CN114216678A - 一种航空动力高速轴承试验器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种航空动力高速轴承试验器，属于航空技术领域，包括轴承试验箱体、箱体盖、连接主轴和驱动电机，轴承试验箱体和箱体盖构成试验舱室，连接主轴一端伸入试验舱室内，另一端与驱动电机连接；轴承试验箱体内设有套设于连接主轴上的轴向加载盘，将试验舱室分为第一试验舱室和第二试验舱室，第一试验舱室设有套设在连接主轴上的第一被试轴承，第二试验舱室内设有套设在连接主轴上的第二被试轴承，通过调节第一试验舱室与第二试验舱室之间的气压差，使轴向加载盘受到气压差作用并对被试轴承施加轴向载荷；还设有套设于连接主轴上的径向加载盘。通过本申请的处理方案，无需陪试轴承，提高了试验效率，降低成本。

Description

一种航空动力高速轴承试验器

技术领域

本申请涉及航空技术领域，尤其涉及一种航空动力高速轴承试验器。

背景技术

航空发动机的特点是高速、高温、高转，其中转子转速均远高于工业设备，轻型航空发动机普遍在30000rpm以上。因此主轴轴承的性能是影响发动机安全可靠运行的关键因素，在发动机工作过程中起着至关重要的作用。主轴轴承具有单点性，无冗余，无备份，一旦发生故障，将会产生严重的后果，有必要对主轴轴承的可靠性进行准确的预测。但主轴轴承工作条件复杂，单纯通过理论和仿真手段对可靠性地评估是比较困难的。因此，主轴轴承的可靠性试验器具有重要意义。

现有的轴承试验器已有较多，如授权公告号为CN109141879的中国发明专利公开了一种轴承试验机，使用轴向加载滑套加载轴向载荷，通过两个陪试轴承加载径向载荷。但还存在一定的不足：试验器中存在陪试轴承，提高了试验成本，且不易控制载荷加载精度；载荷加载机构结构复杂；大多不能模拟航空发动机连接主轴轴承高速、高温、重载的工作状态等。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种航空动力高速轴承试验器，弥补了现有试验器的不足，能够模拟连接主轴轴承的实际工作环境，更为准确地评估轴承的可靠性；试验器可以同时测试两被试轴承，提高了使用效率，且除被试轴承外无需其它陪试轴承，降低了使用成本，减小了试验器故障概率；载荷加载装置简单可靠，方便调节。

本申请实施例提供一种航空动力高速轴承试验器，包括轴承试验箱体、箱体盖、连接主轴和驱动电机，所述轴承试验箱体和所述箱体盖构成试验舱室，所述连接主轴一端伸入所述试验舱室内，所述连接主轴另一端与所述驱动电机连接；

所述轴承试验箱体内设有套设于所述连接主轴上的轴向加载盘，所述轴向加载盘将所述试验舱室分为第一试验舱室和第二试验舱室，所述第一试验舱室设有套设在所述连接主轴上的第一被试轴承，第二试验舱室内设有套设在所述连接主轴上的第二被试轴承，通过调所述节第一试验舱室与所述第二试验舱室之间的气压差，使所述轴向加载盘受到气压差作用并对所述被试轴承施加轴向载荷；

所述轴承试验箱体内还设有套设于所述连接主轴上的径向加载盘，所述径向加载盘对被试轴承进行径向加载。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述轴向加载盘通过连接配合与所述连接主轴连接，起到将轴向力转递给所述连接主轴的作用。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一被试轴承远离所述轴向加载盘的一侧设有第一锁紧螺母，所述轴向加载盘抵在所述轴肩上，将轴向载荷传递给所述连接主轴，所述连接主轴通过所述第一锁紧螺母将轴向载荷加载至所述被试轴承内圈。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述径向加载盘上设有多个孔，通过调节所述孔的数量和位置改变所述径向加载盘的不平衡量，或者在所述孔上加装不平衡块实现不平衡量的调节，从而改变所述连接主轴所受径向力的大小。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一被试轴承和所述第二被试轴承分别通过轴承座与所述轴承试验箱体连接，所述轴承座设置为中字型，所述轴承座与所述轴承试验箱体通过轴向螺栓连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一被试轴承和所述第二被试轴承的注油口分别连接有润滑油路，所述润滑油路上分别设有温度传感器，所述轴承试验箱体底部设有回油孔。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述润滑油路与润滑油油箱连接，所述润滑油油箱设置于所述轴承试验箱体外部，所述润滑油油箱内设有加热器。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述驱动电机为无刷电机，所述驱动电机的转子为空心圆柱体，所述空心柱体通过过渡配合与所述连接主轴连接，所述驱动电机通过第二锁紧螺母和所述连接主轴的轴肩定位。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述轴向加载盘和所述轴承试验箱体之间采用篦齿封严结构进行气密，所述连接主轴与所述轴承试验箱体的交接处采用篦齿封严结构进行气密。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述第一试验舱室和第二试验舱室的轴承试验箱体上分别设有压力传感器。

