CN115950585A - 一种动平衡测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动平衡测试装置及其测试方法，属于动平衡测试技术领域，其中装置包括螺旋锥齿轮组件和动平衡机，所述螺旋锥齿轮组件装夹在动平衡机上。本发明的螺旋锥齿轮组件能够提升主减速器螺旋锥齿轮组件承载能力和冷却效果，满足航空发动机的使用需求；本发明通过设置球轴承、圆柱滚子轴承和轴承座，此处的设置是考虑球轴承的径向承载能力较低，间隙配合即为齿轮轴提供轴向支撑，而圆柱滚子轴承的径向承载能力较高而轴向承载能力较低，通过设置两种不同的轴承，能够实现较高的径向承载能力和较高的轴向承载能力，降低了轴承的磨损，提升了轴承的运转寿命。

Description

一种动平衡测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于动平衡测试技术领域，特别涉及一种动平衡测试装置及其测试方法。

背景技术

现有技术中进行动平衡的方式主要有加重和减重两种，即先使用动平衡机测出不平衡量，再根据不平衡量确定相应位置需要增加的重量或减少的重量以达到最终的平衡状态。对于航空减速器高速螺旋锥齿轮组件来说，其工作转速通常在20000转/分以上，不平衡量带来的振动对减速器危害很大。而由于航空减速器高速锥齿轮组件上设置有对清洁度较高的零部件，如果对航空减速器高速锥齿轮组件整体使用加重和减重的方法进行动平衡，可能会引入切削碎屑等异物，导致使用寿命降低，损坏整体的机械性能。现有技术中对于航空减速器高速锥齿轮组件在保证其组成零部件满足动平衡需要后，即进行标记并组装，认为组装后的航空减速器高速锥齿轮组件即满足使用需求。

由于现有技术中仅考虑单个零部件的动平衡，没有考虑组装后的整体组件可以会由于组合和安装的因素导致不平衡，整体动平衡精度较低，不能满足直升机航空减速器的实际工作需要，还有可能造成航空减速器高速锥齿轮组件使用过程中的故障；另外现有技术中的主减速器螺旋锥齿轮组件承载能力不够，冷却效果不佳。

发明内容

针对上述问题，一种动平衡测试装置及其测试方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种动平衡测试装置，包括螺旋锥齿轮组件和动平衡机，所述螺旋锥齿轮组件装夹在动平衡机上；

