高速軸承加載試驗設備的製作方法
2024-04-14 00:07:05
1.本發明涉及軸承檢測技術領域，特別地，涉及一種高速軸承加載試驗設備。
背景技術：
2.隨著我國對航空發動機技術的不斷自主研發，對高速水力測功器的需求越來越迫切，高速水力測功器作為航空發動機的動力加載設備，其旋轉軸承需在超高速及超高載荷工況下工作，導致旋轉軸承磨損快、振動大、使用壽命短，成為高速水力測功器設備的易耗品，嚴重製約著高速水力測功器的整機壽命提升。
3.然而，由於國內缺少滿足上述工況要求的高速軸承，並且滿足上述工況要求的軸承存在交貨周期長、價格昂貴等風險，且存在交貨的不確定性，導致高速水力測功器愈加稀有。對此，為了加快高速軸承的自主研發精度，確保高速軸承的可靠有效，保證高速軸承的性能滿足要求，亟需設計一種能夠模擬高速水力測功器加載工況的高速軸承加載試驗設備。
技術實現要素：
4.本發明提供了一種高速軸承加載試驗設備，以解決現有軸承加載試驗裝置無法模擬高速水力測功器加載工況的技術問題。
5.一種高速軸承加載試驗設備，包括：
6.動力裝置，包括沿水平方向設置的主軸和與所述主軸的第一端連接並用於驅動所述主軸轉動的驅動機構，所述主軸沿其軸向間隔設有多個用於安裝待測軸承的軸承安裝位；
7.支撐裝置，包括設於所述軸承安裝位的外周並用於支撐所述待測軸承的軸承座；
8.加載裝置，設於相鄰兩個軸承安裝位之間並用於沿所述主軸的徑向朝向所述主軸施加載荷；
9.檢測裝置，包括分別與所述軸承座連接的軸向振動檢測組件、豎向振動檢測組件和橫向振動檢測組件，所述軸向振動檢測組件的檢測方向沿所述主軸的軸向設置，所述豎向振動檢測組件的檢測方向沿豎直方向設置，所述橫向振動檢測組件的檢測方向沿水平方向設置且相對於所述主軸垂直。
10.優選地，所述加載裝置包括抵靠所述主軸的傳力機構，以及均用於對所述傳力機構施加載荷的第一加載機構和第二加載機構，所述第一加載機構的加載量採用無級調節，所述第二加載機構的加載量採用有級調節。
11.優選地，所述第一加載機構包括承力座、第一傳力杆、調力螺母和彈性元件；
12.所述承力座安裝於所述軸承座上，所述承力座上的遠離所述軸承座的一端開設有避讓孔；
13.所述第一傳力杆的第一端穿設於所述避讓孔中並用於沿所述避讓孔軸向移動，所述第一傳力杆的第二端與所述傳力機構連接；
14.所述調力螺母套設於所述第一傳力杆的第一端和第二端之間並與所述第一傳力杆螺紋連接；
15.所述彈性元件套設於所述第一傳力杆上，所述彈性元件彈壓於所述承力座和所述調力螺母之間並用於對所述調力螺母施加沿朝向所述傳力機構的方向的彈力。
16.優選地，所述第一傳力杆沿豎直方向設置，所述第二加載機構包括與所述第一傳力杆的第一端連接的第二傳力杆，所述第二傳力杆上設有用於堆疊砝碼的加載盤。
17.優選地，所述傳力機構包括傳力架、襯套和支撐軸承；
18.所述傳力架用於與所述第一加載機構和/或第二加載機構連接；
19.所述襯套套設於所述主軸上，所述襯套沿其軸向的兩端均設有限位凸緣，所述限位凸緣用於抵接所述待測軸承的軸向端面並對所述待測軸承進行軸向限位；
20.所述支撐軸承可轉動地安裝於所述傳力架上，所述支撐軸承的外周抵接所述襯套並用於在所述襯套被所述主軸帶動轉動時沿所述襯套的外周滾動。
21.優選地，所述加載裝置還包括載荷檢測機構，所述載荷檢測機構的第一端與所述傳力機構連接，所述載荷檢測機構的第二端與所述第一加載機構和/或所述第二加載機構連接，所述載荷檢測機構用於檢測所述第一加載機構和所述第二加載機構對所述傳力機構施加的載荷值。
