基于相似理论的推力轴承性能测试试验装置的制作方法

1.本发明涉及油润滑推力轴承用于性能测试的试验装置领域，具体涉及一种基于相似理论的推力轴承性能测试试验装置。


背景技术：

2.可倾瓦推力轴承常常用于高推力负荷的旋转机械，例如核主泵、蓄能机组等，其工作性能优劣直接机组是否安全运行。依靠滑动表面与推力瓦之间的润滑油产生压力，抵消了施加到滑动表面的外部负载，从而阻止这两个表面发生接触，因而推力轴承得到广泛应用。随着技术的不断进步和工业生产的迅速发展，旋转机械逐渐向大型化、复杂化发展，而轴承作为旋转机械中必不可少的零件，旋转运动不可避免的磨损，也最易发生故障。因此，推力轴承的质量和可靠性越来越受到重视,轴承的寿命试验及性能评估被视为重中之重,特别是对于特殊工况下的轴承,其性能试验成为了整套工具质量控制的关键环节。在自主研制机组电机过程中，需涉及轴承的设计和验证问题，而在机组上实际运行进行验证风险过高，不仅无法对轴承进行全工况验证，而且造成了试验成本的提高。在目前的推力轴承验证过程中，大多采用1:1试验台进行验证，即推力轴承结构即实际运行参数保持一致，1:1试验台虽然能较好的满足轴承性能试验，但是试验台搭建成本较大，不具有普适性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于相似理论的推力轴承性能测试实验装置，旨在解决现有技术中1:1试验台体积过大、不能进行多种轴承测试及试验成本过高等问题，为更加方便检验、评估推力轴承性能提供测试和评价。
4.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种基于相似理论的推力轴承性能测试试验装置，根据实际需求对原轴承模型结构进行2:1或4:1相似缩小，基于缩小前后轴承结构参数的不同，以轴承比压相等及线速度一致为准则进行试验工况参数的计算，试验结果可对应实际工况轴承测试结果，试验装置依托缩小后轴承进行结构设计。
6.所述的推力轴承性能测试试验装置，包括试验台架、传动系统、轴承测试装置、加载系统。所述加载系统、轴承测试系统以及传动系统依托试验台架竖直布置，所述传动系统安装于试验台上部，所述轴承测试系统安装于试验台中部，所述加载系统安装于试验台下部。
7.所述试验台架由大小、长短不一的刚性方管连接而成，所述方管壁面设有圆孔，方便其余部件固定。所述试验台架上部固定有电机，所述电机提供试验台需要的扭矩与转速，同时电机转轴与联轴器一端连接，所述联轴器另一端与试验台传动主轴连接。
8.所述轴承测试装置内设置有推力轴承，轴瓦背部内嵌式分布着多个温度传感器，实现轴瓦温度的测量；其轴承下端定位有旋转镜板，旋转镜板与主轴同步运动，镜板表面内嵌式分布压力传感器以及位移传感器，实现对轴承油膜压力及厚度的测量。所述轴承测试
装置设有循环油路，供给推力轴承所需要的润滑油，以提供润滑和冷却。
9.所述加载系统提供试验所需的载荷，载荷为现有技术中常用的液压加载系统提供，该液压加载系统采用活塞式液压缸加载，加载系统压力可调，压力由压力传感器测量得到。垂直载荷传递过程为液压油缸作用于推力瓦，主轴带动推力头旋转从而静压轴承通过油膜动压将载荷施加给推力头，由于推力头、主轴以及镜板位置相对固定，所以载荷最终施加于镜板。
10.作为一种优选的实施方案，所述试验台架包括台架底座、台架隔板、台架顶板、台架横梁和立柱。所述台架底座为中空形式的肋板框架结构，上下面为平板，中间由肋板支撑。所述台架隔板为水平的平板，布置于不同系统之间。所述台架顶板为水平平板，固定并安装于台架上部。所述立柱均布于试验台架四角，并依靠在所述平板四周的位置。所述台架横梁端部与所述立柱连接，其壁面与所述平板分别设有相对应的螺栓孔，进一步保证整体结构的稳定性。以上所述的台架顶板、台架底座、台架横梁及立柱形成的基础框架结构用来承受试验时的轴向载荷,从而给试验轴承提供下压载荷。
11.作为一种优选的实施方案，所述传动装置采用常规的变频交流电机驱动，所述电机正反转及转速均可调节。所述电机放置于试验台架上部，并与台架顶板固定，其电机轴与联轴器一端连接，所述联轴器另一端与主轴连接。所述主轴竖直穿过所述台架底座、台架隔板、台架顶板。
12.作为一种优选的实施方案，所述主轴竖直放置，其轴向方向布置两个直线定位轴承，主轴依次穿过所述直线定位轴承。所述第一直线定位轴承与台架第一隔板接触，所述第二直线定位轴承与台架底座接触。直线轴承的设置一方面可以抑制转轴的周向振动并对转轴进行定位，另一方面可以实现转轴的轴向移动。
13.作为一种优选的实施方案，所述轴承测试装置位于第一台架隔板与第二台架隔板之间，包括试验油箱、试验轴承、镜板、端盖、固定环以及密封装置。所述试验油箱为圆柱形中空的腔体，转轴从中穿过，所述端盖分别上端盖以及下端盖，上端盖与试验油箱上部接触配合，其壁面开有进油孔以及比密封孔，所述下端盖与试验油箱下部接触配合，其表面设有比转轴直径稍大的密封孔。所述镜板为圆环平板，内圆处设有开口槽并套于转轴上，转轴在此端设有阶梯及键槽，镜板下表面与阶梯表面抵接，镜板与转轴通过键连接实现同步转动。
