一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置与调节方法与流程

1.本发明属于浮动轴承-转子试验技术领域，特别是涉及一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置与调节方法。


背景技术：

2.随着立式转子在核主泵、水轮机等大型设备中的普遍使用，对于立式轴承-转子的研究，尤其是立式轴承-转子系统静、动特性的研究受到日益关注。与卧式转子启动时转子因受到自重作用而位于轴承的最低点不同，立式转子启动时其上常常没有恒定的径向载荷，因此具有极高的索末菲数而极易振荡失稳。而立式轴承-转子试验作为测量轴承特性与验证轴承设计方法的直接手段，重要性日益凸显。
3.浮动轴承-转子试验中的加载激励装置，就是在由固定安装的转子，和浮动安装于转子之上的轴承组成的试验装置中，于运转工况下，对浮动安装的轴承施加径向载荷或/和激励力的装置。若要获得轴承的静特性，特别的，如载荷-偏心率/偏位角曲线，需要对浮动轴承施加径向力；若要获得轴承的动特性，特别的，如无倾斜轴承的两个正刚度系数、两个交叉刚度系数、两个正阻尼系数和两个交叉阻尼系数，则需要对浮动轴承施加激励力。如常见的卧式浮动轴承-转子实验装置，通过液压缸对浮动轴承施加径向力，通过一对正交方向布置的电磁激振器对浮动轴承施加激振力，并测量浮动轴承和转子轴颈之间的相对运动和轴承轴瓦表面的润滑膜压力，得到被试轴承-转子系统的载荷-偏心/偏位角曲线和上述轴承的八个系数。
4.尤其需要关注的是，在卧式浮动轴承-转子试验装置中，由于润滑膜提供的压力随偏心率上式显著增加，因此在浮动轴承相对轴颈倾斜时，润滑膜会提供给浮动轴承一个回正力矩，该回正力矩随浮动轴承倾斜的角度变大显著变大，且由于浮动轴承在静止状态下仅仅受润滑膜压力的力矩与重心和几何中心偏移时产生的重力矩的作用。通常情况下，当上述浮动轴承几何上中心对称时，该轴承仅受润滑膜的压力力矩作用，此时轴承将自动回正到润滑膜压力为0的状态，即浮动轴承轴线与转子轴线保持平行的状态。由上可见，卧式浮动轴承-转子实验装置对于浮动轴承与转子的初始平行度要求并不高，因而在进行加载激励时，可以使用约束效果和定位精度较差的绳机构来进行浮动轴承约束。
5.与卧式浮动轴承-转子实验装置不同，由于立式浮动轴承-转子试验装置的浮动轴承的加载方向和自重方向不相同，通常的，这两个方式相互垂直，因此在存在一个初始安装倾斜的情况下，若要浮动轴承依靠润滑膜的力矩运动到其轴线和轴颈相互平行的状态，即立式轴承在无外载荷时正常的运转状态，则上述由润滑膜产生的力矩必须要克服重力对倾斜方向的反方向上出现的第一个约束点的矩。而当轴承处于其轴线和轴颈相互平行的状态下时，轴承和轴颈之间的润滑膜厚度处处相等，此时无法产生偏转力矩。因此对于卧式浮动轴承-转子实验装置，与立式浮动轴承-转子试验装置不同，若浮动轴承完成安装时其轴线与轴颈存在一倾斜角，浮动轴承无论如何也无法仅仅通过润滑膜提供的力矩调整到和其轴线和轴颈轴线平行的位置。因此，对于该立式试验装置，能否通过约束装置精确控制浮动轴
承和轴颈的平行度，同时将浮动轴承的运动控制在和加载与激励装置作用方向平行的平面内，直接决定了该试验装置能否正常运转。
6.经过对现有技术的检索发现，中国国家知识产权局于2017年09月01日公开了申请号为201710547304.3、发明名称为一种立式水润滑径向轴承试验装置极其试验模拟方法，该试验装置包括由电机支架、中间支架和下支架构成的支架，设置在电机支架和中间支架结合部的上部转子支撑部件，设置在中间支架和下支架结合部的试验轴承固定部件，设置在所述下支架底部上的下部转子支撑部件，设置在所述下支架侧部的载荷施加装置，以及设置在所述电机支架上的驱动电机。该技术与本发明相比，该试验装置中轴承约束装置，即所述“试验轴承固定部件”，使被试轴承在试验过程中处于静态，也即对于某个给定的径向静载荷，轴承一直保持在其静平衡位置，其无法解决的技术问题进一步包括：1、由于轴承不能在平面内自由运动，仅仅只能测量静特性系数、无法对动特性系数进行测量。2、由于轴承直接安装在所述轴承固定部件上，被试轴承与转子的几何位置受轴承固定部件的加工精度限制，当轴承间隙较小时，要求该部件有较高的几何加工精度，成本较高。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提供了一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置，包括：
