CN204359529U - 一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于力载荷加载技术，具体涉及一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置。一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置包括径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置及共用主轴。其中，径向力载荷加载装置通过径向加载轴承将径向力载荷传递到主轴，径向加载轴承安装在主轴中间，共用主轴将径向力载荷施加到试验轴承，试验轴承安装在主轴右边；轴向力载荷加载装置将轴向力载荷直接施加到试验轴承上。本实用新型有效提高了力载荷的加载精度，实现了对力载荷的动态控制与监测，且结构简单，零件加工要求不高，安装维护方便。

Description

一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置

技术领域

本实用新型属于力载荷加载技术，具体涉及一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置。

背景技术

随着航空发动机向着高速、大推重比方向的发展，其主轴轴承的工作条件随之越来越苛刻。鉴于航空技术的专业特点，要求每一批次轴承均要完成相关试验考核后方可装机。航空环境下，轴承的力载荷情况十分复杂，如何准确施加力载荷成为制约航空轴承试验的一个技术瓶颈，力载荷的加载精度作为考核试验的关键技术指标之一，保证力载荷的加载精度，方能保证轴承考核试验的有效性。

航空轴承的力载荷加载方法按力载荷来源分主要有机械加载、电加载、液压加载三种。机械加载相对于电加载和液压加载方式，具有结构尺寸大，加载精度低的缺点；电加载方式的缺点在于此种加载方式存在可靠性差、噪声大、振动大和试验转速受限制等缺陷；液压加载通过使用液压泵将机械能转化为压力，推动加载油，通过控制阀组改变液压油的流向及油压，从而推动液压缸做出不同的行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要，具有响应快、控制精度高的特点。

液压加载方式按结构可分为活塞式加载和膜片式加载两种。其区别在于，前者拥有一个油缸，加载面两边均有油压作用，通过改变油压和流向，调节作用于受力面的力大小，加载油提供给受力面两边的差值，即为输出力载荷，这种方式加载精度高，可以提供双向力载荷，但结构复杂，成本较高；膜片式加载方式中，加载油仅在一个方向对加载面作用，利用弹性膜片将力载荷传递于加载面，通过改变油压及加载面积调节力载荷，膜片式结构相对于活塞式结构，加载精度较低，但成本相对也低，经过改进，膜片式加载方式也能达到较高精度。

专利CN201320454662.7提出了一种滚动轴承的力载荷加载装置，能够保证一定的加载精度，但存在着以下缺陷：

1)加载杆与加载套之间通过一个铰结构连接，安装过程中操作困难；

2)未能解决液压加载方式的边缘效应问题；

3)传感器获取的力载荷的信号仅作为监测、采集之用，实际控制的参数是供油压力，保证的是油压的精度，而供油压力与力载荷存在非线性关系。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供了一种用于航空轴承试验器的加载装置，以有效解决现有试验器其力载荷动态加载精度低的问题。

本实用新型的技术方案是：一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置及共用主轴，其中，径向力载荷加载装置通过径向加载轴承将径向力载荷传递到主轴，径向加载轴承安装在主轴中间，径向力载荷通过主轴施加到试验轴承，试验轴承安装在主轴右边；轴向力载荷加载装置将轴向力载荷直接施加到试验轴承上。

所述径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置均包括加载缸体、加载膜片、加载调节面、加载输入杆、加载输出杆、预紧弹簧、拉压力传感器、力输入调节块、力输出调节块，其中，加载缸体通过孔与加载供油管相通，所述加载膜片位于加载缸体与圆盘结构的加载调节板之间，三者通过周向螺栓连接到加载基体上，所述加载调节面位于加载调节板的圆孔内，上接加载膜片，下接加载输入杆，所述加载输入杆外套有预紧弹簧，预紧弹簧两端分别压在加载基体和加载输入杆上；所述加载输入杆压在力输入调节块上，所述拉压力传感器两端分别与力输入调节块、力输出调节块连接，所述加载输出杆上端与力输出调节块连接，下端以球头结构压在加载套，所述加载基体下端通过螺栓与试验器上端盖连接。

给径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置提供驱动信号的工控机同时连接径向油压调节阀预轴向油压调节阀。径向油压调节阀连接径向加载油缸，径向加载油缸连接径向加载杆组件，再经过径向拉压力传感器连接到径向加载轴承，径向加载轴承利用共用主轴将径向力载荷施加到试验轴承上；轴向油压调节阀连接轴向加载油缸，轴向加载油缸连接轴向加载杆组件，轴向加载杆组件将轴向力载荷直接施加到试验轴承，轴向加载杆组件中串连有一个轴向拉压力传感器。