22.優選地，所述支撐裝置還包括設於所述軸承座的端面並用於封堵所述軸承座的軸承蓋、設於所述軸承蓋和所述軸承安裝位之間並用於抵接所述待測軸承的預緊座，以及沿所述預緊座的周向布設的多個預緊彈簧，所述預緊彈簧彈壓於所述預緊座和所述軸承蓋之間。
23.進一步地，所述軸承座內設有滑油腔，以及分別與所述滑油腔連通的進油通道和回油通道，所述滑油腔環繞所述軸承安裝位設置，所述進油通道設於所述滑油腔的頂端，所述回油通道設於所述滑油腔的底端。
24.進一步地，所述檢測裝置還包括與所述滑油腔連接的滑油檢測組件，所述滑油檢測組件用於檢測所述滑油腔內的滑油的油量、油壓和/或油溫。
25.進一步地，所述檢測裝置還包括與所述主軸的第二端同軸連接的測速齒輪和架設於所述測速齒輪的一側的測速傳感器，所述測速傳感器朝向所述測速齒輪設置並用於檢測所述測速齒輪的轉速。
26.本發明具有以下有益效果：
27.本發明提供的高速軸承加載試驗設備通過驅動機構驅動主軸高速轉動，並通過加載裝置沿主軸的徑向對主軸施加載荷，從而能夠分別控制主軸上的待測軸承的轉速及其負載，模擬高速軸承的高速、高載荷工況，再通過檢測裝置分別檢測待測軸承的軸向振動、豎向振動和橫向振動數據，綜合判斷待測軸承在高速、高載荷工況下運行一段時候後的磨損情況，進而判斷待測軸承的性能參數及其使用壽命，為高速水力測功器的軸承設計提供有效的數據支撐。其次，由於加載裝置設於相鄰兩個軸承安裝位之間，不僅能夠同時對多個待測軸承施加載荷，同時實現多個待測軸承的加載試驗，提升試驗效率，還能利用相鄰兩個待測軸承的共同支撐作用使主軸在相鄰兩個軸承安裝位之間的位置保持穩定，避免主軸在加載裝置的作用下發生傾斜，更有利於加載裝置的加載作業，使主軸能夠將其承受的載荷穩定傳遞至待測軸承上，保證加載試驗的準確性，並提升該高速軸承加載試驗設備穩定性和
耐用性。
28.除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖說明
29.構成本技術的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
30.圖1為本發明實施例提供的高速軸承加載試驗設備的結構示意圖；
31.圖2為圖1所示的高速軸承加載試驗設備去除驅動機構後的結構示意圖；
32.圖3為圖1所示的高速軸承加載試驗設備沿主軸徑向的剖面結構示意圖；
33.圖4為圖1所示的高速軸承加載試驗設備去除驅動機構後的立體圖；
34.圖5為圖5所示的高速軸承加載試驗設備的分解圖；
35.圖6為圖1所示的高速軸承加載試驗設備中的關於滑油流道的局部放大圖。
36.圖例說明：
37.1、動力裝置；11、主軸；111、第一節段；112、第二節段；12、驅動機構；13、撓性傳動軸；2、支撐裝置；21、軸承座；211、滑油腔；212、進油通道；213、回油通道；22、軸承蓋；23、預緊座；231、預緊孔；24、預緊彈簧；25、軸承蓋螺母；26、軸套；27、油封；28、基座；3、加載裝置；31、傳力機構；311、傳力架；312、襯套；3121、限位凸緣；313、支撐軸承；32、第一加載機構；321、承力座；322、第一傳力杆；323、調力螺母；324、彈性元件；33、第二加載機構；331、第二傳力杆；3311、加載盤；4、檢測裝置；41、軸向振動檢測組件；42、豎向振動檢測組件；43、橫向振動檢測組件；44、滑油檢測組件；45、測速齒輪；46、測速傳感器；100、待測軸承；200、砝碼。
