CN114878163B - 一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置 - Google Patents
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Abstract
一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，涉及空气轴承性能测试技术领域，本发明为了克服现有技术在对轴承测试装置精度较低以及止推轴承无法进行同步动静加载的缺陷，本发明提供的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，所述测试装置包括底板、驱动组件、测试组件、加载组件和防护组件；所述驱动组件和加载组件均安装在底板的上表面上，且驱动组件与加载组件相对设置，测试组件设置在驱动组件和加载组件之间，且测试组件中的被测部安装在加载组件靠近驱动组件的一端上，防护组件套设在驱动组件的外侧，且防护组件与底板滑动连接，防护组件可沿底板的长度方向进行往复运动，本发明用于对轴承进行动静同步加载测试。
Description
技术领域
本发明涉及空气轴承性能测试技术领域，具体涉及一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置。
背景技术
动压气体箔片轴承是以弹性结构为支承的自作用式动压挠性轴承，它具有稳定性好、耐冲击等优点，在无油旋转机械中有广阔的应用前景。动压止推箔片轴承动静态性能测试精度对于轴承-转子系统的性能评价具有重要意义。
根据径向轴承的工作原理，现有测试装置可在轴承某一径向施加静载荷的同时在其他径向位置施加两个互呈90°的动载荷，在同一平面内的不同载荷同时作用在径向轴承上，为研究人员获取径向轴承动静特性奠定了基础。但止推轴承所承受的动静载荷均为轴向，若采用单轴设计，动静载荷由于同向而无法同步加载，因此现有动压气体止推箔片轴承测试装置多仅能开展起飞转速试验和静态承载试验，不能获取动态激振情况下轴承的刚度和阻尼系数，更不能同时施加动静载荷，而后者更满足实际需求。此外，测试装置使用的液压或手轮等静态加载装置精度低，存在人为干扰，因此亟需开发精度更高的动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置用于获取包括起飞转速、动静态极限承载以及刚度和阻尼系数在内轴承动静态性能参数并进行评价。
发明内容
本发明为了克服现有轴承测试装置精度较低以及止推轴承无法进行同步动静加载的缺陷，进而提供一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置；
一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，所述测试装置包括底板、驱动组件、测试组件、加载组件和防护组件；所述驱动组件和加载组件均安装在底板的上表面上，且驱动组件与加载组件相对设置，测试组件设置在驱动组件和加载组件之间，且测试组件中的被测部安装在加载组件靠近驱动组件的一端上，防护组件套设在驱动组件的外侧，且防护组件与底板滑动连接，防护组件可沿底板的长度方向进行往复运动；
进一步地，所述驱动组件包括高速永磁电机和推力盘，所述高速永磁电机靠近底板的一端设置，高速永磁电机下方设有电机安装架，电机安装架与底板的上表面固定连接，高速永磁电机安装在电机安装架上，推力盘套装在高速永磁电机的电机输出轴上；
进一步地，所述高速永磁电机上还设有水冷管道，水冷管道与高速永磁电机的电机壳体拆卸连接，水冷管道的一端通过抽液泵与外置水箱连通设置，水冷管道的一端朝向推力盘设置；
进一步地，所述驱动组件还包括主轴位移传感器和主轴转速传感器，主轴位移传感器设置在高速永磁电机远离推力盘的一侧，且主轴位移传感器通过传感器支架与底板的上表面固定连接，主轴转速传感器设置在高速永磁电机靠近推力盘的一侧，且主轴转速传感器通过传感器支架与底板的上表面固定连接；
进一步地，所述加载组件包括轴向载荷静力传感器、静压气体轴承、浮动轴、磁轴承、中间轴、深沟球轴承、轴承座、弹簧、滚珠丝杠、激振杆、从动齿轮、动态力传感器、激振器、套筒、套筒安装架、套筒支撑架、大螺母、导向内套、主动齿轮和伺服电机；
