CN114813125A - 航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，涉及轴承套寿命考核试验设备技术领域，尤其涉及一种用于考核航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命的试验台。本发明包括：基础平台、机械试验台以及监测与控制系统；机械试验台设置于基础平台的上部；机械试验台上装配鼠笼式轴承套；监测与控制系统与基础平台和机械试验台分离安装，监测与控制系统设置在基础平台和机械试验台以外的安全位置，通过数据线与基础平台和机械试验台相连，对其进行控制和监测。本发明的技术方案解决了现有技术中存在的对试验台的精度要求较高、成本昂贵、实验结果精度与安全性难以保证等问题。

Description

航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台

技术领域

本发明航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，涉及轴承套寿命考核试验设备技术领域，尤其涉及一种用于考核航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命的试验台。

背景技术

高转速的回转机械在转速达到临界转速时，会产生剧烈的振动。如果不采取有效的控制措施，剧烈的振动可能会导致机器损坏，甚至引发安全事故。航空发动机高速旋转的转子系统也需要对其振动加以控制。目前一般采用的措施是通过在轴承的支承位置加装弹性轴承套，来降低转子系统的临界转速，使得轴系在低速安全过临界。

随着科学技术的发展，飞机作为重要的科技产物，其性能要求也被不断的提升到新的高度。航空发动机也朝着高转速、大推重比、长寿命及高可靠性的方向发展。在航空发动机技术不断发展的过程中，对其各方面的性能也有了越来越苛刻的要求。为了满足发动机发展的技术要求，发动机不仅承受着越来越高的转速，也承受着更加恶劣的工作环境，这也严重影响了发动机使用的稳定性和疲劳寿命。为了在满足性能要求的同时，保证发动机使用的可靠性和寿命要求，需要从设计角度对发动机进行优化。轴承套的性能和寿命优化研究，对于航空发动机的优化是非常重要的一部分。轴承套工作过程中需要不断承受交变载荷的作用，也使得轴承套较容易产生疲劳破坏。一旦轴承套产生破坏，传动精度降低，航空发动机的稳定性也会产生极大的影响，严重时航空发动机会产生剧烈振动，甚至停止运转，引发安全事故。轴承套的工况较为复杂，因此现有的运动学及动力学理论和仿真分析难以对轴承套的疲劳寿命作出有效预判，只能通过试验来考核轴承套的疲劳寿命。目前，现有的技术针对航空发动机鼠笼式轴承套的疲劳寿命考核，一般采用激振台或转子式试验台。激振台通过基础激励方式加载载荷，这种方式难以对航空发动机鼠笼式轴承套的实际工况进行模拟，实验结果的精度无法保证；转子式试验台通过高转速的转子能够较好的模拟实际工况，但其对试验台的精度要求较高，成本昂贵，且安全性难以保证。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

根据上述现有技术提出的激振台式试验台通过基础激励方式加载载荷，难以对鼠笼式轴承套的实际工况进行模拟，实验结果的精度无法保证；转子式试验台通过高转速的转子能够较好的模拟实际工况，但其对试验台的精度要求较高，成本昂贵，且安全性难以保证等技术问题；而提供一种具有结构新颖、便于安装维护、测量数据准确、可靠性高、自动化程度高、操作安全性高等特点的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台。

本发明采用的技术手段如下：

一种航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台包括：基础平台、机械试验台以及监测与控制系统；

进一步地，机械试验台设置于基础平台的上部；

进一步地，机械试验台上装配鼠笼式轴承套；

进一步地，监测与控制系统与基础平台和机械试验台分离安装，监测与控制系统设置在基础平台和机械试验台以外的安全位置，通过数据线与基础平台和机械试验台相连，对其进行控制和监测。

进一步地，基础平台的顶端面上设置有多条平行的倒T字形的装配滑道，用于装配机械试验台。

进一步地，机械试验台包括：总支架、激振器支架、激振器、力传感器、试验件压块、位移传感器、位移传感器支架、位移传感器垫块、径向气缸、径向气缸支架、试验件垫块、轴向气缸支架和轴向气缸；