具體實施方式
38.以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由下述所限定和覆蓋的多種不同方式實施。
39.圖1至圖6共同示出了本發明實施例提供的高速軸承加載試驗設備，其用於模擬高速水力測功器的加載工況對待測軸承進行加載試驗，檢測待測軸承在高速、高載荷工況下的性能參數及使用壽命，對高速軸承的設計研發工作提供有效的數據支撐。
40.如圖1所示，所述高速軸承加載試驗設備包括動力裝置1、支撐裝置2、加載裝置3和檢測裝置4，所述動力裝置1包括沿水平方向設置的主軸11和與所述主軸11的第一端連接並用於驅動所述主軸11轉動的驅動機構12，所述主軸11沿其軸向間隔設有多個軸承安裝位，所述軸承安裝位用於安裝待測軸承100的內圈。所述支撐裝置2包括軸承座21，所述軸承座21設於所述軸承安裝位的外周並用於支撐所述待測軸承100，以通過所述軸承座21支撐固定所述待測軸承100的外圈，從而能夠通過所述主軸11帶動所述待測軸承100相對所述軸承座21高速轉動，模擬所述待測軸承100的高速運行工況。所述加載裝置3設於相鄰兩個軸承安裝位之間並用於沿所述主軸11的徑向朝向所述主軸11施加載荷，從而通過所述主軸11對所述待測軸承100施加載荷，模擬所述待測軸承100的高載荷運行工況。所述檢測裝置4用於檢測所述待測軸承100的振動數據，從而判斷所述待測軸承100在高速、高載荷工況下的性能參數及使用壽命。
41.請結合圖2和圖3，所述檢測裝置4包括分別與所述軸承座21連接的軸向振動檢測組件41、豎向振動檢測組件42和橫向振動檢測組件43，所述軸向振動檢測組件41的檢測方向沿所述主軸11的軸向設置，所述豎向振動檢測組件42的檢測方向沿豎直方向設置，所述橫向振動檢測組件43的檢測方向沿水平方向設置且相對於所述主軸11垂直。
42.所述高速軸承加載試驗設備通過所述驅動機構12驅動所述主軸11高速轉動，並通過所述加載裝置3沿所述主軸11的徑向對所述主軸11施加載荷，從而能夠分別控制所述主軸11上的待測軸承100的轉速及其負載，模擬高速軸承的高速、高載荷工況，再通過所述檢測裝置4分別檢測所述待測軸承100的軸向振動、豎向振動和橫向振動數據，沿空間直角坐標系的三個軸線方向分別檢測所述待測軸承100的振動情況，綜合判斷所述待測軸承100在高速、高載荷工況下運行一段時候後的磨損情況，進而判斷所述待測軸承100的性能參數及其使用壽命，為高速水力測功器的軸承設計提供有效的數據支撐。其次，由於所述加載裝置3設於相鄰兩個軸承安裝位之間，不僅能夠同時對多個待測軸承100施加載荷，同時實現多個待測軸承100的加載試驗，提升試驗效率，還能利用相鄰兩個待測軸承100的共同支撐作用使所述主軸11在相鄰兩個軸承安裝位之間的位置保持穩定，避免所述主軸11在所述加載裝置3的作用下發生傾斜，更有利於所述加載裝置3的加載作業，使所述主軸11能夠將其承受的載荷穩定傳遞至所述待測軸承100上，保證加載試驗的準確性，並提升所述高速軸承加載試驗設備穩定性和耐用性。
43.進一步地，所述驅動機構12包括高速伺服電機和與所述高速伺服電機的輸出軸連接的變速箱，所述變速箱與所述主軸連接，所述高速伺服電機的輸出動力通過所述變速箱傳遞至所述主軸11上，以確保對所述主軸11的輸出轉速和扭矩充足，能夠在高載荷工況下按照預設轉速驅動所述主軸11轉動。
