CN115290313A - 一种气悬浮超速试验机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气悬浮超速试验机及其使用方法，包括转子轴，所述转子轴外部套装有壳体，所述壳体与转子轴之间设有能够使得转子轴悬空设置的导气装置，所述导气装置包括位于转子轴环形曲面的导气筒和分别位于转子轴两个径向端面的配气环，所述壳体两端分别设有第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖将导气筒、壳体、配气环固定连接，所述转子轴安装在导气筒和配气环组成的腔室内，转子轴与配气环、导气筒之间均设有间隙。该设备具有结构简单，造价低廉，利用空气悬浮设计，不存在机械摩擦，可提升转速达10‑20万转每分钟，正式因为其空气悬浮设计，几乎无摩擦的工作环境，增加了其使用寿命。

Description

一种气悬浮超速试验机及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械设计技术领域，尤其涉及一种稳定性试验测试设备，具体是指一种气悬浮超速试验机及其使用方法。

背景技术

众所周知，目前常见的稳定性测试设备用的电动机一般最高转速可达3-4万转/分钟，为了提升转速，会搭载高速变速箱，高速变速箱具有高精度的特点，制造成本和要求较高，而且是在真空环境中使用，高速变速箱的密封性也是一个难题。

在利用熔模铸造技术高速发展的今天，一些复杂的零部件（如航空涡轮盘，压缩机闭式叶轮等）很多零部件可以采用熔模铸造技术进行制造，本类因为产品结构复杂，无法采用传统的机械加工，或者机械加工精度无法满足要求。

尤其是涉及到一些将来应用到旋转结构上的零部件，如叶轮、涡轮等零部件，其旋转稳定性更是产品性能的一个重要因素，经熔模铸造的产品为了保证其产品性能，需要对产品进行旋转稳定性测试，比如一些涡轮、叶轮等结构产品，工作环境达十几万转或几十万转每分钟，如果没有达到该转速的设备，也无法验证其稳定性，也正是因为测试设备本身转速不够，从而无法验证产品稳定性是否达到设计要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术所存在的不足之处，提供一种气悬浮超速试验机及其使用方法，该设备具有结构简单，造价低廉，结构设计巧妙合理，利用空气悬浮设计，不存在机械摩擦，可提升转速达10-20万转每分钟，正式因为其空气悬浮设计，零摩擦的工作环境，增加了其使用寿命。

另外，在导气筒和配气盘开设通孔，并按照带有毛细孔的柱塞，柱塞可更换，针对不同零部件的结构，可更换不同的转子轴，所配备的柱塞上的毛细孔孔径可有针对性的调整，使得整个设备应用范围更广。

之所以采用柱塞而不是直接在导气筒和配气盘上直接加工毛细孔，是更加方便，圆柱形的导气筒要保证每一个毛细孔中轴线都准确的穿过中轴线，是难以加工的，采用镶嵌结构更加方便加工，提高了设备整体精度，有利用实现转子轴的零摩擦设计。

本发明的技术解决方案是，提供如下一种气悬浮超速试验机，一种气悬浮超速试验机，包括转子轴，所述转子轴外部套装有壳体，所述壳体与转子轴之间设有能够使得转子轴悬空设置的导气装置，所述导气装置包括位于转子轴环形曲面的导气筒和分别位于转子轴两个径向端面的配气环，所述壳体两端分别设有第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和第二端盖将导气筒、壳体、配气环固定连接，所述转子轴安装在导气筒和配气环组成的腔室内，转子轴与配气环、导气筒之间均设有间隙。

作为优选，所述导气筒通过与壳体之间设有气路，所述气路为环形气路，所述导气筒套转在转子轴外部，所述导气筒径向设有若干个贯穿导气筒内外臂的通孔，所述通孔内设有柱塞，所述柱塞上设有轴向设置的毛细孔，所述毛细孔朝向转子轴的轴心设置，所述壳体上设有与导气筒与壳体之间气路相连通的进气口A。