进一步地，总支架通过螺栓和倒T字形滑道配合装于基础平台的上部；

进一步地，试验件垫块设置于总支架的上部，在其上部通过螺栓固定装有鼠笼式轴承套；

进一步地，鼠笼式轴承套的水平方向上设置有激振器；激振器通过激振器支架装于总支架的上部；

进一步地，激振器为两个，相互之间呈90度角；

进一步地，鼠笼式轴承套的水平方向上设置有径向气缸；径向气缸通过径向气缸支架装于总支架的上部；

进一步地，试验件压块设置于鼠笼式轴承套的顶部，并与轴向气缸相连接；

进一步地，轴向气缸通过轴向气缸支架装于总支架上，并与鼠笼式轴承套同轴设置；

进一步地，试验件压块与激振器和径向气缸之间均设置有一个力传感器；

进一步地，实验件压块与轴向气缸之间通过钢丝绳装有力传感器；

进一步地，鼠笼式轴承套的水平方向上设置有位移传感器；位移传感器通过位移传感器支架装于位移传感器垫块的上部；位移传感器垫块通过螺栓装于试验件垫块的上部；

进一步地，位移传感器为两个，设置于激振器的对向位置上。

进一步地，鼠笼式轴承套的内壁上设置有应变片。

进一步地，应变片为4个，设置在鼠笼式轴承套的内壁上易产生疲劳破坏的位置，通过胶水直接粘结固定在鼠笼式轴承套内壁的四个方位。

进一步地，监测与控制系统包括：监测系统、数据采集卡、调压阀、空气压缩机、功率放大器和控制系统；

进一步地，监测系统通过数据采集卡分别与力传感器和应变片相连接；

进一步地，控制系统通过功率放大器与激振器相连接；

进一步地，空气压缩机通过调压阀分别与径向气缸和轴向气缸相连接。

本发明的实验过程为：

验件鼠笼式轴承套底部固定在试验件垫块上，鼠笼式轴承套的上部固定有试验件压块，试验件压块通过力传感器分别于激振器以及气缸相连；通过激振器可对试验件鼠笼式轴承套上部施加水平面内两个互相垂直的激振力；通过轴向气缸对试验件压块加载轴向静力和径向气缸对试验件压块施加径向静力，使得试验件鼠笼式轴承套的上部持续被施加轴向的静力和径向的静力。

本发明监测与控制系统实验过程为：

气缸与试验件压块之间设置有力传感器，通过力传感器对气缸拉力的时域信号进行实时检测；激振器与力传感器支架之间同样设置有力传感器，由力传感器实时检测激振力时域信号；通过位移传感器，可获得试验件鼠笼式轴承套的上部在激振力和气缸加载的静力共同作用下的位移特性；通过应变片，可以对鼠笼式轴承套的应变进行实时监测；通过监测系统反馈的监测数据，并通过控制系统实时地调节激振器激振力的振幅、频率以及相位，从而实现鼠笼式轴承套的涡动；也可以通过调压阀控制气压来调节气缸加载的力的大小；通过检测系统反馈的数据可以实时监测鼠笼式轴承套的实验状态，分析鼠笼式轴承套的寿命强度，验证试验件的可靠性，或者结合试验数据进一步对试验件鼠笼式轴承套进行优化改进。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，试验件的上部与传感器支架直接连接，通过对试验件压块重量的控制，能够调节试验件鼠笼式轴承套振动的固有频率；

2、本发明提供的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，针对试验件航空发动机鼠笼式轴承套的运动特性，在试验件压块和激振器之间，以及试验件压块和气缸之间设置力传感器；在激振器对向位置设置位移传感器；在试验件内壁设置应变片，从而对试验件航空发动机鼠笼式轴承套的受力、位移和应变进行实时监测；

3、本发明提供的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，进一步的通过控制系统和调压阀对试验件的加载状态进行精准调控，实现试验台的高度自动化；

4、本发明提供的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，通过试验件压块将激振力和静力作用在鼠笼式轴承套上，能够使鼠笼式轴承套的受力更加均匀，也能够更好的模拟航空发动机鼠笼式轴承套的实际工况；

5、本发明提供的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，通过激振和气缸加载的方式实现，且机械试验台和监测与控制系统分离，从而实现实验平台的较高的安全性。

综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的激振台式试验台通过基础激励方式加载载荷，难以对鼠笼式轴承套的实际工况进行模拟，实验结果的精度无法保证；转子式试验台通过高转速的转子能够较好的模拟实际工况，但其对试验台的精度要求较高，成本昂贵，且安全性难以保证等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明图1中的A处放大结构示意图；

图3为本发明监测与控制系统连接结构示意图。

图中：1、基础平台 2、总支架 3、激振器支架 4、激振器 5、力传感器 6、鼠笼式轴承套 7、试验件压块 8、位移传感器 9、位移传感器支架 10、位移传感器垫块 11、径向气缸12、径向气缸支架 13、试验件垫块 14、轴向气缸支架 15、轴向气缸 16、应变片 17、监测系统 18、数据采集卡 19、调压阀 20、空气压缩机 21、功率放大器 22、控制系统。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台包括：基础平台1、机械试验台以及监测与控制系统；机械试验台设置于基础平台1的上部；机械试验台上装配鼠笼式轴承套6；监测与控制系统与基础平台1和机械试验台分离安装，监测与控制系统设置在基础平台1和机械试验台以外的安全位置，通过数据线与基础平台1和机械试验台相连，对其进行控制和监测。