44.進一步地，所述動力裝置1還包括設於所述主軸11和所述驅動機構12之間的撓性傳動軸13，所述驅動機構12通過所述撓性傳動軸13帶動所述主軸11轉動，以使所述主軸11能夠實現一定幅度的振動，精準模擬所述待測軸承100的實際運行工況，並避免所述待測軸承100的振動通過所述主軸11傳遞至所述驅動機構12上，避免對所述驅動機構12造成損壞。
45.請結合圖4和圖5，所述加載裝置3包括抵靠所述主軸11的傳力機構31，以及均用於對所述傳力機構31施加載荷的第一加載機構32和第二加載機構33，所述第一加載機構32的加載量採用無級調節，所述第二加載機構33的加載量採用有級調節。所述加載裝置3通過所述第一加載機構32實現加載量的無級調節，能夠平順增加或減少加載量，滿足不同的加載需求，而由於無級調節的方式通常無法實現大跨度的調節，此時結合所述第二加載機構33實現加載量的有級調節，能夠將加載量大跨度調節至不同級別，提升加載量的範圍。
46.優選地，所述第一加載機構32包括承力座321、第一傳力杆322、調力螺母323和彈性元件324，所述承力座321安裝於所述軸承座21，所述承力座321的中部鏤空設置，所述承力座321上的遠離所述軸承座21的一端開設有避讓孔3211。所述第一傳力杆322置於所述承力座321的中部鏤空空間中，所述第一傳力杆322的第一端穿設於所述避讓孔3211中並用於沿所述避讓孔3211軸向移動，所述第一傳力杆322的第二端與所述傳力機構31連接。所述調力螺母323套設於所述第一傳力杆322的第一端和第二端之間並與所述第一傳力杆322螺紋連接，即所述第一傳力杆322對應所述調力螺母323的安裝位置設有外螺紋，所述調力螺母323與所述第一傳力杆322上的外螺紋嚙合，以在轉動所述調力螺母323時能夠通過螺紋配
合結構驅使所述調力螺母323沿所述第一傳力杆322的軸向移動。所述彈性元件324套設於所述第一傳力杆322上，所述彈性元件324彈壓於所述承力座321和所述調力螺母323之間並用於對所述調力螺母323施加沿朝向所述傳力機構31的方向的彈力，從而對所述第一傳力杆322施加沿朝向所述傳力機構31的方向的彈力，對所述傳力機構31施加載荷。
47.具體地，所述彈性元件324可採用碟簧和/或壓縮彈簧。在本實施例中，所述彈性元件324包括依次串聯設置的多個碟簧，由於碟簧具有剛度大、緩衝吸振能力強，能夠以小變形承受大載荷等特點，通過調節所述調力螺母323的軸向位置，便可調整所述碟簧的壓縮量，實現無級調節所述碟簧對所述調力螺母323的反彈力度，穩定性強，不易超出彈性限度。
48.進一步地，所述第一加載機構32還包括墊設於所述彈性元件324和所述調力螺母323之間的墊片，所述彈性元件324通過所述墊片抵接所述調力螺母323，使所述彈性元件324的彈力能夠均勻作用於所述調力螺母323上，保證加載穩定，還能避免所述調力螺母323在轉動調節的過程中對所述彈性元件324造成摩擦損傷，保證所述彈性元件324的使用壽命。
49.優選地，所述第一傳力杆321和所述傳力機構31均沿豎直方向設置，即所述第一傳力杆321用於沿豎直方向對所述傳力機構31施加載荷。所述第二加載機構33包括與所述第一傳力杆321的第一端連接的第二傳力杆331，所述第二傳力杆331穿出所述承力座321遠離所述軸承座21的一面，所述第二傳力杆331上設有用於堆疊砝碼200的加載盤3311，通過在所述加載盤3311上堆疊一個或多個砝碼200，能夠利用所述砝碼200的重量下壓所述傳力機構31，實現加載量的有級調節，並且利用所述砝碼200調節加載量，能夠確保調節數值的準確性，從而能夠對實際加載量進行標定及校對，方便精準檢測出實際加載量。