作为优选，所述转子轴两端分别贯穿第一端盖和第二端盖后向外延伸，所述转子轴为阶梯轴，所述转子轴位于导气筒内的径向尺寸大于延伸至端盖外部的径向尺寸。

作为优选，所述配气环套装在转子轴的阶梯处，配气环的内侧平面与转子轴的阶梯端面平行。

作为优选，所述第一端盖和第二端盖临近导气筒的一侧均设有向内凹陷的安装槽，所述配气环安装在安装槽内。

作为优选，所述配气环上呈环形设有若干个贯穿配气环两个平面的通孔，所述通孔内设有柱塞，所述柱塞上设有轴向设置的毛细孔，所述毛细孔垂直与转子轴的阶梯端面设置。

作为优选，所述第一端盖和第二端盖上均设有与配气环上通孔连通的进气口B1和进气孔B2，所述进气口B1和进气口B2为若干个，并成环形设置。

作为优选，所述第一端盖和第二端盖临近导气筒的一侧均设有朝向导气筒一侧凸起的定位环。

作为优选，所述第二端盖侧面还设有涡形导气盘，所述涡形导气盘通过螺钉固定在第二端盖上，位于第二端盖一侧的转子轴延伸端延伸至涡形导气盘外部，并接有涡轮，所述涡形导气盘上还设有为涡轮转动提供动力的进气口C。

作为优选，所述第一端盖一侧的转子轴向外延伸形成安装测试工件的测试连接端。

采用本技术方案的有益效果：1.利用进气口A的高压空气将转子轴悬浮在导气筒中心位置，转子轴曲面与导气筒之间形成气层，无摩擦，利用进气口B1和进气口B2的高压空气将转子悬浮在两个配气环之间，并且端面间隙设有气层，无摩擦，降低摩擦是提高转速的最主要方案。

2.利用进气口C的高压空气经过涡轮导流盘的作用，将高压空气强制改变方向，且形成涡流，产生的涡流空气流动角度与涡轮作用，推动涡轮转动，加快涡轮的转速，以便提供更高的转速。

3.利用毛细孔作用在转子轴上，空气的气流在一定范围内越细，其方向性越好，若干个毛细孔流出的空气气流作用力的作用点较多，有效保证了转子轴受力更加均匀，不偏不倚，位于中心位置，防止与导流筒、配气环的接触摩擦。

4.无摩擦状态的转动提高了转速，在普通工业压缩气体压缩机的作用下，可达10-20万转/分钟，对工件的旋转稳定性验证提供保证。

附图说明

图1为一种气悬浮超速试验机的结构示意图。

图2为图1中M-M处的剖视图。

图3为图1的立体结构示意图（一）。

图4为图1的立体结构示意图（二）。

具体实施方式

为便于说明，下面结合附图，对发明的气悬浮超速试验机做详细说明。

如图1至图4中所示，一种气悬浮超速试验机，包括转子轴1，所述转子轴1外部套装有壳体2，所述壳体2与转子轴1之间设有能够使得转子轴1悬空设置的导气装置，所述导气装置包括位于转子轴1环形曲面外部的导气筒3和分别位于转子轴1两个径向端面的配气环4，起作用是就是利用导气筒3径向吹出高压空气和配气环轴向吹出高压空气，将转子轴利用高压空气的作用力位于导气筒3和配气环4组成的腔室内，使其曲面和端面均不接触，避免机械摩擦，影响转速。

所述壳体2两端分别设有第一端盖5和第二端盖6，当然，为了便于制造采用两个端盖方式，也可设计成只有一个端盖的模式，另一端的端盖与壳体设计成一体结构，也可设计成无端盖模式，将筒体做成两半模式，利用法兰盘连接等等，都是与技术方案一致的等同设计，本技术方案为了便于制造和方便安装设计为两个端面模式，本实施例也是以两个端盖模式进行说明。

所述第一端盖5和第二端盖6将导气筒3、壳体2、配气环4固定连接，转子轴1与配气环4、导气筒3之间均设有间隙，主要为了防止机械摩擦。

所述导气筒3通过与壳体2之间设有气路7，所述气路7为环形气路7，所述导气筒3套转在转子轴1外部，所述导气筒3径向设有若干个贯穿导气筒3内外臂的通孔8，所述通孔8内设有柱塞9，所述柱塞9上设有轴向设置的毛细孔10，所述毛细孔10朝向转子轴1的轴心设置，所述壳体2上设有与导气筒3与壳体2之间气路7相连通的进气口A；高压气体通过进气口A进入到环形设置的气路中，然后再通过若干个毛细孔10进入到转子轴与导气筒之间的间隙，经过环形气路的均匀配气，保证了每个位置的毛细孔的压力都相同，实质是通过毛细孔10的高压气体直接作用到转子轴上，从而实现了转子轴与导气筒之间的非接触状态，并且持续高压气体进入，始终保证分离状态，实现无机械摩擦。