如图1所示，基础平台1的顶端面上设置有多条平行的倒T字形的装配滑道，用于装配机械试验台。

如图1、2所示，机械试验台包括：总支架2、激振器支架3、激振器4、力传感器5、试验件压块7、位移传感器8、位移传感器支架9、位移传感器垫块10、径向气缸11、径向气缸支架12、试验件垫块13、轴向气缸支架14和轴向气缸15；总支架2通过螺栓和倒T字形滑道配合装于基础平台1的上部；试验件垫块13设置于总支架2的上部，在其上部通过螺栓固定装有鼠笼式轴承套6；鼠笼式轴承套6的水平方向上设置有激振器4；激振器4通过激振器支架3装于总支架2的上部；激振器4为两个，相互之间呈90度角；鼠笼式轴承套6的水平方向上设置有径向气缸11；径向气缸11通过径向气缸支架12装于总支架2的上部；试验件压块7设置于鼠笼式轴承套6的顶部，并与轴向气缸15相连接；轴向气缸15通过轴向气缸支架14装于总支架2上，并与鼠笼式轴承套6同轴设置；试验件压块7与激振器4和径向气缸11之间均设置有一个力传感器5；实验件压块7与轴向气缸15之间通过钢丝绳装有力传感器5；鼠笼式轴承套6的水平方向上设置有位移传感器8；位移传感器8通过位移传感器支架9装于位移传感器垫块10的上部；位移传感器垫块10通过螺栓装于试验件垫块13的上部；位移传感器8为两个，设置于激振器4的对向位置上。

如图2所示，鼠笼式轴承套6的内壁上设置有应变片16；应变片16为4个，设置在鼠笼式轴承套6的内壁上易产生疲劳破坏的位置，通过胶水直接粘结固定在鼠笼式轴承套6内壁的四个方位。

如图2、3所示，监测与控制系统包括：监测系统17、数据采集卡18、调压阀19、空气压缩机20、功率放大器21和控制系统22；监测系统17通过数据采集卡18分别与力传感器5和应变片16相连接；控制系统22通过功率放大器21与激振器4相连接；空气压缩机20通过调压阀19分别与径向气缸11和轴向气缸15相连接。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台包括：基础平台(1)、机械试验台以及监测与控制系统；

所述的机械试验台设置于基础平台(1)的上部；

所述的机械试验台上装配鼠笼式轴承套(6)；

所述的监测与控制系统与基础平台(1)和机械试验台分离安装，监测与控制系统设置在基础平台(1)和机械试验台以外的安全位置，通过数据线与基础平台(1)和机械试验台相连，对其进行控制和监测。

2.根据权利要求1所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的基础平台(1)的顶端面上设置有多条平行的倒T字形的装配滑道，用于装配机械试验台。

3.根据权利要求1所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的机械试验台包括：总支架(2)、激振器支架(3)、激振器(4)、力传感器(5)、试验件压块(7)、位移传感器(8)、位移传感器支架(9)、位移传感器垫块(10)、径向气缸(11)、径向气缸支架(12)、试验件垫块(13)、轴向气缸支架(14)和轴向气缸(15)；

所述的总支架(2)通过螺栓和倒T字形滑道配合装于基础平台(1)的上部；

所述的试验件垫块(13)设置于总支架(2)的上部，在其上部通过螺栓固定装有鼠笼式轴承套(6)；

所述的鼠笼式轴承套(6)的水平方向上设置有激振器(4)；激振器(4)通过激振器支架(3)装于总支架(2)的上部；

所述的鼠笼式轴承套(6)的水平方向上设置有径向气缸(11)；径向气缸(11)通过径向气缸支架(12)装于总支架(2)的上部；

所述的试验件压块(7)设置于鼠笼式轴承套(6)的顶部，并与轴向气缸(15)相连接；

所述的轴向气缸(15)通过轴向气缸支架(14)装于总支架(2)上，并与鼠笼式轴承套(6)同轴设置；

所述的试验件压块(7)与激振器(4)和径向气缸(11)之间均设置有一个力传感器(5)；

所述的实验件压块(7)与轴向气缸(15)之间通过钢丝绳装有力传感器(5)；

所述的鼠笼式轴承套(6)的水平方向上设置有位移传感器(8)；位移传感器(8)通过位移传感器支架(9)装于位移传感器垫块(10)的上部；位移传感器垫块(10)通过螺栓装于试验件垫块(13)的上部。

4.根据权利要求3所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的鼠笼式轴承套(6)的内壁上设置有应变片(16)。

5.根据权利要求1所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的监测与控制系统包括：监测系统(17)、数据采集卡(18)、调压阀(19)、空气压缩机(20)、功率放大器(21)和控制系统(22)；

所述的监测系统(17)通过数据采集卡(18)分别与力传感器(5)和应变片(16)相连接；

所述的控制系统(22)通过功率放大器(21)与激振器(4)相连接；

所述的空气压缩机(20)通过调压阀(19)分别与径向气缸(11)和轴向气缸(15)相连接。

6.根据权利要求5所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的激振器(4)为两个，相互之间呈90度角。

7.根据权利要求3所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的位移传感器(8)为两个，设置于激振器(4)的对向位置上。

8.根据权利要求5所述的航空发动机鼠笼式轴承套疲劳寿命考核试验平台，其特征在于：

所述的应变片(16)为4个，设置在鼠笼式轴承套(6)的内壁上易产生疲劳破坏的位置，通过胶水直接粘结固定在鼠笼式轴承套(6)内壁的四个方位。

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