有益效果

本发明提出的航空动力高速轴承试验器具有以下效果：

(1)利用轴向加载盘两侧的气压差产生的推力对被试轴承施加轴向载荷，利用径向加载盘的自重和调节不平衡量实现径向加载，简化了加载系统的结构，降低了故障概率。

(2)驱动电机采用无刷电机，转子和静子之间无直接接触，避免了因为连接主轴振动引起的电机故障。

(3)通过合理的结构设计，本发明可以同时试验两个被试轴承，且无需陪试轴承，提高了试验效率，降低了试验成本，且易于控制被试轴承所受载荷。

(4)轴承试验箱体和箱体盖构成试验舱室，通过润滑油的加热可以模拟轴承真实的工作环境。

(5)两被试轴承之间跨距、试验器转子重量和重心位置与航空发动机实际相同，复现真实工况。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1为根据本发明一实施例的航空动力高速轴承试验器的结构示意图；

图2为根据本发明一实施例的航空动力高速轴承试验器的俯视图；

图3为根据本发明一实施例的航空动力高速轴承试验器的正视剖视图；

图4为根据本发明一实施例的航空动力高速轴承试验器的径向加载盘示意图；

图5为根据本发明一实施例的航空动力高速轴承试验器的篦齿封严示意图。

图中：1、无刷电机；2、连接主轴；3、电机安装座；4、轴承试验箱体；5、箱体盖；6、轴向加载盘；7、径向加载盘；8、第二被试轴承；9、第一被试轴承；10、锁紧螺母；11、第一被试轴承座；12、第二被试轴承座；13、篦齿封严结构；14、第二供气管；15、第一供气管；16、压力传感器；17、回油孔；18、温度传感器；19、第一轴承润滑油路；20、第二轴承润滑油路；21、不平衡孔。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

下面结合附图1-5对本申请的航空动力高速轴承试验器进行详细描述。

参照图1-3，本实施例的航空动力高速轴承试验器包括轴承试验箱体4、箱体盖5、连接主轴2和驱动电机，轴承试验箱体4和箱体盖5通过螺栓连接，构成试验舱室，为试验轴承提供模拟环境，所述连接主轴2一端伸入所述试验舱室内，所述连接主轴2另一端与位于所述试验舱室外侧的所述驱动电机连接。

所述轴承试验箱体4内设有轴向加载盘6，轴向加载盘6套设于所述连接主轴2上，所述轴向加载盘6通过与轴承试验箱体4的侧壁配合将所述试验舱室分为第一试验舱室和第二试验舱室，参照图2，为了便于理解，将图中位于左侧的试验舱室命名为第一试验舱室，位于右侧的试验舱室为第二试验舱室。具体的，所述轴向加载盘6通过连接配合与所述连接主轴2连接，可以是过渡配合、过盈配合或者其他配合等，此处并不局限于本实施例中所例举的。

具体的，轴承试验箱体4上设有与轴向加载盘6相配合的凸台，所述凸台和轴向加载盘6的外径圆之间形成篦齿封严结构13，参照图5，允许一定的泄漏量，并进行气密。

轴承试验器内的被试轴承有两个，第一被试轴承9设置在所述第一试验舱室，第二被试轴承8设置在第二试验舱室，均套设在所述连接主轴2上，第一被试轴承9和第二被试轴承8的内环根据轴承的安装方式(一般为过盈)固定在连接主轴2上，外环则根据轴承的安装方式分别与对应的第一被试轴承座11和第二被试轴承座12连接，两个轴承座通过螺栓与所述轴承试验箱体4连接，两被试轴承之间跨距、试验器转子重量和重心位置与航空发动机实际相同。需要解释的是，被试轴承与轴承座的连接方式，以及轴承座与轴承试验箱体4的连接方式并不限于螺栓连接。