所述激振器设置在底板上表面的另一端上，且激振器的下方设置有激振器安装架，激振器安装架与底板的上表面拆卸连接，激振器安装在激振器安装架上，激振器中的激振力输出轴与高速永磁电机中的输出轴相对设置，且激振器中激振力输出轴的轴线与高速永磁电机中输出轴的轴线共线设置，动态力传感器的一端套装在激振器中的激振力输出轴上，动态力传感器另一端套装在激振杆的一端上，激振杆插设在滚珠丝杠中，且激振杆与滚珠丝杠同轴设置，滚珠丝杠插设在套筒安装架上，且滚珠丝杠的两端均延伸至套筒安装架的外部，滚珠丝杠通过轴承与套筒安装架转动连接，滚珠丝杠靠近激振器的一端上套设有从动齿轮，从动齿轮通过平键与滚珠丝杠固定连接，伺服电机设置在激振器的一侧，且伺服电机与底板的上表面固定连接，主动齿轮套装在伺服电机的输出轴上，且主动齿轮与从动齿轮齿啮合设置，套筒设置在套筒安装架远离激振器的一侧上，且套筒的轴线与激振器中激振力输出轴的轴线共线设置，套筒的一端通过螺栓与套筒安装架拆卸连接，套筒内插设有导向内套，导向内套与套筒同轴设置，导向内套通过套筒内壁的限位槽与套筒间隙配合连接，滚珠丝杠中的螺纹部插设在导向内套中，且滚珠丝杠的螺纹部上套设有大螺母，大螺母与滚珠丝杠螺纹连接，大螺母设置在导向内套内，且滚珠丝杠可带动大螺母沿导向内套的轴线方向在导向内套中进行往复运动，导向内套远离套筒安装架的一端上安装有轴承座，大螺母与轴承座之间设有弹簧，弹簧的一端与大螺母固定连接，弹簧的另一端轴承座固定连接，轴承座的插设有中间轴，轴承座与中间轴之间设有深沟球轴承，深沟球轴承的轴承外圈与轴承座固定连接，深沟球轴承的轴承内圈与中间轴固定连接，轴承座远离套筒安装架的一端上设有轴承盖，轴承盖与轴承座通过螺栓拆卸连接，激振杆的另一端穿过滚珠丝杆并插装在中间轴的一端上，中间轴的另一端延伸出轴承座并通过轴向载荷静力传感器与浮动轴的一端相连，浮动轴的另一端延伸至套筒的外部，浮动轴与套筒之间设有静压气体轴承和磁轴承，浮动轴通过静压气体轴承和磁轴承与套筒转动连接，磁轴承靠近激振器设置，静压气体轴承靠近高速永磁电机设置，测试组件中的被测部安装在浮动轴的另一端上，套筒支撑架的上部套装在套筒的另一端上，套筒支撑架的底部与底板的上表面固定连接；
进一步地，所述测试组件包括推力盘二号位移传感器、止推箔片轴承座、转矩测试单元、两个推力盘一号位移传感器和多个温度传感器；所述止推箔片轴承座安装在浮动轴的另一端上，且止推箔片轴承座的轴线与浮动轴的轴线共线设置，被测止推箔片轴承安装在止推箔片轴承座上，推力盘二号位移传感器和两个推力盘一号位移传感器均设置在推力盘靠近高速永磁电机的一侧，推力盘二号位移传感器设置在高速永磁电机的正下方，且推力盘二号位移传感器通过位移传感器支架与底板的上表面固定连接，推力盘二号位移传感器的信号接收端朝向推力盘设置，两个推力盘一号位移传感器均通过安装支架安装在高速永磁电机的外壳上，且每个推力盘一号位移传感器的信号接收端朝向推力盘设置，多个温度传感器沿周向等距设置在止推箔片轴承座中，且温度传感器的信号接收端朝向止推箔片轴承设置，转矩测试单元设置在套筒的一侧，且转矩测试单元通过安装支架安装在底板的上表面上，套筒的外侧壁上加工有测量孔，转矩测试单元的信号接收端穿过测量孔朝向浮动轴设置；
进一步地，所述推力盘二号位移传感器与每个推力盘一号位移传感器之间呈120°夹角设置；
进一步地，所述转矩测试单元包括力矩静力传感器和测力矩杆，所述力矩静力传感器通过安装支架安装在底板的上表面上，测力矩杆的一端与力矩静力传感器的信号接收端固定连接，测力矩杆的另一端穿过测量孔朝向浮动轴设置；
进一步地，所述止推箔片轴承座的外圆面上还设有冷气输送管，冷气输送管通过嵌夹与止推箔片轴承座的外圆面拆卸连接，冷气输送管的一端与冷气输送机连通设置，冷气输送管的另一端朝向被测止推箔片轴承设置，冷气输送管上串联有限流阀；
进一步地，所述防护组件为防护罩，防护罩为n字型结构，防护罩套设在高速永磁电机的外部，防护罩的每个支脚处安装有滑轮，底板上与防护罩中每个支脚对应处加工有一条沿底板长度方向延伸的滑道，防护罩的每个支脚对应设置在一条滑道中，且防护罩通过滑轮与滑道配合实现与底板滑动连接，防护罩的两侧加工有观察口，每个观察口中安装有一块钢化玻璃；