14.作为一种的实施方案，所述加载系统位于试验台中下部，包括加载油缸、静压轴承和推力头，所述推力头与转轴抵接并通过平键固定，实现同步旋转及轴向移动，所述加载油缸固定在加载装置的底板上，并沿周向均匀布置多个，由外部液压泵站提供高压油，实现液压缸活塞的上行和下行，所述静压轴承下端与加载油缸连接，通过调节外部泵站油压实现静压轴承与推力头之间的润滑。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.(1)试验台整体体积小，在保证试验精度的基础上，将试验台尺寸减小，节省了试验成本；
17.(2)整套装置的模块化程度较高，可重复使用或相似尺寸更换；
18.(3)加载系统性能稳定，采用外部泵站加压，依靠静压轴承实现润滑；
19.(4)适用范围广，可实现各种启停环境下轴承的性能测试。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
21.图1是本发明推力轴承性能测试试验装置的整体三维示意图。
22.图2是本发明推力轴承性能测试试验装置的整体剖面示意图。
23.图3是本发明推力轴承性能测试试验装置轴承测试装置示意图。
24.图4是本发明推力轴承性能测试试验装置的加载系统示意图。
25.图中：1、传动系统，2、试验台架，3、第一定位轴承，4、轴承测试装置，5、加载系统，6、试验台底座，7、第二定位轴承；
26.11、交流电机，12、电机罩，13、联轴器，14、转轴；
27.21、台架顶板，22、第一台架隔板，23、台架横梁，24、第二台架隔板，25、立柱，26、第三台架隔板；
28.31、温度传感器，32、压力传感器，33、位移传感器，34、导电滑环，34a、转子，34b、定子；
29.41、密封上压盖，42、上端盖填料密封，43、油箱上端盖，44、推力轴承固定环，45、推力轴承，46、镜板，47、油箱，48、下端盖填料密封，49、油箱下端盖，50、密封下压盖；
30.51、推力头固定环，52、出油管，53、推力头，54、静压轴承，55、加载油缸，56、进油管，57、加载油箱，58、油缸连接头，59、密封套筒。
具体实施方式
31.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
32.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
33.参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
34.如图1所示，一种基于相似理论的推力轴承性能测试试验装置，包括传动系统1、轴承测试装置4、加载系统5、试验台底座6以及试验台架2。所述传动系统1、轴承测试装置4、加载系统5、试验台底座6以所述试验台架2为基础框架，按照垂直顺序依次布置；所述传动系统1安装在试验台架2上部，所述轴承测试装置4安装于传动系统下方，即所述试验台架2内部，所述加载系统5与轴承测试装置4连接并安装于轴承测试装置4下部，所述试验台底座与加载系统5连接并安装于加载系统5下部。加载系统5提供试验所需的外部加载力，传动系统提供试验所需的转速及扭矩。
35.如图1、2所示，所述试验台架2包括三层台架隔板22、24、26，台架顶板21、多个台架横梁23以及四根立柱25；四根立柱25将三层台架隔板22、24、26及台架顶板21支撑为层板式结构，所述台架横梁23连接在四根立柱25之间，用于立柱25两两之间定位，且固定横托三层
台架隔板22、24、26及台架顶板21。所述台架隔板22、24、26均为水平的规则平板，用于承托各模块。其中第一台架隔板22安装于所述轴承测试装置4上部，第二台架隔板24安装于所述轴承测试装置4与所述加载系统5之间，第三台架隔板26安装于所述加载系统5与所述试验台底座6之间。所述台架顶板21为水平平板，安装于试验台架上端。所述立柱25均布于试验台架四角，竖直布置。所述多个台架横梁23水平布置并与所述立柱25连接，所述多个台架横梁23上端面或下端面分别与台架隔板22、24、26以及台架顶板21接触，并通过螺栓孔进行螺栓固定。试验台架2成为试验的传动装置1、轴承测试装置4、加载系统5以及试验台底座6的集成基础。
36.如图2所示，传动系统1包括交流电机11、电机罩12、联轴器13和转轴14。所述交流电机11为可以实现转速调节的交流电机，所述交流电机11固定在台架顶板21上表面上，所述交流电机11输出轴穿过台架顶板21。所述电机罩12安装于所述试验台架2上部，并完全包围所述交流电机11，所述联轴器13上端与所述交流电机11输出轴通过平键连接，下端与所述转轴14上端通过平键同轴连接。所述转轴14穿过第一定位轴承3和第二定位轴承7，其次，所述转轴14还穿过所述台架隔板22、24、26，台架顶板21、轴承测试装置4、加载系统5及试验台底座6。所述第一定位轴承3和第二定位轴承7均采用直线轴承，所述第一定位轴承3固定在所述第一台架隔板22上表面，所述第二定位轴承7固定在所述台架底座6上。