50.優選地，所述加載裝置3還包括載荷檢測機構34，所述載荷檢測機構34的第一端與所述傳力機構31連接，所述載荷檢測機構34的第二端與所述第一加載機構32和/或所述第二加載機構33連接，所述載荷檢測機構34用於檢測所述第一加載機構32和所述第二加載機構33對所述傳力機構31施加的載荷值。
51.進一步地，所述載荷檢測機構34包括力傳感器和與所述力傳感器連接的顯示屏，所述顯示屏用於實時顯示所述力傳感器檢測到的載荷值，使加載量的變化更加直觀，方便試驗。
52.所述高速軸承加載試驗設備在開始試驗之前，可先在所述第二傳力杆331上依次堆疊不同數量的標準砝碼200，通過所述砝碼200的重量變化情況對所述載荷檢測機構34進行標定及校對，使所述載荷檢測機構34能夠精準檢測出實際加載量，提升試驗準確性。
53.優選地，所述傳力機構31包括傳力架311、襯套312和支撐軸承313，所述傳力架311穿設於所述軸承座21預設的通孔中，所述傳力架311的第一端穿出所述軸承座21之外並用於與所述第一加載機構32和/或第二加載機構33連接，所述傳力架311的第二端設於所述軸承座21的內部。所述襯套312套設於所述主軸11上。所述支撐軸承313可轉動地安裝於所述傳力架313的第二端，所述支撐軸承313的外周抵接所述襯套312並用於在所述襯套312被所述主軸11帶動轉動時沿所述襯套312的外周滾動。所述傳力機構31通過所述支撐軸承313將其承受的載荷傳遞至所述主軸11上，可利用所述支撐軸承313的高速轉動動作將所述支撐軸承313相對所述主軸11的滑動摩擦轉換為滾動摩擦，避免所述支撐軸承313磨損所述主軸11的同時，防止對所述主軸11造成減速，以使所述主軸11能夠同時實現高轉速和高載荷的
運轉工況。
54.如圖5所示，優選地，所述襯套312沿其軸向的兩端均設有限位凸緣3121，所述限位凸緣3121用於抵接所述待測軸承100的軸向端面並對所述待測軸承100進行軸向限位，從而提高所述待測軸承100的安裝精度，減少所述待測軸承100的限位結構，提升所述軸承座21的內部空間的利用率。並且通過兩個所述限位凸緣3121還能在所述襯套312的外周圍合成滑油槽，使所述軸承座21內的滑油能夠在所述滑油槽內充分冷卻並潤滑所述支撐軸承313，保證所述支撐軸承313的穩定性。
55.如圖2所示，所述主軸11包括沿其軸向依次設置的第一節段111和第二節段112，所述第一節段111的外徑大於所述第二節段112的外徑。所述第一節段111與所述動力裝置1連接，以保證動力傳輸穩定，所述襯套312套設於所述第二節段112上，通過所述第二節段112對接所述傳力機構31，能夠在所述主軸11的外周形成更大的徑向收容空間安裝所述支撐軸承313，從而無需在所述軸承座21上設置所述支撐軸承313的避讓槽，整體結構更加簡單緊湊，加工方便，並且穩定性強。
56.優選地，所述支撐裝置2還包括設於所述軸承座21的端面並用於封堵所述軸承座21的軸承蓋22、設於所述軸承蓋22和所述軸承安裝位之間並用於抵接所述待測軸承100的預緊座23，以及沿所述預緊座23的周向布設的多個預緊彈簧24。所述預緊座23嵌設於所述軸承座21內，所述預緊彈簧24彈壓於所述預緊座23和所述軸承蓋22之間。所述軸承蓋22通過所述預緊彈簧24對所述預緊座23施加彈性預緊力，能夠消除所述待測軸承100的游離間隙，確保所述待測軸承100的運動精度。