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.本发明提供的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，采用了多传感器同步采样以保证测量精度，包括用于测量高速电机主轴位移的位移传感器、用于测量轴承位移的两只位移传感器和一只位移传感器、多只温度传感器，提高了止推箔片轴承测试精度等级。
2.本发明提供的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，所述浮动轴由静压气体轴承和磁轴承共同支撑，在保证浮动轴对中精度的同时，提高了转子稳定性，避免了动态加载时可能面临的轴颈碰摩问题。
3.本发明提供的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，所述从动齿轮通过主动齿轮与伺服电机相连，通过反馈静力传感器(测轴向载荷)的数据，可以实现静态载荷的定量精确加载，避免人为干扰以及液压或手轮等低精度装置引入的误差。
4.本发明提供的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，所述浮动轴、中间轴、滚珠丝杠和激振杆等多段转轴是所述加载部分的核心，其中所述滚珠丝杠为空心轴设计，激振杆与其同心安装并直接与中间轴相连。正常工作中滚珠丝杠用于传递静态载荷，激振杆用于传递动态载荷，二者通过中间轴叠加并以此传递至浮动轴、轴承座，互不干扰，据此克服了止推箔片轴承单轴设计时同向动静载荷无法同步加载的问题，可用于获取动态干扰下的止推箔片轴承极限承载力，更贴近实际工况。
附图说明
图1为本发明所述装置的主视示意图：
图2为本发明所述装置的主剖示意图(未安装防护罩)：
图3为本发明所述装置的主剖示意图(安装防护罩)：
图4为本发明所述装置的俯视示意图；
图5为本发明所述装置的左视示意图；
图6为本发明所述装置的数据采集流程示意图；
图7为本发明所述装置的轴侧示意图；
图中1底板、2主轴位移传感器、3高速永磁电机、4推力盘一号位移传感器、5推力盘二号位移传感器、6推力盘、7温度传感器、8力矩静力传感器、9测力矩杆、10轴向载荷静力传感器、11被测止推箔片轴承、12止推箔片轴承座、13静压气体轴承、14浮动轴、15磁轴承、16中间轴、17深沟球轴承、18轴承座、19弹簧、20滚珠丝杠、21激振杆、22从动齿轮、23动态力传感器、24激振器、25防护罩、26观察口、27套筒、28套筒安装架、29套筒支撑架、30大螺母和31导向内套。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式提供一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，所述测试装置包括底板1、驱动组件、测试组件、加载组件和防护组件；所述驱动组件和加载组件均安装在底板1的上表面上，且驱动组件与加载组件相对设置，测试组件设置在驱动组件和加载组件之间，且测试组件中的被测部安装在加载组件靠近驱动组件的一端上，防护组件套设在驱动组件的外侧，且防护组件与底板1滑动连接，防护组件可沿底板1的长度方向进行往复运动。
本实施方式中所述一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置还设有配套的数据采集部分包括用于实时数据采集的各种软硬件设备，该部分以工业计算机为核心，通过控制A/D采集卡和信号调理器实现对转速、位移、静态或动态力、温度等参数的采集，同时借助软件对操作流程进行控制，对测试数据进行管理并提示可能的错误或警告。
具体实施方式二：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的驱动组件作进一步限定，本实施方式中所述驱动组件包括高速永磁电机3和推力盘6，所述高速永磁电机3靠近底板1的一端设置，高速永磁电机3下方设有电机安装架，电机安装架与底板1的上表面固定连接，高速永磁电机3安装在电机安装架上，推力盘6套装在高速永磁电机3的电机输出轴上。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中，所述驱动部分主要由高速永磁电机3、推力盘6、转速传感器等部件组成。所述电机3内含角接触轴承、驱动主轴、冷却水道和控制器等，由机座支撑并与底板1连接，同时依赖电机控制器实现转速的连续可调。所述推力盘6通过锁紧螺母与电机主轴刚性连接。