所述螺旋锥齿轮组件包括第一轴承内环、齿轮轴、第二轴承、第三轴承和轴承座；

所述第一轴承内环与齿轮轴同轴设置且过盈配合；

所述第二轴承和第三轴承同轴安装在齿轮轴上；

所述第二轴承沿齿轮轴轴向与第三轴承连接；

所述轴承座设置在第二轴承和第三轴承的外环上；

所述轴承座与第二轴承过盈配合；

所述轴承座与第三轴承间隙配合；

所述齿轮轴表面开设有传动槽。

优选地，所述齿轮轴靠近第一轴承内环的一端安装有第二螺母，所述第二螺母一端面与第一轴承内环的一端面相抵；

所述第二螺母远离第一轴承内环的端面上设置有开口，所述开口内壁设置有凹槽，凹槽内安装有螺旋挡圈，所述螺旋挡圈与开口底面之间设置有止动垫圈。

优选地，所述齿轮轴为中空轴，且沿径向开设有若干第一油路；

所述第二轴承的内环开设有若干第二油路，所述第二油路用于将第一油路的润滑油导入第二轴承；

所述第三轴承的内环开设有若干第三油路，所述第三油路用于将第一油路的润滑油导入第三轴承；

所述轴承座内部开设有第四油路，所述第四油路用于将第二轴承和第三轴承的润滑油导出至回油管路。

优选地，所述第二轴承为圆柱滚子轴承，所述第三轴承为球轴承；

所述第二轴承外环端面开设有若干连接凹槽；

所述第三轴承外环端面开设有若干凸爪；

所述凸爪嵌入连接凹槽中。

优选地，所述齿轮轴远离第一轴承内环的一端安装有法兰盘；

所述法兰盘远离第一轴承内环的端面抵接有第一螺母，所述第一螺母与齿轮轴螺纹连接；

所述法兰盘远离第一螺母的一端套设在齿轮轴上；

所述法兰盘的内表面与齿轮轴的外表面之间设置有花键。

优选地，所述法兰盘的端面抵接有机械密封，所述机械密封位于轴承座与齿轮轴的间隙中；

所述机械密封远离法兰盘的一端与第三轴承相抵。

优选地，所述法兰盘远离齿轮轴的一端安装有若干紧固螺栓，所述紧固螺栓与法兰盘之间设置有平垫圈。

优选地，所述动平衡机包括活动组件、固定组件和电机，所述电机的输出轴与传动槽之间安装有皮带；

所述电机位于活动组件与固定组件之间；

所述活动组件用于固定第一轴承内环；

所述固定组件用于固定轴承座。

一种动平衡测试装置的测试方法，包括以下步骤：

构建锥齿轮组件的动平衡有限元分析模型；

基于动平衡有限元分析模型确定影响不平衡量的组装位置；

基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准。

优选地，基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准，包括以下步骤：

启动电机，通过皮带带动齿轮轴升速至目标转速，旋转匀速、示数稳定后测量锥齿轮组件的不平衡量；

若不平衡量大于20g/mm，则转动螺旋挡圈和/或法兰盘，调整螺旋挡圈和齿轮轴的相对安装角度，和/或松开第一螺母，调整法兰盘与齿轮轴的相对安装角度并拧紧第一螺母；

再次进行动平衡测试，直至锥齿轮组件的最大剩余不平衡量不超过20g/mm。

本发明的有益效果：

1、本发明的螺旋锥齿轮组件能够提升主减速器螺旋锥齿轮组件承载能力和冷却效果，满足航空发动机的使用需求；

2、本发明通过设置球轴承、圆柱滚子轴承和轴承座，此处的设置是考虑球轴承的径向承载能力较低，间隙配合即为齿轮轴提供轴向支撑，而圆柱滚子轴承的径向承载能力较高而轴向承载能力较低，通过设置两种不同的轴承，能够实现较高的径向承载能力和较高的轴向承载能力，降低了轴承的磨损，提升了轴承的运转寿命；

3、本发明的动平衡测试方法中没有采用现有技术中的加重或减重的方式，避免对整体结构运转带来影响，通过调整螺旋挡圈和输入齿轮轴、输入法兰盘与输入齿轮轴的相对安装角度，实现免加工的动平衡；

4、本发明降低了锥齿轮组件的整体不平衡量，满足实际需要，可提升航空减速器高速锥齿轮组件的运转稳定性和安全性；结合有限元分析和实物测试的方式，能够快速减少不平衡量；通过调整螺旋挡圈和输入齿轮轴、输入法兰盘与输入齿轮轴的相对安装角度，实现免加工的动平衡；两种轴承的配合使用提升了轴承的承载能力；齿轮轴环形凹槽的设置提高了油路联通的可靠性，降低了部件安装的难度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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作一简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的一种螺旋锥齿轮组件结构示意图；

图2示出了图1中A区域的放大视图；

图3示出了图1中B区域的放大视图；

图4示出了本发明的一种螺旋锥齿轮组件的动平衡测试装置的结构图。

图中：1、第一轴承内环；2、齿轮轴；201、传动槽；202、第一油路；203、环形凹槽；3、第二轴承；301、第二油路；302、连接凹槽；4、第三轴承；401、第三油路；402、凸爪；5、机械密封；6、轴承座；601、第四油路；7、法兰盘；8、花键；9、第一螺母；10、紧固螺栓；11、平垫圈；12、第二螺母；13、螺旋挡圈；14、止动垫圈；15、调节架；1501、下滚轮支架；1502、滚轮；1503、上滚轮支架；16、固定架；1601、定位支架；17、皮带；18、电机。

具体实施方式

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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

一种动平衡测试装置，包括螺旋锥齿轮组件和动平衡机，所述螺旋锥齿轮组件装夹在动平衡机上，如图1所示，螺旋锥齿轮组件包括第一轴承内环1、齿轮轴2、第二轴承3、第三轴承4和轴承座6，其中，第一轴承内环1设置在齿轮轴2一端，且与齿轮轴2过盈配合，而第二轴承3和第三轴承4同轴安装在齿轮轴2上，第二轴承3沿齿轮轴2轴向与第三轴承4连接，轴承座6设置在第二轴承3和第三轴承4的外环上，轴承座6与第二轴承3过盈配合，轴承座6与第三轴承4间隙配合，间隙一般为0.5mm，齿轮轴2表面开设有传动槽201，且传动槽201设置在第一轴承内环1与第二轴承3之间。