8.支撑框架；
9.调高机构，若干所述调高机构间隔设置在所述支撑框架上；所述调高机构包括支脚、调高螺杆和第一锁紧螺母，所述支脚固定在所述支撑框架上，所述调高螺杆螺纹连接在所述支脚上，所述第一锁紧螺母与所述调高螺杆螺纹连接，所述调高螺杆通过所述第一锁紧螺母锁紧在所述支脚上；
10.润滑机构，若干所述润滑机构分别设置在若干所述调高螺杆的顶部，所述润滑机构通过对应的调高螺杆调节高度；所述润滑机构包括球碗和滚珠，所述球碗固定在所述调高螺杆上，所述滚珠置于所述球碗中。
11.较佳地，所述球碗与所述调高螺杆螺纹连接，并通过第二锁紧螺母锁定在所述调高螺杆上。
12.较佳地，所述球碗的上端面设有平底浅槽，所述滚珠置于所述平底浅槽中，所述平底浅槽的平底面与对应的调高螺杆的轴线垂直。
13.较佳地，所述滚珠与所述平底浅槽边缘之间的游隙大于轴承间隙。
14.较佳地，所述调高螺杆的导程根据被试轴承半径间隙选择，所述被试轴承半径间隙越小，则选用的调高螺杆的导程越小。
15.本发明还提供一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置的调节方法，转子的轴线处于竖直状态，所述调节方法包括以下几个步骤：
16.s1、将约束装置安装在试验台基座上，松开第一锁紧螺母，调节各调高螺杆，使得所有滚珠的顶端高度一致；
17.s2、将被试轴承置于所述约束装置的滚珠之上，调节调高螺杆，使得所有滚珠均与被测轴承的下端面相接触；
18.s3、测量被试轴承端面相对水平面的倾角；
19.s4、首先将任意一个调高螺杆上的第一锁紧螺母拧紧，将此调高螺杆锁紧在支撑框架上；然后调节其他的一部分调高螺杆，直至被试轴承的端面的俯仰角为0；
20.s5、调节其他的另一部分调高螺杆，直至被试轴承端面的横滚角为0，此时，被试轴承已被调节至水平状态；
21.s6、拧紧其他第一锁紧螺母，将其他调高螺杆固定，此时，达到能够进行试验的状态。
22.较佳地，所述转子通过所述被试轴承置于所述试验台基座上；
23.所述支撑框架固定在所述试验台基座上；
24.所述被试轴承置于若干所述滚珠上；
25.静载施加装置安装在所述支撑框架上，其加载头置于所述被试轴承的加载槽中；
26.至少两个激励装置置于所述试验台基座上，其激振头通过导杆与所述被试轴承连接。
27.较佳地，所述被试轴承为滑动轴承。
28.较佳地，在试验状态，所述调高螺杆的轴线平行于转子的轴线，所述滚珠支撑在所述被试轴承的下端面上。
29.较佳地，在试验状态，所述导杆的延长线通过所述被试轴承的中心，且两所述导杆的夹角为90
°
30.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
31.本发明运用调高机构对被试轴承安装平面的角度进行调节，利用滚动摩擦降低了被试轴承平动时的摩擦阻力，保证了被试轴承可以在加载和激励平面上近似自由运动。同时调节简单方便，并可通过结构参数控制调节精度。成本低廉，操作简单方便，通用性好。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
33.图1为本发明的优选实施例1提供的约束装置的结构示意图；
34.图2为本发明的优选实施例1提供的调高机构与润滑机构的结构示意图；
35.图3为本发明的优选实施例1提供的调高机构与润滑机构的剖视图；
36.图4为本发明的优选实施例2提供的一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置应用于试验装置中的主视图结构示意图；