具体实施方式三：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的高速永磁电机3作进一步限定，本实施方式中所述高速永磁电机3上还设有水冷管道，水冷管道与高速永磁电机3的电机壳体拆卸连接，水冷管道的一端通过抽液泵与外置水箱连通设置，水冷管道的一端朝向推力盘6设置。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中，通过水冷管道喷出的低温冷却液对工作中的推力盘6进行有效减温。
具体实施方式四：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的驱动组件作进一步限定，本实施方式中所述驱动组件还包括主轴位移传感器2和主轴转速传感器，主轴位移传感器2设置在高速永磁电机3远离推力盘6的一侧，且主轴位移传感器2通过传感器支架与底板1的上表面固定连接，主轴转速传感器设置在高速永磁电机3靠近推力盘6的一侧，且主轴转速传感器通过传感器支架与底板1的上表面固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。
本实施方式中所述主轴位移传感器2用于测量高速永磁电机3中主轴轴向位移以保证其旋转精度，主轴转速传感器6用于测量主轴转速以判断轴承起飞转速。
具体实施方式五：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的加载组件作进一步限定，本实施方式中所述加载组件包括轴向载荷静力传感器10、静压气体轴承13、浮动轴14、磁轴承15、中间轴16、深沟球轴承17、轴承座18、弹簧19、滚珠丝杠20、激振杆21、从动齿轮22、动态力传感器23、激振器24、套筒27、套筒安装架28、套筒支撑架29、大螺母30、导向内套31、主动齿轮和伺服电机；
所述激振器24设置在底板1上表面的另一端上，且激振器24的下方设置有激振器安装架，激振器安装架与底板1的上表面拆卸连接，激振器24安装在激振器安装架上，激振器24中的激振力输出轴与高速永磁电机3中的输出轴相对设置，且激振器24中激振力输出轴的轴线与高速永磁电机3中输出轴的轴线共线设置，动态力传感器23的一端套装在激振器24中的激振力输出轴上，动态力传感器23另一端套装在激振杆21的一端上，激振杆21插设在滚珠丝杠20中，且激振杆21与滚珠丝杠20同轴设置，滚珠丝杠20插设在套筒安装架28上，且滚珠丝杠20的两端均延伸至套筒安装架28的外部，滚珠丝杠20通过轴承与套筒安装架28转动连接，滚珠丝杠20靠近激振器24的一端上套设有从动齿轮22，从动齿轮22通过平键与滚珠丝杠20固定连接，伺服电机设置在激振器24的一侧，且伺服电机与底板1的上表面固定连接，主动齿轮套装在伺服电机的输出轴上，且主动齿轮与从动齿轮22齿啮合设置，套筒27设置在套筒安装架28远离激振器24的一侧上，且套筒27的轴线与激振器24中激振力输出轴的轴线共线设置，套筒27的一端通过螺栓与套筒安装架28拆卸连接，套筒27内插设有导向内套31，导向内套31与套筒27同轴设置，导向内套31通过套筒27内壁的限位槽与套筒27间隙配合连接，滚珠丝杠20中的螺纹部插设在导向内套31中，且滚珠丝杠20的螺纹部上套设有大螺母30，大螺母30与滚珠丝杠20螺纹连接，大螺母30设置在导向内套31内，且滚珠丝杠20可带动大螺母30沿导向内套31的轴线方向在导向内套31中进行往复运动，导向内套31远离套筒安装架28的一端上安装有轴承座18，大螺母30与轴承座18之间设有弹簧19，弹簧19的一端与大螺母30固定连接，弹簧19的另一端轴承座18固定连接，轴承座18的插设有中间轴16，轴承座18与中间轴16之间设有深沟球轴承17，深沟球轴承17的轴承外圈与轴承座18固定连接，深沟球轴承17的轴承内圈与中间轴16固定连接，轴承座18远离套筒安装架28的一端上设有轴承盖，轴承盖与轴承座18通过螺栓拆卸连接，激振杆21的另一端穿过滚珠丝杆20并插装在中间轴16的一端上，中间轴16的另一端延伸出轴承座18并通过轴向载荷静力传感器10与浮动轴14的一端相连，浮动轴14的另一端延伸至套筒27的外部，浮动轴14与套筒27之间设有静压气体轴承13和磁轴承15，浮动轴14通过静压气体轴承13和磁轴承15与套筒27转动连接，磁轴承15靠近激振器24设置，静压气体轴承13靠近高速永磁电机3设置，测试组件中的被测部安装在浮动轴14的另一端上，套筒支撑架29的上部套装在套筒27的另一端上，套筒支撑架29的底部与底板1的上表面固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