需要说明的是，在图1中，螺旋锥齿轮组件为回转体结构，另外，第二轴承3与轴承座6之间采用过盈配合的目的在于让第二轴承3承受径向力，轴向则基本不受力；反之，第三轴承4与轴承座6间隙配合，则用于承受轴向力，径向基本不受力；因此第二轴承3和第三轴承4配合后可以保证该组件能够在径向和轴向上都能承受较大压力，而且不易损坏。

进一步地，如图2所示，齿轮轴2靠近第一轴承内环1的一端安装有第二螺母12，第二螺母12一端面与第一轴承内环1的一端面相抵，第二螺母12远离第一轴承内环1的端面上设置有开口，开口内壁设置有凹槽，凹槽内安装有螺旋挡圈13，螺旋挡圈13与开口底面之间设置有止动垫圈14；第二螺母12用于固定第一轴承内环1，止动垫圈14的作用是防止第二螺母12松动，螺旋挡圈13进一步压紧止动垫圈14。

进一步地，齿轮轴2为中空轴，且沿径向开设有若干第一油路202，第二轴承3的内环开设有若干第二油路301，第二油路301用于将第一油路202的润滑油导入第二轴承3，第三轴承4的内环开设有若干第三油路401，第三油路401用于将第一油路202的润滑油导入第三轴承4，而且轴承座6内部开设有第四油路601，第四油路601用于将第二轴承3和第三轴承4的润滑油导出至回油管路。

需要说明的是，从图1中可知，第四油路601先沿轴承座6轴向开设油道，然后沿径向开设油道，进入第一油路202的润滑油先到达第二轴承3和第三轴承4的内环位置，然后逐渐渗入外环，由于外环附近开设有第四油路601，润滑油进入第四油路601，最后进入回油管路，实现第二轴承3和第三轴承4的充分润滑和冷却。

需要进一步说明的是，从图1中可知，第一油路202设置有多条，同时第二油路301设置有多条，并且位于内环两端，第三油路401设置有多条，位于内环中间，正好与第一油路202对应。另外，右侧两条第一油路202顶部设置有环形凹槽203，其中一个环形凹槽203位于第二轴承3与第三轴承4的连接处，其目的是让通过连接处缝隙和第二油路301的冷却油进入第二轴承3与第三轴承4，同时另外一个环形凹槽203对应第三油路401的位置。

进一步地，结合图1和图3，第二轴承3为圆柱滚子轴承，第三轴承4为球轴承，第二轴承3外环端面开设有若干连接凹槽302，第三轴承4外环端面开设有若干凸爪402，凸爪402嵌入连接凹槽302中。

需要说明的是，圆柱滚子轴承可以承受大的径向力，而球轴承可以承重大的轴向力，此处用凸爪402和连接凹槽302的结构使得第二轴承3和第三轴承4连接在一起，二者的外环不能相对转动。需要说明的是，环形凹槽203的设置能够使得圆柱滚子轴承和球轴承的内环以任意角度套装到齿轮轴2上都能保证与齿轮轴2的油路孔的联通，提高了油路联通的可靠性，降低了部件安装的难度。

进一步地，齿轮轴2远离第一轴承内环1的一端安装有法兰盘7，法兰盘7远离第一轴承内环1的端面抵接有第一螺母9，第一螺母9与齿轮轴2螺纹连接，法兰盘7远离第一螺母9的一端套设在齿轮轴2上，法兰盘7的内表面与齿轮轴2的外表面之间设置有花键8。法兰盘7的端面抵接有机械密封5，机械密封5位于轴承座6与齿轮轴2的间隙中，机械密封5远离法兰盘7的一端与第三轴承4相抵。

进一步地，法兰盘7远离齿轮轴2的一端安装有若干紧固螺栓10，紧固螺栓10与法兰盘7之间设置有平垫圈11。

需要说明的是，紧固螺栓10设置在法兰盘7上，以一个紧固螺栓10(一般为十二角螺栓)和五个平垫圈11为一组紧固件，一共设置三组，用于模拟航空减速器高速锥齿轮组件与其他部件的连接。