所述转子轴1两端分别贯穿第一端盖5和第二端盖6后向外延伸，所述转子轴1为阶梯轴，所述转子轴1位于导气筒3内的径向尺寸大于延伸至端盖外部的径向尺寸；转子轴转动需要外力驱动，所以要延伸至外部，利用阶梯轴的结构，其中阶梯端面出通过配气环4的作用，实现了转子轴的轴向限位和非接触状态。

所述配气环4套装在转子轴1的阶梯处，配气环4的内侧平面与转子轴1的阶梯端面平行。之所以要设置平行，主要也是为了提供一个轴向推力，并且实现推力最大化，无其他方向力的分解。

所述第一端盖5和第二端盖6临近导气筒3的一侧均设有向内凹陷的安装槽11，所述配气环4安装在安装槽11内；所述配气环4上呈环形设有若干个贯穿配气环4两个平面的通孔8，所述通孔8内设有柱塞9，所述柱塞9上设有轴向设置的毛细孔10，所述毛细孔10垂直与转子轴1的阶梯端面设置；此处的毛细孔10 作用和导气筒上毛细孔作用一致，只不过作用在转子轴上的位置不一样，此处的毛细孔流出的高压气流是吹向转子轴阶梯端面，为了将转子轴轴向位于两个配气环之间，实现无机械摩擦。

为了更好的实现转子轴的居中非接触旋转，毛细孔的孔径设置为0.25mm±0.05mm，转子轴与导气筒之间的单边间隙距离为0.05mm±0.05mm，转子轴的阶梯端面与配气盘表面之间的单边距离为0.05mm±0.05mm。

所述第一端盖5和第二端盖6上均设有与配气环4上通孔8连通的进气口B1和进气孔B2，所述进气口B1和进气口B2为若干个，并成环形设置；配气管并不是设置一个环形的气路，而是在配气环上的每一个通孔均连接一个进气口B1或进气口B2，当然，进入到每一个进气口B1和进气口B2上的高压气体气压都是一致的，要保证每个毛细孔出来的气体压力一致才能保证转子轴的受力平衡。

所述第一端盖5和第二端盖6临近导气筒3的一侧均设有朝向导气筒3一侧凸起的定位环12；主要为了方便固定，便于安装时候的定位。

所述第二端盖6侧面还设有涡形导气盘13，所述涡形导气盘13通过螺钉固定在第二端盖6上，位于第二端盖6一侧的转子轴1延伸端延伸至涡形导气盘13外部，并接有涡轮14，所述涡形导气盘13上还设有为涡轮14转动提供动力的进气口C；高压气体通过进气孔C进入，因为涡形导气盘的叶片位于高压气体通道和涡轮之间，高压气体进入后会充满整改腔室，然后高压气体通过涡形导气盘的叶片对气体进行均匀分流和定向吹出，每个叶片都有角度，通过涡形导气盘的气流旋转流出，刚好吹向与设置在涡流导流盘外部的涡轮上，由于涡形导流盘是与涡轮配套零部件，加速了涡轮的转速，涡轮是安装在转子轴的延伸端上，从而带动转子轴的转动。

所述第一端盖5一侧的转子轴1向外延伸形成用于安装测试工件15的测试连接端16。涡轮带动转子轴转动，转子轴的另一端也是设有延伸部，通过安装需要测试的工件，可实现高速旋转，从而实现对工件高速状态下稳定性的测试。

一种气悬浮超速试验机的使用方法，其特征是：步骤如下：

1） 在测试连接端（16）安装待测试的测试工件（15），并用螺钉锁紧；

2） 将高压气气体（0.4MPa，流速5L/s）经过进气口A、进气口B1和进气口B2持续通入；

3） 高压气体（0.8MPa，流速30L/s）通过节流阀经过进气口C持续通入；

4）当转速达到要求时节流阀做出相应调整，即通过控制阀调节保持高压气体稳定输入，从而保证转子轴（1）转速达到平衡，当达到测试时间要求后，进气口C停止供气，转子轴（1）停止转动时，进气口A、进气口B1和进气口B2停止供气，拆卸测试工件（15）。