本实施方式中所述浮动轴14由静压气体轴承13和磁轴承15共同支撑。所述中间轴16由深沟球轴承17支撑。所述浮动轴14、中间轴16、滚动丝杠20以及激振杆21共同构成动静加载轴，所述滚珠丝杠20与从动齿轮2通过平键连接，可将旋转量变为轴向进给量，并依次通过弹簧19、轴承座18、深沟球轴承17、中间轴16、浮动轴14传递至轴承座12上实现静态加载。所述激振器24的信号来源是信号发生器并借由功率放大器放大，该信号依次通过动态力传感器23、激振杆21、中间轴16、浮动轴14传递至轴承座12实现动态加载；
所述浮动轴14、中间轴16、滚珠丝杠20和激振杆21等多段转轴是所述加载部分的核心，其中所述滚珠丝杠20为空心轴设计，激振杆24与其同心安装并直接与中间轴16相连。正常工作中滚珠丝杠20用于传递静态载荷，激振杆21用于传递动态载荷，二者通过中间轴16叠加并以此传递至浮动轴14、轴承座12，互不干扰，据此克服了止推箔片轴承单轴设计时同向动静载荷无法同步加载的问题，可用于获取动态干扰下的止推箔片轴承极限承载力，更贴近实际工况；
所述浮动轴14由静压气体轴承13和磁轴承15共同支撑，磁气混合轴承保证了浮动轴的对中精度，提高了转子稳定性，避免了动态加载时可能面临的轴颈碰摩问题；
所述从动齿轮22与伺服电机相连，通过反馈载荷静力传感器10的数据定量施加静态载荷，避免了人为干扰。
具体实施方式六：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的测试组件作进一步限定，本实施方式中所述测试组件包括推力盘二号位移传感器5、止推箔片轴承座12、转矩测试单元、两个推力盘一号位移传感器4和多个温度传感器7；所述止推箔片轴承座12安装在浮动轴14的另一端上，且止推箔片轴承座12的轴线与浮动轴14的轴线共线设置，被测止推箔片轴承11安装在止推箔片轴承座12上，推力盘二号位移传感器5和两个推力盘一号位移传感器4均设置在推力盘6靠近高速永磁电机3的一侧，推力盘二号位移传感器5设置在高速永磁电机3的正下方，且推力盘二号位移传感器5通过位移传感器支架与底板1的上表面固定连接，推力盘二号位移传感器5的信号接收端朝向推力盘6设置，两个推力盘一号位移传感器4均通过安装支架安装在高速永磁电机3的外壳上，且每个推力盘一号位移传感器4的信号接收端朝向推力盘6设置，多个温度传感器7沿周向等距设置在止推箔片轴承座12中，且温度传感器7的信号接收端朝向止推箔片轴承11设置，转矩测试单元设置在套筒27的一侧，且转矩测试单元通过安装支架安装在底板1的上表面上，套筒27的外侧壁上加工有测量孔，转矩测试单元的信号接收端穿过测量孔朝向浮动轴14设置。其它组成及连接方式与具体实施方式五相同。
本实施方式中，所述被测止推箔片轴承11借助销钉安装在轴承座12上，正常工作时仅有轴向运动以模拟动静加载，而所述推力盘6会在高速永磁电机3带动下高速旋转，进而与止推箔片轴承11共同构成完整的流体润滑系统，温度传感器7置于轴承座12上用于测量轴承11温度，操作人员可通过温度变化情况确定被测止推箔片轴承11的极限承载。所述测试部分中轴承的位移和温度信号需借助多传感器同步采样以提高测量精度。
具体实施方式七：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的推力盘二号位移传感器5与每个推力盘一号位移传感器4作进一步限定，本实施方式中所述推力盘二号位移传感器5与每个推力盘一号位移传感器4之间呈120°夹角设置其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。
如此设置，便于测量被测止推箔片轴承11在轴向力的作用下的位移以计算轴承的动静刚度。
具体实施方式八：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式七所述的转矩测试单元作进一步限定，本实施方式中所述转矩测试单元包括力矩静力传感器8和测力矩杆9，所述力矩静力传感器8通过安装支架安装在底板1的上表面上，测力矩杆9的一端与力矩静力传感器8的信号接收端固定连接，测力矩杆9的另一端穿过测量孔朝向浮动轴14设置。其它组成及连接方式与具体实施方式七相同。
