CN114046994A - 高温高速试验主轴装置 - Google Patents

Abstract

高温高速试验主轴装置，用于实现对主轴在高速、高温、重载环境下的性能模拟试验。它包括底座、壳体、主轴、环境箱和进油块，壳体固定在底座的顶部，主轴设置在壳体的内侧并通过两个前后设置的轴承实现与壳体的转动连接，在壳体的前端面上固定有内端盖，在内端盖上设有第一进油管以及使得经第一进油管进入的冷却油流向主轴外壁上的第一油道；主轴的前端穿过内端盖后向前延伸一段，在主轴前端安装试验工件并伸入用于模拟高温、重载荷的环境箱内；在壳体顶部设有第二进油管，在壳体侧壁设有使得经第二进油管进入的冷却油对主轴中部及轴承进行冷却的第二油道。本发明可以实现对主轴在高速、高温、重载环境下的性能模拟试验。

Description

高温高速试验主轴装置

技术领域

本发明涉及主轴试验技术领域，具体地说是一种高温高速试验主轴装置。

背景技术

技术发展至今，在航空、航天及国防领域中应用的支承轴承的工况极度严苛，工作环境常为高温、重载、高转速工况，并且系统对轴承的工作可靠性要求很高。由于单纯的理论分析不能对轴承的寿命、可靠性等进行全面的预测，因此准确模拟和再现轴承的运转工况，对轴承进行最接近实际工况的试验，是全面考核轴承设计性能的主要手段，也是轴承进入实际应用的必须过程。

高速运转的试验主轴由于增加了试验部件设计难度，试验部件径向和轴向的工作负荷对轴系提出更高的要求；环境温度对主轴的影响是全面的，因此对试验主轴的降温设计提出全面的要求。因此，高速、高温、重载性能实验系统是行业的重点发展技术，特别是对dn值达到2.5x10⁶(mm.r/min)、温度达到480℃、径向加载力达到100N的主轴的试验目前是空白的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温高速试验主轴装置，用于实现对主轴在高速、高温、重载环境下的性能模拟试验。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：高温高速试验主轴装置，其特征在于，它包括底座、壳体、主轴、前盖、后盖、内端盖、环境箱和进油块，所述壳体固定在底座的顶部，所述主轴设置在壳体的内侧并通过两个前后设置的轴承实现与壳体的转动连接，在壳体的前端面上固定有内端盖，在内端盖上设有第一进油管以及使得经第一进油管进入的冷却油流向主轴外壁上的第一油道；主轴的前端穿过内端盖后向前延伸一段，在主轴前端安装试验工件并伸入用于模拟高温、重载荷的环境箱内；在壳体顶部设有第二进油管，在壳体侧壁设有使得经第二进油管进入的冷却油对主轴中部及轴承进行冷却的第二油道。

进一步地，内端盖的前端小、后端大，在内端盖的外侧设有前盖，前盖与内端盖之间围成第一腔体，第一进油管与第一腔体连通；在内端盖大端的侧壁设有喷油孔，内端盖与主轴之间围成第二腔体，第一、第二腔体通过喷油孔连通在一起，第一腔体和内端盖上的喷油孔形成了第一油道；在壳体下侧壁设有与第二腔体连通的侧回流孔。

进一步地，在两轴承之间设有筒状的隔圈，隔圈置于主轴外侧。

进一步地，在壳体的内壁上设有环形的进油块，第二进油管上的喷头伸入进油块内，在进油块上设有沿圆周均匀设置的喷油孔，喷油孔的喷射方向朝向轴承；进油块内径大于隔圈外径。

进一步地，壳体内壁与隔圈之间形成第三腔体，在壳体下侧壁设有与第三腔体连通的主回流孔。

进一步地，在壳体的下侧壁还设有连通第三腔体与侧回流孔的汇流孔。

进一步地，主轴的前端为锥形结构，在主轴前端端面螺纹安装有螺母。

进一步地，进油块上的喷油孔构成了第二油道。

进一步地，在壳体的两端设有台阶孔，进油块置于台阶孔内。

进一步地，在壳体右端的内壁上固定有弹簧座，在弹簧座与右侧的进油块之间设有弹簧，在弹簧的作用下右侧进油块靠近或与右侧轴承接触。

本发明的有益效果是：本发明提供的高温高速试验主轴装置，主轴采用悬臂结构，在主轴前端安装试验工件，然后伸入环境箱内进行试验。主轴的前端通过隔热层接触环境箱，前盖采用中空结构，通过第一进油管注入循环冷却油，进而通过喷油孔对转轴进行喷淋实施降温；支承主轴的轴承采用恒温油冷却，恒温油通过第二进油管进入并对轴承起到降温作用，对轴承降温后的冷却油经第一进油管回流。主轴的后端采用电机轴驱动，在环境箱内设计加载机构，对试验轴承按照其速度谱、载荷谱进行性能模拟试验和监控。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为内端盖的右视图；