37.如图3所示，轴承测试装置4包括密封上压盖41、上端盖填料密封42、油箱上端盖43、推力轴承固定环44、推力轴承45、镜板46、油箱47、下端盖填料密封48、油箱下端盖49、密封下压盖50，所述转轴14依次穿过密封上压盖41、油箱上端盖43、推力轴承45、镜板46、油箱下端盖49和密封下压盖50；所述油箱上端盖43封闭油箱47的上端口、油箱下端盖49封闭油箱47的下端口，具体的，所述油箱47为上下设置为法兰式开口的筒结构，油箱上端盖43与油箱47上端法兰螺栓连接且与第一台架隔板22固定连接，油箱下端盖49与油箱47下端法兰螺栓连接且与第二台架隔板24固定连接；所述密封上压盖41、密封下压盖50分别与所述油箱上端盖43和油箱下端盖49螺栓连接，压紧上端盖填料密封42和下端盖填料48，所述上端盖填料密封42实现油箱上端盖43与转轴14之间的密封，所述下端盖填料密封48实现油箱下端盖49与转轴14之间的密封；所述油箱上端盖43下方还固定设置有推力轴承固定环44，具体的，所述推力轴承固定环44外侧具有法兰环，该法兰环固定夹持在油箱47的上法兰环和油箱上端盖43之间从而实现推力轴承固定环44位置的固定，与所述试验台架保持静止。所述推力轴承固定环44与所述推力轴承45连接且限制推力轴承45沿转轴14轴向位移。所述推力轴承45和镜板46均位于油箱47内部，且两者相互面对的套设于转轴14上，所述镜板46为一较厚的圆环板，其内圆开有键槽，与所述转轴14连接并同步转动，所述镜板46开有多个通孔，可安装压力传感器及位移传感器，所述镜板46布置在所述推力轴承45下部。
38.如图3所示，轴承测试装置4还具有测量系统，包括温度传感器31、压力传感器32、位移传感器33，导电滑环34，所述温度传感器31安装于所述推力轴承45轴瓦背部孔内，在轴瓦背部布置多个所述温度传感器31，所述轴瓦背部孔的开孔深度未全部贯穿推力轴承45的厚度，其底部位置距离瓦面(即临近镜板46的表面)2mm。所述镜板46在半径方向等间距设有贯穿式圆孔，所述压力传感器32、位移传感器33安装于所述镜板46圆孔内。所述导电滑环34为一种过孔式导电滑环，由转子34a及定子34b组成，所述转子34a与所述转轴14固定，同步旋转，所述定子34b与所述油箱47固定，所述温度传感器31、压力传感器32、位移传感器33导
线与所述转子34a连接，所述定子34b与外置数据采集器连接，即可实现所述镜板46旋转时数据动态采集。
39.如图4所示，加载系统5包括推力头固定环51、出油管52、推力头53、静压轴承54、加载油缸55、进油管56、加载油箱57、油缸连接头58和密封套筒59；加载油箱57上下两端由隔板封闭，所述推力头53上部由所述推力头固定环51固定，限制其轴向位移，所述推力头53与转轴14通过平键连接，并同步旋转。所述加载油缸55包括多个，多个加载油缸55设置在加载油箱57的底部隔板上，其输出端与所述静压轴承54连接，所述静压轴承54位于所述推力头53下部，高压润滑油注入所述静压轴承54将所述推力头53顶起，进而避免所述静压轴承54与所述推力头53相互接触，即，借助润滑油压力使得推力头53与静压轴承54的临近面之间具有缝隙。所述加载油箱57内部存在一定液位的润滑油，其液位高于所述静压轴承54且低于所述推力头上表面53，所述润滑油由外部液压站通过进油口56注入，由所述出油管52将高温润滑油吸出。所述密封套筒59套在所述转轴14外部，下端与油箱底部接触，上端伸入推力头53与转轴14之间，且所述密封套筒59高度高于润滑油液位。
40.使用本发明的可倾瓦推力轴承试验装置对轴承进行测试，可根据推力轴承的实际工况按相似理论来设定压力参数和转速，并设定推力轴承在实际工况中允许的最高扭矩参数，测试推力轴承在首次达到设定的最高扭矩的运转时间。本发明实现了以下功能：利用计算机对整套设备的操作进行控制，计算机控制外部加载力、电机转速的调整；可对油膜厚度、油膜压力、轴承温度进行检测；数据的实时采集、记录和存储；设计的试验台可进行换不同尺寸轴承试验；将加载系统、试验台部件和旋转传动系统等机械系统进行集成设计，便于组装和维护。
41.以上虽结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但并不局限于本发明的保护范围，所属领域的技术人员应明白，在本发明的技术方案基础上，本领域的技术人员无需付出创造性劳动就可对本发明的各种等效结构或等效流程进行修改或变形，或直接或间接应用于其他相关技术领域，仍属于本发明的保护范围之内。