本实施方式中，所述浮动轴14通过测转矩杆9与力矩静力传感器8的信号输入端相连，后者借助支座安装于底座1上，用于反馈止推箔片轴承11与推力盘6或者空气间的摩擦力矩。
具体实施方式九：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式八所述的止推箔片轴承座12作进一步限定，本实施方式中所述止推箔片轴承座12的外圆面上还设有冷气输送管，冷气输送管通过嵌夹与止推箔片轴承座12的外圆面拆卸连接，冷气输送管的一端与冷气输送机连通设置，冷气输送管的另一端朝向被测止推箔片轴承11设置，冷气输送管上串联有限流阀。其它组成及连接方式与具体实施方式八相同。
如此设置，通过通入冷却空气以保证轴承充分散热。
具体实施方式十：参照图1至图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式九所述的防护组件作进一步限定，本实施方式中所述防护组件为防护罩25，防护罩25为n字型结构，防护罩25套设在高速永磁电机3的外部，防护罩25的每个支脚处安装有滑轮，底板1上与防护罩25中每个支脚对应处加工有一条沿底板1长度方向延伸的滑道，防护罩25的每个支脚对应设置在一条滑道中，且防护罩25通过滑轮与滑道配合实现与底板1滑动连接，防护罩25的两侧加工有观察口26，每个观察口26中安装有一块钢化玻璃。其它组成及连接方式与具体实施方式九相同。
本实施方式中，在本装置工作时防护罩25主要用于保护试验人员及设备的安全，测试过程中需置于所述高速永磁电机3、推力盘6、被测止推箔片轴承11、止推箔片轴承座12之上。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
工作原理：
本装置在工作时，分为以下几种流程：
流程一：当高速永磁电机3的转速增大至特定值时，被测止推箔片轴承11与推力盘6脱开，轴承间由干摩擦状态转换为流体润滑状态，此时由于存在限位装置力矩静力传感器8示数锐减，该转速即为给定轴向载荷下的起飞转速(起飞转速试验前期保证数据采集部分控制电脑的220V电源、变频器和伺服电机以及高速永磁电机3的380V电源、被测止推箔片轴承11和静压空气轴承13的气源、高速永磁电机3的冷却水源均已正常工作，被止推箔片轴承11已通过销钉安装到位，控制程序未提示错误或警报，同时防护罩25安装到位)；
注意1：起飞转速试验需保证升速速率需较低以准确捕捉起飞转速；
注意2：重复采用本流程，可获取不同轴向载荷下止推箔片轴承的起飞转速；
流程二：当被测止推箔片轴承11稳定工作时通过伺服电机和从动齿轮22逐步调整轴向载荷，前期被测止推箔片轴承11会借助冷却气源快速恢复至正常流体润滑状态，温度恢复平稳状态，当轴向载荷增加至气膜力不足以推开平箔片时轴承重新进入干摩擦状态，温度示数激增，此时该轴向载荷即给定转速下的静态极限承载力；
注意:3：静态极限承载试验需保证升速速率需较高以减少推力盘对平箔片涂层的磨损；
注意4：重复采用本流程，可获取不同转速下止推箔片轴承的静态极限承载力；
注意5：重复采用本流程，可获取止推箔片轴承的静刚度，即利用两次测试的轴向载荷改变量除以轴承位移变化量(由两只位移传感器4和5测得)；
流程三：当被测止推箔片轴承11稳定工作时利用激振器24施加动态载荷，此时动态力传感器23采集动态力信号，两只推力盘一号位移传感器4和推力盘二号位移传感器5采集动态位移信号，根据换算即可计算给定转速和轴向载荷下的轴向刚度和阻尼系数。
注意6：动态特性试验需保证升速速率需较高以减少推力盘对平箔片涂层的磨损；
注意7：重复采用本流程，可获取不同转速和轴向载荷下止推箔片轴承的轴向刚度和阻尼系数；
流程四：当被测止推箔片轴承11和激振器24稳定工作时通过伺服电机和从动齿轮22逐步调整轴向载荷，前期被测止推箔片轴承11会借助冷却气源快速恢复至正常流体润滑状态，温度恢复平稳状态，当轴向载荷增加至气膜力不足以推开平箔片时轴承重新进入干摩擦状态，温度示数激增，此时该轴向载荷即给定转速下的动态极限承载力；
注意8：动态极限承载试验需保证升速速率需较高以减少推力盘对平箔片涂层的磨损；