图3为前盖和内端盖的装配示意图；

图中：1环境箱，2螺母，3试验工件，4主轴，5隔热层，6前盖，7第一进油管，8第二进油管，9进油块，10吊钩，11隔圈，12壳体，13弹簧，14轴承，15后盖，16底座，17回油孔，18内端盖，19环境箱壁，20喷油孔，21溢流堵头，22安装孔，23反螺纹密封，24第一腔体，25第二腔体，26第三腔体，27主回流孔，28弹簧座，29侧回流孔，30汇流孔。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明主要包括环境箱1、主轴4、前盖6、注油管8、进油块9、吊钩10、壳体12、弹簧13、轴承14、后盖15、底座16、内端盖18和溢流堵头21，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，底座16为本发明的基础部件，在底座的顶部固定有壳体12，壳体采用9Cr18材质，壳体作为主轴的支承部件，其内部加工有进油孔道和回油孔道。在底座上设有回油孔17，用于安装回油管道。壳体内的冷却油可以经回油孔回流至回油管道，底座上加工有第二进油管穿壁孔，第二进油管8穿过第二进油管穿壁孔后与壳体固定连接在一起。主轴4采用9Cr18材质制成，并做固溶处理，利用9Cr18材料的低导热特性来降低主轴轴承的环境温度。主轴通过前后设置的两个轴承14与壳体转动安装在一起，轴承设置在壳体内侧，且轴承外圈与壳体内壁固定连接，主轴外壁与轴承内圈固定连接。前后设置的两轴承14之间设置筒状的隔圈11，通过隔圈的设置实现对两轴承的定位，隔圈与主轴外壁接触。

主轴的前端为锥形，主轴的前端用于安装试验工件3，使用时，将试验工件套在主轴前端，然后在主轴前端端面安装螺母2，进而实现试验工件与主轴的相对固定连接。由于主轴的前端为锥形结构，将试验工件安装在主轴前端后，试验工件无法由主轴锥形结构的小端向主轴锥形结构的大端一侧移动，而沿主轴锥形结构的大端向主轴锥形结构的小端方向，螺母对试验工件进行限位，进而实现试验工件与主轴前端之间的相对固定。可以对试验工件施加轴向载荷、径向载荷，进而模拟主轴受到的径向负荷和轴向负荷。

主轴的前端采用悬臂结构，即主轴的前端伸出壳体一段。在壳体的前侧设有前盖6，前盖整体呈圆环形结构，前盖的内侧中空，前盖伸入环境箱1的的环境箱壁19内，并在前盖与环境箱壁之间设有石棉类的隔热层5，用于密封工作环境。如图2、图3所示，前盖的后端与内端盖以焊接方式固定连接在一起，内端盖的一部分伸入前盖的内孔中，并与前盖内孔壁接触，前盖的前端面与伸入前盖内侧的内端盖之间以焊接方式固定连接在一起。内端盖为筒状结构，且内端盖的前端小、后端大，内端盖的前端伸入前盖内侧，如图3所示，在内端盖前端的内孔壁上设有反螺纹密封23，用于实现主轴与内端盖之间的密封。在内端盖大端的侧壁上设有安装孔22，在安装孔内安装有第一进油管7，前盖与内端盖的大端之间形成环形的第一腔体24，安装孔与第一腔体连通，这样通过第一进油管可以向第一腔体内加入冷却油。在内端盖的大端侧壁上设有若干喷油孔20，喷油孔可以为一个，也可以为沿周向均匀设置的多个，第一腔体内的冷却油可以穿过喷油孔向内端盖大端所在的一侧喷淋，且喷油孔倾斜设置，喷油孔与主轴轴线之间呈锐角夹角，喷油孔喷出的冷却油喷淋在主轴上。

内端盖的大端以螺栓连接的方式与壳体的前端面固定连接，并在内端盖的大端与壳体前端面之间设置密封圈，以实现壳体与内端盖之间的密封。内端盖的大端与主轴之间形成环形的第二腔体25，第二腔体与第一腔体之间通过喷油孔连通在一起，这样第一腔体内的冷却油经喷油孔喷在主轴上后，流入第二腔体内。第二腔体与壳体下侧壁的侧回流孔29连通，这样第二腔体内的冷却油可以经侧回流孔回流至底座内。第二腔体内的冷却油也对前侧的轴承起到一定的降温冷却作用。

在壳体顶部的侧壁上固定有两个前后设置的第二进油管8，第二进油管上的喷头穿过壳体侧壁后伸入壳体内侧，在壳体内壁上设有两个圆环形的进油块9，进油块内径大于隔圈外径，进油块为前后设置的两个，在进油块上也设有喷油孔20，喷油孔可以为一个，也可以为沿周向均匀设置的多个，第二进油管喷头伸入进油块内与喷油孔连通，进油块置于壳体内壁与隔圈之间的第三腔体26内。两第二进油管与两进油块一一对应，这样冷却油可以经第二进油管、进油块分别喷射在对应侧的轴承上，对轴承进行冷却。喷在轴承上的冷却油流入第三腔体内，隔圈置于两进油块的内侧。在壳体前端内壁上设有台阶孔，前侧的进油块置于该台阶孔中，且在前侧轴承的挤压作用下使得该进油块限位在该台阶孔中。在壳体后端的内壁上也设有台阶孔，在该台阶孔内固定有弹簧座28。