测试过程中工件稳定性检测还需用的测试稳定性的传感器，该传感器为目前传统测试稳定性的测试系统，该系统为现有技术，在此不在赘述其结构和工作原理，本技术方案的发明点在于如何提供一种能够提供高速旋转的气悬浮试验机，该试验机的结构是本技术方案的发明创新点，在上述实施例中，对本发明的最佳实施方式做了描述，很显然，在本发明的发明构思下，仍可做出很多变化，在此，应该说明，在本发明的发明构思下所做出的任何改变都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气悬浮超速试验机，其特征是：包括转子轴（1），所述转子轴（1）外部套装有壳体（2），所述壳体（2）与转子轴（1）之间设有能够使得转子轴（1）悬空设置的导气装置，所述导气装置包括位于转子轴（1）环形曲面外部的导气筒（3）和分别位于转子轴（1）两个径向端面的配气环（4），所述壳体（2）两端分别设有第一端盖（5）和第二端盖（6），所述第一端盖（5）和第二端盖（6）将导气筒（3）、壳体（2）、配气环（4）固定连接，所述转子轴（1）安装在导气筒（3）和配气环（4）组成的腔室内，转子轴（1）与配气环（4）、导气筒（3）之间均设有间隙。

2.根据权利要求1所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述导气筒（3）通过与壳体（2）之间设有气路（7），所述气路（7）为环形气路（7），所述导气筒（3）套转在转子轴（1）外部，所述导气筒（3）径向设有若干个贯穿导气筒（3）内外臂的通孔（8），所述通孔（8）内设有柱塞（9），所述柱塞（9）上设有轴向设置的毛细孔（10），所述毛细孔（10）朝向转子轴（1）的轴心设置，所述壳体（2）上设有与导气筒（3）与壳体（2）之间气路（7）相连通的进气口A。

3.根据权利要求2所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述转子轴（1）两端分别贯穿第一端盖（5）和第二端盖（6）后向外延伸，所述转子轴（1）为阶梯轴，所述转子轴（1）位于导气筒（3）内的径向尺寸大于延伸至端盖外部的径向尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述配气环（4）套装在转子轴（1）的阶梯处，配气环（4）的内侧平面与转子轴（1）的阶梯端面平行。

5.根据权利要求4所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述第一端盖（5）和第二端盖（6）临近导气筒（3）的一侧均设有向内凹陷的安装槽（11），所述配气环（4）安装在安装槽（11）内。

6.根据权利要求1所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述配气环（4）上呈环形设有若干个贯穿配气环（4）两个平面的通孔（8），所述通孔（8）内设有柱塞（9），所述柱塞（9）上设有轴向设置的毛细孔（10），所述毛细孔（10）垂直与转子轴（1）的阶梯端面设置。

7.根据权利要求1所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述第一端盖（5）和第二端盖（6）上均设有与配气环（4）上通孔（8）连通的进气口B1和进气孔B2，所述进气口B1和进气口B2为若干个，并成环形设置。

8.根据权利要求1所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述第一端盖（5）和第二端盖（6）临近导气筒（3）的一侧均设有朝向导气筒（3）一侧凸起的定位环（12）。

9.根据权利要求3所述的一种气悬浮超速试验机，其特征是：所述第二端盖（6）侧面还设有涡形导气盘（13），所述涡形导气盘（13）通过螺钉固定在第二端盖（6）上，位于第二端盖（6）一侧的转子轴（1）延伸端延伸至涡形导气盘（13）外部，并接有涡轮（14），所述涡形导气盘（13）上还设有为涡轮（14）转动提供动力的进气口C；所述第一端盖（5）一侧的转子轴（1）向外延伸形成用于安装测试工件（15）的测试连接端（16）。

10.一种气悬浮超速试验机的使用方法，其特征是：步骤如下：

1） 在测试连接端（16）安装待测试的测试工件（15），并用螺钉锁紧；

2） 将高压气气体（0.4MPa，流速5L/s）经过进气口A、进气口B1和进气口B2持续通入；

3） 高压气体（0.8MPa，流速30L/s）通过节流阀经过进气口C持续通入；

4）当转速达到要求时节流阀做出相应调整，即通过控制阀调节保持高压气体稳定输入，从而保证转子轴（1）转速达到平衡，当达到测试时间要求后，进气口C停止供气，转子轴（1）停止转动时，进气口A、进气口B1和进气口B2停止供气，拆卸测试工件（15）。

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