CN115962141A - 一种高速空气悬浮转子动力学实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，涉及转子动力学实验装置领域。包括转子动力学实验装置总成、进气系统、采集系统，这样的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，气体经过进气系统将动力传递至动力叶轮，动力叶轮再将动力传递至主轴，动力叶轮上设有可拆卸负载环，用于模拟不同工况下，动力叶轮的使用情况，装置上的可调负载盘通过拆卸盘上负载环来调整负载质量，来模拟不同质量下主轴的状况，再通过采集系统采集工作状态的数值，模拟在工作过程中轴承实际使用情况，解决现有技术不能很好的模拟实际工程环境振动测试的问题，可进一步对转子动力学特性和减振特性进行深入研究。

Description

一种高速空气悬浮转子动力学实验装置

技术领域

本发明涉及转子动力实验技术领域，具体而言，涉及一种高速空气悬浮转子动力学实验装置。

背景技术

空气悬浮离心鼓风机是一种全新概念鼓风机，它采用超高速直联电机、空气悬浮轴承和高精度单级离心式叶轮三大核心高端科技，开创了高效率、高性能、低噪音、低能耗风机新纪元。

中国发明专利公开号为CN104179712B中公开了一种空气悬浮离心鼓风机，但是作为实验装置不能很好的模拟实际工程环境下的振动测试问题，无法对转子动力学特性和减振特性进行深入研究。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供一种高速空气悬浮转子动力学实验装置。

本本发明的实施例是这样实现的：

一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，包括转子动力学实验装置总成、进气系统和采集系统；

上述转子动力学实验装置总成包括：主轴、平衡盘、负载环、动力叶轮、长拉杆、可调负载盘、短拉杆、壳体、动压薄片、第一径向轴承、第二径向轴承座、第一径向轴承座、第二径向轴承座、推力轴承座和轴承隔套；上述动力叶轮通过长拉杆连接在主轴左侧，上述负载环设置在动力叶轮上，上述平衡盘套设在主轴左侧，上述可调负载盘通过短拉杆连接在主轴的右端；上述第一径向轴承、第一径向轴承座、平衡盘、推力轴承座依次套设在主轴左端，上述动压薄片设置在平衡盘两侧；上述第二径向轴承和第二径向轴承座套设在主轴右端，上述第一径向轴承和第二径向轴承分别过盈配合在第一径向轴承座和第二径向轴承座内，上述主轴通过第一径向轴承和第二径向轴承套设在第一径向轴承座和第二径向轴承座内，上述第一径向轴承座和第二径向轴承座设置在轴承隔套两端，上述推力轴承座、第一径向轴承座、第二径向轴承座和轴承隔套配合设置在壳体内部；

上述进气系统包括稳压装置与增压装置，上述稳压装置与增压装置通过弯管连接；

上述采集系统包括用于采集主轴温度的温度传感器、用于采集主轴转速的转速传感器和用于采集主轴的振动频率的电涡流传感器。

在本发明的一些实施例中，上述稳压装置为环形管道，上述增压装置包括增压上盖和增压底座，上述增压上盖与增压底座螺钉连接，上述环形管道与增压底座通过弯管和直管连接，上述直管与弯管法兰连接，上述直管与弯管连接的另一端与增压底座螺纹配合连接。