如图4所示，动平衡机包括活动组件、固定组件和电机18，电机18的输出轴与传动槽201之间安装有皮带17；

电机18位于活动组件与固定组件之间；

活动组件用于固定第一轴承内环1；

固定组件用于固定轴承座6。

需要说明的是，动平衡机还包括水平的底板，活动组件、固定组件和电机18都可以安装在底板上。

其中活动组件和固定组件的结构有多种实施方式，下面介绍其中一种：

如图4所示，活动组件包括调节架15、下滚轮支架1501和上滚轮支架1503，下滚轮支架1501和上滚轮支架1503均安装在调节架15上，下滚轮支架1501上设置有至少两个可转动的滚轮1502，上滚轮支架1503上设置有至少一个可转动的滚轮1502，至少三个滚轮1502固定第一轴承内环1。

需要说明的是，下滚轮支架1501和上滚轮支架1503可以设计成与调节架15相对滑动的结构，当移动到目标位置后再进行固定，这样就可以调节三个滚轮1502的相对位置，从而夹紧不同规格的第一轴承内环1，例如在下滚轮支架1501和上滚轮支架1503上开设若干通孔，然后在通孔中配合至少两个螺栓，最后通过螺栓将上滚轮支架1503和下滚轮支架1501固定在调节架15上。

固定组件包括固定架16和定位支架1601，定位支架1601安装在固定架16上，固定架16用于放置轴承座6，定位支架1601用于沿轴承座6径向抵住轴承座6。

需要说明的是，同样的定位支架1601也可以设计成相对固定架16滑动的装置，当定位支架1601滑动到目标位置后再进行固定。

一种动平衡测试方法，包括以下步骤：

构建锥齿轮组件的动平衡有限元分析模型；

基于动平衡有限元分析模型确定影响不平衡量的组装位置；

基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准。

进一步地，基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准，包括以下步骤：

启动电机18，通过皮带17带动齿轮轴2升速至目标转速，旋转匀速、示数稳定后测量锥齿轮组件的不平衡量；

若不平衡量大于20g/mm，则转动螺旋挡圈13和/或法兰盘7，调整螺旋挡圈13和齿轮轴2的相对安装角度，和/或松开第一螺母9，调整法兰盘7与齿轮轴2的相对安装角度并拧紧第一螺母9；

再次进行动平衡测试，直至锥齿轮组件的最大剩余不平衡量不超过20g/mm。

下面提供一种动平衡测试方法的实施例：

S1：构建航空主减速器螺旋锥齿轮组件的动平衡有限元分析模型，包括：

S101:获取主减速器螺旋锥齿轮组件的各零件的参数，建立有限元模型并装配各零件模型；

S2：基于动平衡有限元分析模型确定影响不平衡量的组装位置，包括：

S201：进行有限元模型动平衡仿真，从动平衡有限元分析模型的仿真结果可知，法兰盘7与齿轮轴2的组装位置、螺旋挡圈13与齿轮轴2的组装位置影响锥齿轮组件的不平衡量；

S3：基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准，包括：

S301：安装三组紧固件，每组紧固件包括一个紧固螺栓10和5个平垫圈11，对每组紧固件进行称重，要求每组之间的重量差小于0.025g；将三组紧固件分别安装在锥齿轮组件的法兰盘7的对应托板螺母上，并固定牢固；

S302：调整固定组件和活动组件之间的间距，将主减速器螺旋锥齿轮组件安装到动平衡机上，调整固定组件和活动组件的高度，使主减速器螺旋锥齿轮组件保持水平状态，然后将其在动平衡机上固定牢固；

S303：将皮带17连接在传动槽201内并绷紧，然后将平衡机的防护罩关闭；启动平衡机缓慢升速至目标转速(2000-2020转/分)，旋转匀速、示数稳定后测量航空减速器高速锥齿轮组件的不平衡量；

S304：通过对获取的不平衡量进行分析，若不平衡量大于20g/mm，根据分析结果转动螺旋挡圈13和/或法兰盘7，调整螺旋挡圈13和齿轮轴2的相对安装角度，和/或松开第一螺母9，调整法兰盘7与齿轮轴2的相对安装角度并拧紧第一螺母9，再次进行动平衡测试，使得锥齿轮组件的最大剩余不平衡量不超过20g/mm；

S305：校准结束，将航空主减速器螺旋锥齿轮组件整体从动平衡测试装置上拆装下来，可直接用于后续安装或测试。

尽管参照前述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精神和范围。

Claims (10)