57.進一步地，所述預緊座23的軸向端面開設有預緊孔231，所述預緊彈簧24嵌設於所述預緊孔231內且至少部分結構露出於所述預緊座23之外並抵接所述軸承蓋22，通過所述預緊孔231安裝所述預緊彈簧24，保證所述預緊彈簧24的穩定性，並且能夠對所述預緊彈簧24的安裝位置進行定位，控制所述預緊彈簧24的作用位置。
58.具體地，所述預緊彈簧24的數量可以根據所述待測軸承100的承載能力進行調整，以更好地適配所述待測軸承100，保證裝配精度。
59.如圖5所示，所述支撐裝置2還包括設於所述軸承蓋22遠離所述軸承座21的一端的軸承蓋螺母25，所述軸承蓋螺母25與所述主軸11螺紋連接並將所述軸承蓋22抵緊固定於所述軸承座21上，實現所述軸承蓋22相對所述軸承座21的安裝固定。
60.進一步地，所述支撐裝置2還包括套設於所述主軸11的第二節段112上並抵緊所述襯套312的軸套26，通過所述軸套26使所述主軸11位於所述襯套312的相對兩側的徑向尺寸相同，從而能夠在所述襯套312的相對兩側分別安裝結構完全相同的待測軸承100。
61.如圖6所示，所述軸承座21內設有滑油腔211，以及分別與所述滑油腔211連通的進油通道212和回油通道213，所述滑油腔211環繞所述軸承安裝位設置並覆蓋所述支撐軸承313，所述進油通道212設於所述滑油腔211的頂端並用於向所述滑油腔211輸入滑油，所述回油通道213設於所述滑油腔211的底端並用於將所述滑油腔211內的滑油導出，實現滑油的循環流動，以快速帶走所述滑油腔211內的熱量，並對所述滑油腔211內的待測軸承100和支撐軸承313進行充分潤滑。
62.由於所述進油通道212設於所述滑油腔211的頂端，所述回油通道213設於所述滑油腔211的底端，不僅能夠使所述進油通道212和所述回油通道213相對遠離設置，使所述進
油通道212輸入的滑油充分流經所述滑油腔211的不同位置之後再沿所述回油通道213流出，還能利用滑油的自身重量向下排油，使滑油的導出更加順暢。
63.進一步地，所述支撐裝置2還包括套設於所述主軸11和/或套設於所述軸套26上的油封27，所述油封27用於封堵所述滑油腔211，以實現所述滑油腔211的密封，避免滑油洩露。
64.在圖3中示出，進一步地，所述檢測裝置4還包括與所述滑油腔211連接的滑油檢測組件44，所述滑油檢測組件44用於檢測所述滑油腔211內的滑油的油量、油壓和/或油溫，從而實現對所述待測軸承100的潤滑油量、潤滑油溫度、潤滑油壓力調節監控，並間接檢測出所述待測軸承100在高速、高載荷工況下的溫度，提供更多試驗數據，綜合評價所述待測軸承100的參數性能。
65.請結合圖4和圖5，所述檢測裝置4還包括與所述主軸11的第二端同軸連接的測速齒輪45和架設於所述測速齒輪45的一側的測速傳感器46，所述測速傳感器46朝向所述測速齒輪45的外周設置並用於檢測所述測速齒輪45的轉速，從而精準檢測所述主軸11的轉速，得到所述待測軸承100的實時轉速數據。
66.如圖1所示，所述支撐裝置2還包括基座28，所述軸承座21和所述驅動機構12均安裝於所述基座28上，通過所述基座28同時固定所述軸承座21和所述驅動機構12，能夠保證所述軸承座21和所述驅動機構12之間的位置精度，保證傳動效果並提升設備整體穩定性。
67.以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。