在本发明的一些实施例中，上述主轴为阶梯型的实心轴。

在本发明的一些实施例中，上述动力叶轮活动套设于长拉杆上，并与主轴左侧轴头套接，上述动力叶轮的内端面与主轴的阶梯面形成环槽，上述平衡盘套设在上述环槽内。

在本发明的一些实施例中，上述长拉杆和短拉杆为镍基高温合金材质。

在本发明的一些实施例中，上述长拉杆和短拉杆与主轴螺纹连接，上述短拉杆与主轴连接的另一端设有用于紧固可调负载盘的螺母。

在本发明的一些实施例中，上述可调负载盘与主轴过盈配合。

在本发明的一些实施例中，还包括用于固定壳体支撑架和底部支撑座，上述支撑架设置在壳体两端，上述支撑架固定在上述底部支撑座上。

在本发明的一些实施例中，还包括传感器保持架和可伸缩底座，上述电涡流传感器右端与传感器保持架连接，传感器保持架底部与可伸缩底座连接。

相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，包括转子动力学实验装置总成、进气系统和采集系统；

上述转子动力学实验装置总成包括：主轴、平衡盘、负载环、动力叶轮、长拉杆、可调负载盘、短拉杆、壳体、动压薄片、第一径向轴承、第二径向轴承座、第一径向轴承座、第二径向轴承座、推力轴承座和轴承隔套；上述动力叶轮通过长拉杆连接在主轴左侧，上述负载环设置在动力叶轮上，上述平衡盘套设在主轴左侧，上述可调负载盘通过短拉杆连接在主轴的右端；上述第一径向轴承、第一径向轴承座、平衡盘、推力轴承座依次套设在主轴左端，上述动压薄片设置在平衡盘两侧；上述第二径向轴承和第二径向轴承座套设在主轴右端，上述第一径向轴承和第二径向轴承分别过盈配合在第一径向轴承座和第二径向轴承座内，上述主轴通过第一径向轴承和第二径向轴承套设在第一径向轴承座和第二径向轴承座内，上述第一径向轴承座和第二径向轴承座设置在轴承隔套两端，上述推力轴承座、第一径向轴承座、第二径向轴承座和轴承隔套配合设置在壳体内部；

上述进气系统包括稳压装置与增压装置，上述稳压装置与增压装置通过弯管连接；

上述采集系统包括用于采集主轴温度的温度传感器、用于采集主轴转速的转速传感器和用于采集主轴的振动频率的电涡流传感器。

这样的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，气体经过稳压装置与增压装置将动力传递至动力叶轮，此时动力叶轮将将动力传递至主轴，动力叶轮上设有可拆卸负载环，来模拟不同工况下，动力叶轮的使用情况，可调负载盘通过拆卸盘上负载环来调整负载质量，来模拟不同质量下主轴的状况，再通过数据采集卡读取温度传感器、加速度传感器和电涡流传感器的数值，能模拟在工作过程中轴承实际使用情况，因而在测试轴承动态和静态特性也更加符合实际情况，解决现有技术不能很好的模拟实际工程环境振动测试的问题，可进一步对转子动力学特性和减振特性进行深入研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明一种高速空气悬浮转子动力学实验装置一实施例高速空气悬浮转子动力学实验装置立体结构示意图；

图2为本发明一种高速空气悬浮转子动力学实验装置一实施例高速空气悬浮转子动力学实验装置传动机构结构剖视示意图；

图3为本发明一种高速空气悬浮转子动力学实验装置一实施例高速空气悬浮转子动力学实验装置增压系统剖视示意图；

图4为图2中的A处放大图。

图标：1、主轴；2、平衡盘；3、负载环；4、动力叶轮；5、长拉杆；6、可调负载盘；7、短拉杆；8、壳体；9、动压薄片轴承；10、第一径向轴承；11、第二径向轴承；12、第一径向轴承座；13、第二径向轴承座；14、推力轴承座；15、轴承隔套；16、温度传感器；17、速度传感器；18、电涡流传感器；19、弯管；20、环形管道；21、增压上盖；22、增压底座；23、直管；24、法兰盘；25、螺母；26、支撑架；27、底部支撑座；28、传感器保持架；29、可伸缩底座、30、锥形孔；31、梯形块。

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、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例

请参照图1、图2和图4，本发明实施例提供一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其包括转子动力学实验装置总成、进气系统和采集系统；

上述转子动力学实验装置总成包括：主轴1、平衡盘2、负载环3、动力叶轮4、长拉杆5、可调负载盘6、短拉杆7、壳体8、动压箔片轴承9、第一径向轴承10、第二径向轴承11座、第一径向轴承座12、第二径向轴承座13、推力轴承座14和轴承隔套15；上述动力叶轮4通过长拉杆5连接在主轴1左侧，上述负载环3设置在动力叶轮4上，上述平衡盘2套设在主轴1左侧，上述可调负载盘6通过短拉杆7连接在主轴1的右端；上述第一径向轴承10、第一径向轴承10座、平衡盘2、推力轴承座14依次套设在主轴1左端，上述动压薄片9设置在平衡盘2两侧；上述第二径向轴承11和第二径向轴承11座套设在主轴1右端，上述第一径向轴承10和第二径向轴承11分别过盈配合在第一径向轴承座12和第二径向轴承座内13，上述主轴1通过第一径向轴承10和第二径向轴承11套设在第一径向轴承座12和第二径向轴承座13内，上述第一径向轴承座12和第二径向轴承座13设置在轴承隔套15两端，上述推力轴承座14、第一径向轴承座12、第二径向轴承座13和轴承隔套15配合设置在壳体8内部；