1.一种动平衡测试装置，其特征在于，包括螺旋锥齿轮组件和动平衡机，所述螺旋锥齿轮组件装夹在动平衡机上；

所述螺旋锥齿轮组件包括第一轴承内环(1)、齿轮轴(2)、第二轴承(3)、第三轴承(4)和轴承座(6)；

所述第一轴承内环(1)与齿轮轴(2)同轴设置且过盈配合；

所述第二轴承(3)和第三轴承(4)同轴安装在齿轮轴(2)上；

所述第二轴承(3)沿齿轮轴(2)轴向与第三轴承(4)连接；

所述轴承座(6)设置在第二轴承(3)和第三轴承(4)的外环上；

所述轴承座(6)与第二轴承(3)过盈配合；

所述轴承座(6)与第三轴承(4)间隙配合；

所述齿轮轴(2)表面开设有传动槽(201)。

2.根据权利要求1所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述齿轮轴(2)靠近第一轴承内环(1)的一端安装有第二螺母(12)，所述第二螺母(12)一端面与第一轴承内环(1)的一端面相抵；

所述第二螺母(12)远离第一轴承内环(1)的端面上设置有开口，所述开口内壁设置有凹槽，凹槽内安装有螺旋挡圈(13)，所述螺旋挡圈(13)与开口底面之间设置有止动垫圈(14)。

3.根据权利要求2所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述齿轮轴(2)为中空轴，且沿径向开设有若干第一油路(202)；

所述第二轴承(3)的内环开设有若干第二油路(301)，所述第二油路(301)用于将第一油路(202)的润滑油导入第二轴承(3)；

所述第三轴承(4)的内环开设有若干第三油路(401)，所述第三油路(401)用于将第一油路(202)的润滑油导入第三轴承(4)；

所述轴承座(6)内部开设有第四油路(601)，所述第四油路(601)用于将第二轴承(3)和第三轴承(4)的润滑油导出至回油管路。

4.根据权利要求2所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述第二轴承(3)为圆柱滚子轴承，所述第三轴承(4)为球轴承；

所述第二轴承(3)外环端面开设有若干连接凹槽(302)；

所述第三轴承(4)外环端面开设有若干凸爪(402)；

所述凸爪(402)嵌入连接凹槽(302)中。

5.根据权利要求2-4任一所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述齿轮轴(2)远离第一轴承内环(1)的一端安装有法兰盘(7)；

所述法兰盘(7)远离第一轴承内环(1)的端面抵接有第一螺母(9)，所述第一螺母(9)与齿轮轴(2)螺纹连接；

所述法兰盘(7)远离第一螺母(9)的一端套设在齿轮轴(2)上；

所述法兰盘(7)的内表面与齿轮轴(2)的外表面之间设置有花键(8)。

6.根据权利要求5所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述法兰盘(7)的端面抵接有机械密封(5)，所述机械密封(5)位于轴承座(6)与齿轮轴(2)的间隙中；

所述机械密封(5)远离法兰盘(7)的一端与第三轴承(4)相抵。

7.根据权利要求5所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述法兰盘(7)远离齿轮轴(2)的一端安装有若干紧固螺栓(10)，所述紧固螺栓(10)与法兰盘(7)之间设置有平垫圈(11)。

8.根据权利要求7所述的一种动平衡测试装置，其特征在于，所述动平衡机包括活动组件、固定组件和电机(18)，所述电机(18)的输出轴与传动槽(201)之间安装有皮带(17)；

所述电机(18)位于活动组件与固定组件之间；

所述活动组件用于固定第一轴承内环(1)；

所述固定组件用于固定轴承座(6)。

9.根据权利要求8所述的一种动平衡测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

构建锥齿轮组件的动平衡有限元分析模型；

基于动平衡有限元分析模型确定影响不平衡量的组装位置；

基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准。

10.根据权利要求9所述的一种动平衡测试装置的测试方法，其特征在于，基于组装位置对锥齿轮组件进行动平衡校准，包括以下步骤：

启动电机(18)，通过皮带(17)带动齿轮轴(2)升速至目标转速，旋转匀速、示数稳定后测量锥齿轮组件的不平衡量；

若不平衡量大于20g/mm，则转动螺旋挡圈(13)和/或法兰盘(7)，调整螺旋挡圈(13)和齿轮轴(2)的相对安装角度，和/或松开第一螺母(9)，调整法兰盘(7)与齿轮轴(2)的相对安装角度并拧紧第一螺母(9)；

再次进行动平衡测试，直至锥齿轮组件的最大剩余不平衡量不超过20g/mm。

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