注意9：重复采用本流程，可获取不同转速下止推箔片轴承的动态极限承载力；
注意10：重复采用采用本流程，可获取止推箔片轴承的动刚度，即利用两次测试的轴向载荷改变量除以轴承位移变化量(由两只位移传感器4和5测得)。
Claims (6)
1.一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，其特征在于：所述测试装置包括底板(1)、驱动组件、测试组件、加载组件和防护组件；所述驱动组件和加载组件均安装在底板(1)的上表面上，且驱动组件与加载组件相对设置，测试组件设置在驱动组件和加载组件之间，且测试组件中的被测部安装在加载组件靠近驱动组件的一端上，防护组件套设在驱动组件的外侧，且防护组件与底板(1)滑动连接，防护组件可沿底板(1)的长度方向进行往复运动；
所述驱动组件包括高速永磁电机(3)和推力盘(6)，所述高速永磁电机(3)靠近底板(1)的一端设置，高速永磁电机(3)下方设有电机安装架，电机安装架与底板(1)的上表面固定连接，高速永磁电机(3)安装在电机安装架上，推力盘(6)套装在高速永磁电机(3)的电机输出轴上；
所述高速永磁电机(3)上还设有水冷管道，水冷管道与高速永磁电机(3)的电机壳体拆卸连接，水冷管道的一端通过抽液泵与外置水箱连通设置，水冷管道的一端朝向推力盘(6)设置；
所述驱动组件还包括主轴位移传感器(2)和主轴转速传感器，主轴位移传感器(2)设置在高速永磁电机(3)远离推力盘(6)的一侧，且主轴位移传感器(2)通过传感器支架与底板(1)的上表面固定连接，主轴转速传感器设置在高速永磁电机(3)靠近推力盘(6)的一侧，且主轴转速传感器通过传感器支架与底板(1)的上表面固定连接；
所述加载组件包括轴向载荷静力传感器(10)、静压气体轴承(13)、浮动轴(14)、磁轴承(15)、中间轴(16)、深沟球轴承(17)、轴承座(18)、弹簧(19)、滚珠丝杠(20)、激振杆(21)、从动齿轮(22)、动态力传感器(23)、激振器(24)、套筒(27)、套筒安装架(28)、套筒支撑架(29)、大螺母(30)、导向内套(31)、主动齿轮和伺服电机；
所述激振器(24)设置在底板(1)上表面的另一端上，且激振器(24)的下方设置有激振器安装架，激振器安装架与底板(1)的上表面拆卸连接，激振器(24)安装在激振器安装架上，激振器(24)中的激振力输出轴与高速永磁电机(3)中的输出轴相对设置，且激振器(24)中激振力输出轴的轴线与高速永磁电机(3)中输出轴的轴线共线设置，动态力传感器(23)的一端套装在激振器(24)中的激振力输出轴上，动态力传感器(23)另一端套装在激振杆(21)的一端上，激振杆(21)插设在滚珠丝杠(20)中，且激振杆(21)与滚珠丝杠(20)同轴设置，滚珠丝杠(20)插设在套筒安装架(28)上，且滚珠丝杠(20)的两端均延伸至套筒安装架(28)的外部，滚珠丝杠(20)通过轴承与套筒安装架(28)转动连接，滚珠丝杠(20)靠近激振器(24)的一端上套设有从动齿轮(22)，从动齿轮(22)通过平键与滚珠丝杠(20)固定连接，伺服电机设置在激振器(24)的一侧，且伺服电机与底板(1)的上表面固定连接，主动齿轮套装在伺服电机的输出轴上，且主动齿轮与从动齿轮(22)齿啮合设置，套筒(27)设置在套筒安装架(28)远离激振器(24)的一侧上，且套筒(27)的轴线与激振器(24)中激振力输出轴的轴线共线设置，套筒(27)的一端通过螺栓与套筒安装架(28)拆卸连接，套筒(27)内插设有导向内套(31)，导向内套(31)与套筒(27)同轴设置，导向内套(31)通过套筒(27)内壁的限位槽与套筒(27)间隙配合连接，滚珠丝杠(20)中的螺纹部插设在导向内套(31)中，且滚珠丝杠(20)的螺纹部上套设有大螺母(30)，大螺母(30)与滚珠丝杠(20)螺纹连接，大螺母(30)设置在导向内套(31)内，且滚珠丝杠(20)可带动大螺母(30)沿导向内套(31)的轴线方向在导向内套(31)中进行往复运动，导向内套(31)远离套筒安装架(28)的一端上安装有轴承座(18)，大螺母(30)与轴承座(18)之间设有弹簧(19)，弹簧(19)的一端与大螺母(30)固定连接，弹簧(19)的另一端轴承座(18)固定连接，轴承座(18)的插设有中间轴(16)，轴承座(18)与中间轴(16)之间设有深沟球轴承(17)，深