所述径向加载输入杆、轴向加载杆外侧安装有径向加载预紧弹簧、轴向加载预紧弹簧，预紧弹簧一端与力载荷输入杆压紧，另一端与加载基体固定件压紧。

所述径向加载输入杆、径向加载输出杆、轴向加载输入、轴向加载输出杆四种部件的输出端均采用球头结构。

所述径向加载套与径向加载输出杆接触点处为平面，轴向加载套与轴向加载输出杆接触点处为凸台。

本实用新型的有益效果是：

1)由于本实用新型直接采用力载荷进行闭环控制，克服了液压加载方式利用液压油压力作为控制参数而普遍存在的边缘效应，提升了轴承力载荷的控制精度。

2)通过预紧弹簧向加载杆施加预紧力，保证施加在轴承上的力载荷为液压油压力与弹簧力的差值，通过改变弹簧力大小，可以保障油压调节阀在线性工作区工作，减小力载荷误差，提高加载精度。

3)本实用新型通过直接由力载荷反馈，操作时方便对力载荷实施动态控制与监测。

4)本实用新型结构简单，零件加工要求不高，且安装维护方便，成本低。

附图说明

图1是本实用新型用于航空轴承试验器的力载荷加载装置的结构示意图；

图2力载荷闭环控制示意图；

其中，1-试验器上端盖、2-径向加载基体、3-径向加载调节板、4-径向加载膜片、5-径向加载缸体、6-径向加载调节面、7-径向加载供油管、8-径向预紧弹簧、9-径向加载输入杆、10-径向力输入调节块、11-径向拉压力传感器、12-径向力输出调节块、13-径向加载输出杆、14-径向加载套、15-轴向端盖、16-轴向加载基体、17-轴向加载调节板、18-轴向加载供油管、19-轴向加载缸体、20-轴向加载膜片、21-轴向加载调节面、22-轴向预紧弹簧、23-轴向加载输入杆、24-轴向力输入调节块、25-轴向拉压力传感器、26-轴向力输出调节块、27-轴向加载输出杆、28-轴向加载套、29-试验轴承、30-径向加载轴承、31-共用主轴、32-工控机、33-径向油压调节阀、34-径向加载油缸、35-径向加载杆组件、36-轴向油压调节阀、37-轴向加载油缸、38-轴向加载杆组件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

参考图1，其是本实用新型用于航空轴承试验器的力载荷加载装置的结构示意图，其包括径向加载装置、轴向加载装置，采用分散控制方法，径向加载装置与轴向加载装置共用一个主轴，控制单元由一台共用的工控机承担。鉴于两个加载装置的相似性，以下着重介绍径向加载装置。

参考图1，所述径向加载装置包括有径向加载基体2、径向加载调节板3、径向加载膜片4、径向加载缸体5、径向加载调节面6、径向加载供油管7、径向预紧弹簧8、径向加载输入杆9、径向力输入调节块10、径向拉压力传感器11、径向力输出调节块12、径向加载输出杆13、径向加载套14。所述径向加载缸体5为圆盘结构圆形表面中间成凹形空间，凹形空间通过孔与径向加载供油管7相通。所述径向加载调节板3，在一圆盘结构中心开圆孔得到。所述径向加载膜片4位于径向加载缸体5与径向加载调节板3之间，三者通过周向螺栓连接到径向加载基体2。所述径向加载调节面6位于径向加载调节板3的圆孔内，上接径向加载膜片4，下接径向加载输入杆9。所述径向加载输入杆9外套有径向预紧弹簧8，径向预紧弹簧8两端分别压在径向加载基体2和径向加载输入杆9上；所述径向加载输入杆9压在径向力输入调节块10上。所述径向拉压力传感器11两端分别与径向力输入调节块10、径向力输出调节块12通过螺纹连接。所述径向加载输出杆13上端与径向力输出调节块12通过螺纹连接，下端以球头结构压在径向加载套14。所述径向加载基体2下端通过周向分布螺栓与试验器上端盖1连接。

工作中，径向加载供油管7将液压油通入径向加载缸体5的凹形空间，液压油压迫径向加载膜片4推动径向加载调节面6，径向加载调节面6将压力传递至径向加载输入杆9，与径向预紧弹簧8作用后，输出向下的径向力载荷F_r，其大小按公式：

F_r＝F_pr-F_sr

式中：F_pr为径向加载油提供的力；F_sr为径向预紧弹簧提供的预紧力。

径向力输入调节块10将径向力载荷F_r通过球头传给径向拉压力传感器11，最终到达径向加载套14。过程中，径向拉压力传感器11将信号传入闭环控制系统，运算后调节径向供油油压。参考图2，径向加载装置与轴向加载装置的控制闭环相互独立，仅共用控制单元。径向加载装置中，控制单元由工控机32承担，采用模糊PID算法，控制信号驱动油压调节阀33，油压调节阀通过径向加载油缸34(包含加载基体2、径向加载调节板3、径向加载膜片4、径向加载缸体5、径向加载供油管6、径向加载调节面7)驱动径向加载杆组件35(包含径向加载输入杆9、径向力输入调节块10、径向拉压力传感器11、径向力输出调节块12、径向加载输出杆13)，最终将力载荷传递到试验轴承29。