在壳体下部的侧壁上设有主回流孔27，第三腔体内的冷却油经主回流孔流入底座内，然后经底座上的回油孔流入回油管道内。在主轴的后端设有螺母2，该螺母套在主轴后端上用于与后侧轴承的内圈端面接触，进而实现对主轴的轴向定位。主轴相对轴承旋转时，主轴后端的螺母可以随主轴同步旋转。主轴前端的前盖和内端盖置于壳体外侧，这样主轴的前端处于悬臂状态。在壳体的后端面上通过螺栓固定安装有后盖15，主轴的后端穿过后盖中心的通孔后向外延伸一段，这样主轴的后端也处于悬臂状态。主轴的后端与电机轴连接，通过电机轴驱动主轴的高速旋转。在下壳体的侧壁还设有汇流孔30，汇流孔与后侧轴承和后侧进油块之间的空间连通，进而与第三腔体连通。汇流孔还与侧回流孔29连通，进而实现轴承与进油块之间冷却油的快速排出。

在弹簧座28与右侧的进油块之间设有弹簧13，在弹簧的作用下使得右侧的进油块与右侧的轴承接触。

在内端盖大端的侧壁上设有溢流堵头21，溢流堵头介于第一腔体和第二腔体之间；溢流堵头的设置，冷却油可以穿过溢流堵头进入第二腔体内，实现对第一腔体内残留冷却油的排空。在壳体顶部螺纹安装有吊钩10，以方便整个主轴装置的起吊。

第一腔体、喷油孔构成了进油孔道，第二腔体、侧回流孔、第三腔体、主回流孔构成了回油孔道。

本发明的主轴采用悬臂结构，在主轴前端安装试验工件，然后伸入环境箱内进行试验。主轴的前端通过隔热层接触环境箱，前盖采用中空结构，通过第一进油管注入循环冷却油，进而通过喷油孔对转轴进行喷淋实施降温；支承主轴的轴承采用恒温油冷却，恒温油通过第二进油管进入并对轴承起到降温作用，对轴承降温后的冷却油经第一进油管回流。主轴的后端采用电机轴驱动，在环境箱内设计加载机构，对试验轴承按照其速度谱、载荷谱进行性能模拟试验和监控。

Claims (10)

1.高温高速试验主轴装置，其特征在于，它包括底座、壳体、主轴、前盖、后盖、内端盖、环境箱和进油块，所述壳体固定在底座的顶部，所述主轴设置在壳体的内侧并通过两个前后设置的轴承实现与壳体的转动连接，在壳体的前端面上固定有内端盖，在内端盖上设有第一进油管以及使得经第一进油管进入的冷却油流向主轴外壁上的第一油道；主轴的前端穿过内端盖后向前延伸一段，在主轴前端安装试验工件并伸入用于模拟高温、重载荷的环境箱内；在壳体顶部设有第二进油管，在壳体侧壁设有使得经第二进油管进入的冷却油对主轴中部及轴承进行冷却的第二油道。

2.根据权利要求1所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，内端盖的前端小、后端大，在内端盖的外侧设有前盖，前盖与内端盖之间围成第一腔体，第一进油管与第一腔体连通；在内端盖大端的侧壁设有喷油孔，内端盖与主轴之间围成第二腔体，第一、第二腔体通过喷油孔连通在一起，第一腔体和内端盖上的喷油孔形成了第一油道；在壳体下侧壁设有与第二腔体连通的侧回流孔。

3.根据权利要求1所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，在两轴承之间设有筒状的隔圈，隔圈置于主轴外侧。

4.根据权利要求1所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，在壳体的内壁上设有环形的进油块，第二进油管上的喷头伸入进油块内，在进油块上设有沿圆周均匀设置的喷油孔，喷油孔的喷射方向朝向轴承；进油块内径大于隔圈外径。

5.根据权利要求2所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，壳体内壁与隔圈之间形成第三腔体，在壳体下侧壁设有与第三腔体连通的主回流孔。

6.根据权利要求5所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，在壳体的下侧壁还设有连通第三腔体与侧回流孔的汇流孔。

7.根据权利要求1所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，主轴的前端为锥形结构，在主轴前端端面螺纹安装有螺母。

8.根据权利要求2所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，进油块上的喷油孔构成了第二油道。

9.根据权利要求1所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，在壳体的两端设有台阶孔，进油块置于台阶孔内。

10.根据权利要求1所述的高温高速试验主轴装置，其特征在于，在壳体右端的内壁上固定有弹簧座，在弹簧座与右侧的进油块之间设有弹簧，在弹簧的作用下右侧进油块靠近或与右侧轴承接触。

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