设有用于安装波箔的槽体，端部设有用于固定所述波箔的压片。

10.如权利要求9所述的径向箔片气体轴承的径向测试设备，其特征在于，所述传感器模块还包括连接板，所述连接板设有沿所述外圈固定套的轴向方向延伸的长孔，所述连接板通过连接件穿过所述长孔连接于所述外圈固定套，所述位移传感器连接于所述连接板并且沿所述外圈固定套的径向方向延伸。

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