上述进气系统包括稳压装置与增压装置，上述稳压装置与增压装置通过弯管19连接；

上述采集系统包括用于采集主轴1温度的温度传感器16、用于采集主轴1转速的速度传感器17和用于采集主轴1的振动频率的电涡流传感器18。

这样的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，气体经过稳压装置与增压装置将动力传递至动力叶轮4，此时动力叶轮4将将动力传递至主轴1，动力叶轮4上设有可拆卸负载环3，来模拟不同工况下，动力叶轮4的使用情况，可调负载盘6通过拆卸盘上负载环3来调整负载质量，来模拟不同质量下主轴1的状况，再通过数据采集卡读取温度传感器16、速度传感器17和电涡流传感器18的数值，经换算后可得到相应的物理量实际值，可得到较优试验组合，为之后产品的研发打下基础。在平衡盘2跟随主轴1转动时，平衡盘2两侧气体的压差产生的轴向推力来抵消转子轴向力，避免工作时主轴1的来回窜动，并且还设有动压箔片轴承9，在主轴1与动压箔片轴承9之间形成了一个高压空气膜从而使主轴1被托浮起来，节省了能耗。

请参照图1，在本发明的一些实施例中，上述稳压装置为环形管道20，上述增压装置包括增压上盖21和增压底座22，上述增压上盖21与增压底座22螺钉连接，上述环形管道20与增压底座22通过弯管19和直管23连接，上述直管23与弯管19法兰连接，上述直管23与弯管19连接的另一端与增压底座22螺纹配合连接。

空压机将空气从环形管道20顶端气孔输入，气体在环形管道20内稳压过后，均匀的从四个弯管19进入增压底座22，气体再通过增压上盖21上的多个均匀分布的锥形孔30，使气体增压作用在动力叶轮4上，从而气体吹动动力叶轮4使动力叶轮4旋转转动，为主轴1提供动力。这里增压上盖21弯管19与直管23通过法兰配合连接，可以达到连接管道并保持管道密封性能，便于某段管路的封闭和管道的更换，还便于拆开检查管道情况，所以此处优选法兰连接。上述直管23与弯管19法兰连接的另一端与增压底座22螺纹配合连接，增压上盖21与增压底座22通过螺钉配合连接形成一个环形空间，输入的气体在此环形空间被压缩进而起到增压的作用。

请参照图3，在本发明的一些实施例中，上述增压底座22上设有多个突起的梯形块31，梯形块31与壳体8螺丝配合连接。

考虑到增压底座22需配合连接到壳体8上，这里优选在增压底座22上设有多个突起的梯形块31，梯形块31与壳体8螺丝配合连接。这样这样设置的目的在于，可通过梯形块31间的间隙，可以观测工作状态，并且也便于可拆卸负载环3的安装和拆卸。

在本发明的一些实施例中，上述主轴1为阶梯型的实心轴。

这样设置在于，主轴1设为空心轴体，可以达到减少转轴的自重，提高其使用效果，还可以节省材料，以及降低制造费用和成本。

请参照图4，在本发明的一些实施例中，上述动力叶轮4与主轴1左侧轴头套接。

上述动力叶轮4与主轴1左侧轴头套接，是考虑到叶轮在高速转动时，此连接方式更为牢靠，不易脱落。这里连接方式也可设为螺纹连接或卡扣连接，到达稳定连接即可。

在本发明的一些实施例中，上述长拉杆5和短拉杆7为镍基高温合金材质。

考虑到长拉杆5和短拉杆7跟随主轴1高速转动时，会产生较高的温度，上以这里将长拉杆5和短拉杆7设为镍基高温合金的材质。

请参照图2，在本发明的一些实施例中，上述长拉杆5和短拉杆7与主轴1螺纹连接。

考虑到长拉杆5和短拉杆7与主轴1连接能更稳固，这里优选长拉杆5和短拉杆7与主轴1螺纹连接，螺纹连接相比其他连接方式更加牢固，并且螺纹连接也更适合机械元件间的连接。

请参照图1，本发明的一些实施例中，上述可调负载盘6与主轴1过盈配合，上述短拉杆7与主轴1连接的另一端设有用于紧固可调负载盘6的螺母25。

考虑到可调负载盘6在高速旋转过程中，由于旋转离心力的作用，可能会使可调负载盘6脱落，为了紧固可调负载盘6，因此这里设置可调负载盘6与主轴1过盈配合，并且短拉杆7上还设有用于紧固可调负载盘6的螺母25，避免了可调负载盘6脱落的可能。