参考图1，所述轴向加载装置包括有轴向加载基体16、轴向加载调节板17、轴向加载供油管18、轴向加载缸体19、轴向加载膜片20、轴向加载调节面21、轴向预紧弹簧22、轴向加载输入杆23、轴向力输入调节块24、轴向拉压力传感器25、轴向力输出调节块26、轴向加载输出杆27、轴向加载套28。所述轴向加载缸体19为圆盘结构圆形表面中间成凹形空间，凹形空间通过孔与轴向加载供油管18相通。所述轴向加载调节板17，在一圆盘结构中心开圆孔得到。所述轴向加载膜片20位于轴向加载缸体19与轴向加载调节板17之间，三者通过周向螺栓连接到轴向加载基体16。所述轴向加载调节面21位于轴向加载调节板17的圆孔内，上接轴向加载膜片20，下接轴向加载输入杆23。所述轴向加载输入杆23外套有轴向预紧弹簧22，轴向预紧弹簧22两端分别压在轴向加载基体16和轴向加载输入杆23上；所述轴向加载输入杆23压在轴向力输入调节块24上。所述轴向拉压力传感器25两端分别与轴向力输入调节块24、轴向力输出调节块26通过螺纹连接。所述轴向加载输出杆27上端与轴向力输出调节块26通过螺纹连接，下端以球头结构压在轴向加载套28。所述轴向加载基体16与轴向端盖15通过周向分布螺栓连接。

所述轴向加载装置工作原理与径向加载装置类似，轴向力输入调节块24将轴向力载荷通过球头传给轴向拉压力传感器25，最终到达轴向加载套28，实现对试验轴承29的轴向力载荷加载；轴向加载装置与径向加载装置的主要区别在于：径向加载装置需要借助径向加载轴承30来将径向力载荷传递到共用主轴31，最终将径向力载荷施加到试验轴承29，而轴向加载装置通过轴向加载套28将轴向力载荷直接施加到试验轴承29，因此，轴向加载装置相对于径向加载装置结构更为简单。

Claims (6)

1.一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其特征包括，径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置及共用主轴，其中，径向力载荷加载装置通过径向加载轴承将径向力载荷传递到主轴，径向加载轴承安装在主轴中间，径向力载荷通过主轴施加到试验轴承，试验轴承安装在主轴右边；轴向力载荷加载装置将轴向力载荷直接施加到试验轴承上。

2.根据权利要求1所述的一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其特征在于，所述径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置均包括加载缸体、加载膜片、加载调节面、加载输入杆、加载输出杆、预紧弹簧、拉压力传感器、力输入调节块、力输出调节块，其中，加载缸体通过孔与加载供油管相通，所述加载膜片位于加载缸体与圆盘结构的加载调节板之间，三者通过周向螺栓连接到加载基体上，所述加载调节面位于加载调节板的圆孔内，上接加载膜片，下接加载输入杆，所述加载输入杆外套有预紧弹簧，预紧弹簧两端分别压在加载基体和加载输入杆上；所述加载输入杆压在力输入调节块上，所述拉压力传感器两端分别与力输入调节块、力输出调节块连接，所述加载输出杆上端与力输出调节块连接，下端以球头结构压在加载套，所述加载基体下端通过螺栓与试验器上端盖连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其特征在于，给径向力载荷加载装置和轴向力载荷加载装置提供 驱动信号的工控机连接油压调节阀，油压调节阀连接加载油缸，加载油缸连接加载杆组件,其中，径向加载装置中，径向加载杆组件中串连一个径向拉压力传感器以实时测量径向力载荷的数值，径向加载杆组件通过径向加载套将径向力载荷传递到径向加载轴承，径向加载轴承安装在共用主轴中间，径向加载轴承利用共用主轴将径向力载荷最终施加到试验轴承上；轴向加载装置中，径向加载杆组件中串连一个轴向拉压力传感器以实时测量轴向力载荷的数值，轴向加载杆组件将轴向力载荷直接施加于试验轴承。

4.根据权利要求2所述的一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其特征在于，所述径向加载输入杆、轴向加载杆外侧安装有径向加载预紧弹簧、轴向加载预紧弹簧，预紧弹簧一端与力载荷输入杆压紧，另一端与加载基体固定件压紧。

5.根据权利要求4所述的一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其特征在于，所述径向加载输入杆、径向加载输出杆、轴向加载输入、轴向加载输出杆四种部件的输出端均采用球头结构。

6.根据权利要求5所述的一种用于航空轴承试验器的力载荷加载装置，其特征在于，所述径向加载套与径向加载输出杆接触点处为平面，轴向加载套与轴向加载输出杆接触点处为凸台。