沟球轴承(17)的轴承外圈与轴承座(18)固定连接，深沟球轴承(17)的轴承内圈与中间轴(16)固定连接，轴承座(18)远离套筒安装架(28)的一端上设有轴承盖，轴承盖与轴承座(18)通过螺栓拆卸连接，激振杆(21)的另一端穿过滚珠丝杠(20)并插装在中间轴(16)的一端上，中间轴(16)的另一端延伸出轴承座(18)并通过轴向载荷静力传感器(10)与浮动轴(14)的一端相连，浮动轴(14)的另一端延伸至套筒(27)的外部，浮动轴(14)与套筒(27)之间设有静压气体轴承(13)和磁轴承(15)，浮动轴(14)通过静压气体轴承(13)和磁轴承(15)与套筒(27)转动连接，磁轴承(15)靠近激振器(24)设置，静压气体轴承(13)靠近高速永磁电机(3)设置，测试组件中的被测部安装在浮动轴(14)的另一端上，套筒支撑架(29)的上部套装在套筒(27)的另一端上，套筒支撑架(29)的底部与底板(1)的上表面固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，其特征在于：所述测试组件包括推力盘二号位移传感器(5)、止推箔片轴承座(12)、转矩测试单元、两个推力盘一号位移传感器(4)和多个温度传感器(7)；所述止推箔片轴承座(12)安装在浮动轴(14)的另一端上，且止推箔片轴承座(12)的轴线与浮动轴(14)的轴线共线设置，被测止推箔片轴承(11)安装在止推箔片轴承座(12)上，推力盘二号位移传感器(5)和两个推力盘一号位移传感器(4)均设置在推力盘(6)靠近高速永磁电机(3)的一侧，推力盘二号位移传感器(5)设置在高速永磁电机(3)的正下方，且推力盘二号位移传感器(5)通过位移传感器支架与底板(1)的上表面固定连接，推力盘二号位移传感器(5)的信号接收端朝向推力盘(6)设置，两个推力盘一号位移传感器(4)均通过安装支架安装在高速永磁电机(3)的外壳上，且每个推力盘一号位移传感器(4)的信号接收端朝向推力盘(6)设置，多个温度传感器(7)沿周向等距设置在止推箔片轴承座(12)中，且温度传感器(7)的信号接收端朝向止推箔片轴承(11)设置，转矩测试单元设置在套筒(27)的一侧，且转矩测试单元通过安装支架安装在底板(1)的上表面上，套筒(27)的外侧壁上加工有测量孔，转矩测试单元的信号接收端穿过测量孔朝向浮动轴(14)设置。
3.根据权利要求2所述的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，其特征在于：所述推力盘二号位移传感器(5)与每个推力盘一号位移传感器(4)之间呈120°夹角设置。
4.根据权利要求3所述的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，其特征在于：所述转矩测试单元包括力矩静力传感器(8)和测力矩杆(9)，所述力矩静力传感器(8)通过安装支架安装在底板(1)的上表面上，测力矩杆(9)的一端与力矩静力传感器(8)的信号接收端固定连接，测力矩杆(9)的另一端穿过测量孔朝向浮动轴(14)设置。
5.根据权利要求4所述的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，其特征在于：所述止推箔片轴承座(12)的外圆面上还设有冷气输送管，冷气输送管通过嵌夹与止推箔片轴承座(12)的外圆面拆卸连接，冷气输送管的一端与冷气输送机连通设置，冷气输送管的另一端朝向被测止推箔片轴承(11)设置，冷气输送管上串联有限流阀。
6.根据权利要求5所述的一种高精度动压止推箔片轴承动静同步加载测试装置，其特征在于：所述防护组件为防护罩(25)，防护罩(25)为n字型结构，防护罩(25)套设在高速永磁电机(3)的外部，防护罩(25)的每个支脚处安装有滑轮，底板(1)上与防护罩(25)中每个支脚对应处加工有一条沿底板(1)长度方向延伸的滑道，防护罩(25)的每个支脚对应设置在一条滑道中，且防护罩(25)通过滑轮与滑道配合实现与底板(1)滑动连接，防护罩(25)的两侧加工有观察口(26)，每个观察口(26)中安装有一块钢化玻璃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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