请参照图1，在本发明的一些实施例中，还包括用于固定壳体8支撑架26和底部支撑座27，上述支撑架26设置在壳体8两端，上述支撑架26固定在上述底部支撑座27上。

壳体8通过支撑架26固定在底部支撑座27上，使保证其高速旋转的状态下，大大提高了主体的稳定性，支撑架26固定在底部支撑座27上，用于支撑壳体8和支撑架26，便于观测该高速空气悬浮转子动力学实验装置的工作状态。

请参照图1，在本发明的一些实施例中，还包括传感器保持架28和可伸缩底座29，上述电涡流传感器18右端与传感器保持架28连接，传感器保持架28底部与可伸缩底座29连接。

考虑到电涡流传感器18需在水平和竖直方向分别进行测量，所以设置传感器保持架28与电涡流传感器18相连，传感器保持架28底部与可伸缩底座29使用螺纹配合，可伸缩底座29可随着电涡流传感器18的振动而下降和上升，避免由于主轴1的振动而损坏电涡流传感器18。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，包括转子动力学实验装置总成、进气系统和采集系统；

所述转子动力学实验装置总成包括：主轴(1)、平衡盘(2)、负载环(3)、动力叶轮(4)、长拉杆(5)、可调负载盘(6)、短拉杆(7)、壳体(8)、动压箔片轴承(9)、第一径向轴承(10)、第二径向轴承座(11)、第一径向轴承座(12)、第二径向轴承座(13)、推力轴承座(14)和轴承隔套(15)；所述动力叶轮(4)通过长拉杆(5)连接在主轴(1)左侧，所述负载环(3)设置在动力叶轮(4)上，所述平衡盘(2)套设在主轴(1)左侧，所述可调负载盘(6)通过短拉杆(7)连接在主轴(1)的右端；所述第一径向轴承(10)、第一径向轴承座(11)、平衡盘(2)、推力轴承座(14)依次套设在主轴(1)左端，所述动压箔片轴承(9)设置在平衡盘(2)两侧；所述第二径向轴承(11)和第二径向轴承座(13)套设在主轴(1)右端，所述第一径向轴承(10)和第二径向轴承(11)分别过盈配合在第一径向轴承座(12)和第二径向轴承座(13)内，所述主轴(1)通过第一径向轴承(10)和第二径向轴承(11)套设在第一径向轴承座(12)和第二径向轴承座(13)内，所述第一径向轴承座(12)和第二径向轴承座(13)设置在轴承隔套(15)两端，所述推力轴承座(14)、第一径向轴承座(12)、第二径向轴承座(13)和轴承隔套(15)配合设置在壳体(8)内部；

所述进气系统包括稳压装置与增压装置，所述稳压装置与增压装置通过弯管(19)连接；

所述采集系统包括用于采集主轴温度的温度传感器(16)、用于采集主轴转速的转速传感器(17)和用于采集主轴的振动频率的电涡流传感器(18)。

2.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，所述稳压装置为环形管道(20)，所述增压装置包括增压上盖(21)和增压底座(22)，所述增压上盖(21)与增压底座(22)螺钉连接，所述环形管道(20)与增压底座(22)通过弯管(19)和直管(23)连接，所述直管(23)与弯管(19)法兰连接，所述直管(23)与弯管(19)连接的另一端与增压底座(22)螺纹配合连接。

3.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，所述主轴(1)为空心轴。

4.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，所述动力叶轮(4)活动套设于长拉杆(5)上，并与主轴(1)左侧轴头套接，所述动力叶轮(4)的内端面与主轴(1)的阶梯面形成环槽，所述平衡盘(2)套设在所述环槽内。

5.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，所述长拉杆(5)和短拉杆(7)为镍基高温合金材质。

6.据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，所述长拉杆(5)和短拉杆(7)与主轴(1)螺纹连接，所述短拉杆(7)与主轴(1)连接的另一端设有用于紧固可调负载盘(6)的螺母(25)。

7.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，所述可调负载盘(6)与主轴(1)过盈配合。

8.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，还包括用于固定壳体支撑架(26)和底部支撑座(27)，所述支撑架(26)设置在壳体(11)两端，所述支撑架(26)固定在所述底部支撑座(27)上。

9.根据权利要求1所述的一种高速空气悬浮转子动力学实验装置，其特征在于，还包括传感器保持架(28)和可伸缩底座(29)，所述电涡流传感器(18)右端与传感器保持架(28)连接，传感器保持架(18)底部与可伸缩底座(29)连接。

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