所述第一试验舱室的轴承试验箱体4上设有第一供气管15，第二试验舱室的轴承试验箱体4上设有第二供气管14，由两台空压机分别通过供气管对第一试验舱室和第二试验舱室进行供气，根据试验需求供应不同温度气体，温度、压力分别通过压力传感器16和温度传感器18测得，调节两舱室的气压差在所需范围内，计算时，压差乘以轴向加载盘受力面积即为试验轴向力。

连接主轴2上还套设有径向加载盘7，利用本身自重，所述径向加载盘7对所述被试轴承进行径向加载。通过调节径向加载盘7上的不平衡孔21数量和位置改变径向加载盘7的不平衡量，或者设置为固定孔，在固定孔上加装不平衡块实现不平衡量的调节，从而改变连接主轴2所受径向力的大小；径向力、轴向力通过连接主轴2均会传递到被试轴承上，该方式与发动机上的轴承受力基本相同，因此能较准确地模拟发动机上的轴承受力情况。

参照图3，第一被试轴承9的注油口连接有第一润滑油路19，第二被试轴承8的注油口连接有第二润滑油路20，所述轴承试验箱体4底部设有回油孔17，本实施例中，两个润滑油路与试验舱室外侧的润滑油油箱连接，润滑油油箱内装有加热器，加热器对润滑油加热形成高温润滑油，注入到被试轴承的注油口，以模拟轴承实际工况。润滑油从被试轴承流出后落入轴承试验箱体4底部，通过回油孔17重新流回润滑油油箱，轴向加载盘6两侧存在压力差，所以两个被试轴承各自油路独立。高温润滑油会加热试验舱室内空气，起到模拟轴承实际工作环境的作用。润滑油管路内装有温度传感器18，实现对注入被试轴承内的润滑油温度的监测和控制。

在一个实施例中，两个被试轴承中的一个为滚珠轴承，另一个为滚柱轴承，滚柱轴承(第二被试轴承8)位于靠近驱动电机侧的第二试验舱室内，滚珠轴承(第一被试轴承9)位于远离驱动电机侧的第一试验舱室内，根据轴承自身的特性，可以对滚珠轴承施加轴向载荷和径向载荷进行测试，对滚柱轴承施加径向载荷进行测试。需要解释的是，本实施例中所选取的被试轴承仅为示例，并不局限于本实施例中所列举的。

优选的，所述第一被试轴承9远离所述轴向加载盘6的一侧设有第一锁紧螺母，所述轴向加载盘6抵在所述轴肩上，将轴向载荷传递给所述连接主轴2，所述连接主轴2通过所述第一锁紧螺母(如图2左侧的缩紧螺母10)将轴向载荷加载至第一被试轴承9内环。

在上述实施例中，滚柱轴承位于靠近驱动电机侧的第二试验舱室内，滚珠轴承位于远离驱动电机侧的第一试验舱室内，第一锁紧螺母位于滚珠轴承远离所述轴向加载盘6的一侧，轴向加载盘6抵在轴肩上，将轴向载荷传递给连接主轴2，连接主轴2通过左侧的第一锁紧螺母将轴向载荷加载至滚珠轴承内圈，第一锁紧螺母与滚珠轴承接触侧设置有凸缘，防止直径过大与外圈接触。

在一个优选的实施例中，径向加载盘7上设有多个不平衡孔21，参照图4，所述不平衡孔21沿径向均匀分布，周向对称，周向间隔180°，所述不平衡孔21用于通过控制安装螺栓数量和位置调节不平衡量，引起所述连接主轴2振动，以调节所述被试轴承所受径向载荷，不安装螺栓时方便动平衡校正。

在另一个实施例中，径向加载盘7上设有多个固定孔，在所述固定孔上加装不平衡块实现不平衡量的调节，从而改变所述连接主轴2所受径向力的大小。

进一步的，所述驱动电机为无刷电机1，通过电机安装座3进行固定，通过变频器控制转速，电机内不含轴承，转子和静子无直接接触，可以避免因连接主轴2振动引起的电机损坏。所述驱动电机的转子为空心圆柱体，所述空心柱体通过过渡配合与所述连接主轴2连接，所述驱动电机通过第二锁紧螺母(如图2中右侧的锁紧螺母10)和所述连接主轴2的轴肩轴向定位。

优选的，所述轴承座设置为中字型，方便拆装，所述轴承座与所述轴承试验箱体4通过轴向螺栓连接；受轴向力侧轴承试验箱体4有凸台，可减轻连接螺栓的应力。

优选的，所述连接主轴2与所述轴承试验箱体的交接处采用篦齿封严进行气密，篦齿两两交错，减小泄露损失。

本发明提供的实施例，提出了一种航空动力高速轴承试验器，弥补了现有试验器的不足，能够模拟连接主轴轴承的实际工作环境，更为准确地评估轴承的可靠性；试验器可以同时测试两被试轴承，提高了使用效率，且除被试轴承外无需其它陪试轴承，降低了使用成本，减小了试验器故障概率；载荷加载装置简单可靠，方便调节。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种航空动力高速轴承试验器，其特征在于，包括轴承试验箱体、箱体盖、连接主轴和驱动电机，所述轴承试验箱体和所述箱体盖构成试验舱室，所述连接主轴一端伸入所述试验舱室内，所述连接主轴另一端与所述驱动电机连接；

所述轴承试验箱体内设有套设于所述连接主轴上的轴向加载盘，所述轴向加载盘将所述试验舱室分为第一试验舱室和第二试验舱室，所述第一试验舱室设有套设在所述连接主轴上的第一被试轴承，第二试验舱室内设有套设在所述连接主轴上的第二被试轴承，通过调所述节第一试验舱室与所述第二试验舱室之间的气压差，使所述轴向加载盘受到气压差作用并对所述被试轴承施加轴向载荷；

所述轴承试验箱体内还设有套设于所述连接主轴上的径向加载盘，所述径向加载盘对被试轴承进行径向加载。

2.根据权利要求1所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述轴向加载盘通过连接配合与所述连接主轴连接，起到将轴向力转递给所述连接主轴的作用。

3.根据权利要求2所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述第一被试轴承远离所述轴向加载盘的一侧设有第一锁紧螺母，所述轴向加载盘抵在所述轴肩上，将轴向载荷传递给所述连接主轴，所述连接主轴通过所述第一锁紧螺母将轴向载荷加载至所述被试轴承内圈。

4.根据权利要求1所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述径向加载盘上设有多个孔，通过调节所述孔的数量和位置改变所述径向加载盘的不平衡量，或者在所述孔上加装不平衡块实现不平衡量的调节，从而改变所述连接主轴所受径向力的大小。

5.根据权利要求1所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述第一被试轴承和所述第二被试轴承分别通过轴承座与所述轴承试验箱体连接，所述轴承座设置为中字型，所述轴承座与所述轴承试验箱体通过轴向螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述第一被试轴承和所述第二被试轴承的注油口分别连接有润滑油路，所述润滑油路上分别设有温度传感器，所述轴承试验箱体底部设有回油孔。

7.根据权利要求6所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述润滑油路与润滑油油箱连接，所述润滑油油箱设置于所述轴承试验箱体外部，所述润滑油油箱内设有加热器。

8.根据权利要求1所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述驱动电机为无刷电机，所述驱动电机的转子为空心圆柱体，所述空心柱体通过过渡配合与所述连接主轴连接，所述驱动电机通过第二锁紧螺母和所述连接主轴的轴肩定位。

9.根据权利要求1-8所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述轴向加载盘和所述轴承试验箱体之间采用篦齿封严结构进行气密，所述连接主轴与所述轴承试验箱体的交接处采用篦齿封严结构进行气密。

10.根据权利要求1-8任一项所述的航空动力高速轴承试验器，其特征在于，所述第一试验舱室和第二试验舱室的轴承试验箱体上分别设有压力传感器。

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