37.图5为本发明的优选实施例2提供的一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置应用于试验装置中的剖视图a-a；
38.图6为本发明的优选实施例2提供的一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置应用于试验装置中的剖视图b-b；
39.图7为本发明的优选实施例2提供的一种用于立式转子-浮动轴承试验的约束装置应用于试验装置中的立体图。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
41.实施例1
42.请参考图1至图3，一种用于立式转子-浮动轴承试验加载激励的约束装置1，包括：
43.支撑框架11，本发明对支撑框架11的形状和构造不做具体限制，可根据实际使用需求设定；在本实施例中，支撑框架11为c型框，其包括上下两个端板和固定连接上下两个端板的侧板；上下两端板上均设有可供转子的上下两端穿过的通孔；
44.调高机构12，若干所述调高机构12间隔设置在所述支撑框架11上；本发明对调高机构12的个数不做限制，一般地，其数目不应少于三个，如可以是呈几何均布的三个或四个，以便于被滚轴承的定位和稳固支持。所述调高机构12包括支脚121、调高螺杆123和第一锁紧螺母122，支脚121为c型板，其包括上下两个安装板和固定连接上下两个安装板的支撑板，支脚121的下安装板通过若干螺纹紧固件紧固在支撑框架11的下端板上，所述支脚121的上安装板上开设有供调高螺杆123螺纹连接的调高螺孔，所述调高螺杆123通过此调高螺孔螺纹连接在所述支脚121上。所述第一锁紧螺母122为与调高螺孔螺纹配合的螺母，所述调高螺杆123通过所述第一锁紧螺母122锁紧在所述支脚121上；
45.润滑机构13，润滑机构13的个数与调高机构12的个数相同，若干所述润滑机构13分别设置在若干所述调高螺杆123的顶部，所述润滑机构13通过对应的调高螺杆123调节高度；所述润滑机构13包括球碗132和滚珠133，所述球碗132固定在所述调高螺杆123上，所述滚珠133置于所述球碗132中。在本实施例中，所述球碗132与所述调高螺杆123螺纹连接，并通过第二锁紧螺母131锁定在所述调高螺杆123上。
46.在本实施例中，所述球碗132的上端面设有平底浅槽1321，所述滚珠133置于所述平底浅槽1321中，所述平底浅槽1321的平底面与对应的调高螺杆123的轴线垂直。所述球碗132的平底浅槽1321应具有足够的平面度与硬度，使得滚珠133在其中滚动时不会产生较大的跳动，也不会因为重压而屈服变形。滚珠133与平底浅槽1321边缘之间的游隙应当满足轴承在径向静载荷和激励下的运动需求，也即大于轴承间隙。
47.所述约束装置1处于工作状态时，球碗132安装在调高螺杆123顶部；第二锁紧螺母131与球碗132一同拧装在调高螺杆123上，且与球碗132螺纹端面预紧；滚珠133置于球碗132的平底浅槽1321中，被试轴承置于滚珠133顶端所切工作平面上。
48.优选地，根据实际的试验项目需要，支撑框架11上应该具有径向静载荷加载装置、激励装置的附着结构。
49.所述调高螺杆123的导程应该根据调节精度选择，轴承半径间隙越小时，选用的导程越小。
50.所述支脚121安装后保证各支脚121中的调高螺孔的轴线方向基本沿转子轴线方向。调高螺杆123安装后与球碗132配合端向上。
51.实施例2
52.请参考图4至图7，本实施例提供一种立式转子-浮动轴承试验装置，包括试验台基
座2、转子5、被试轴承6、激励装置3、静载施加装置4和实施例1所述的约束装置1，所述转子5通过所述被试轴承6置于所述试验台基座2上；
53.所述支撑框架11的上下两端板分别通过若干螺纹紧固件固定在所述试验台基座2上，四个调高机构12分别通过螺纹紧固件间隔设置在支撑框架11的下端板上，四个润滑机构13安装在四个调高机构12的顶部；将滚珠133用润滑脂粘至球碗132中央，保证其运动范围与设计的游隙相符合；
54.被试轴承6位于支撑框架11内，转子5的两端分别从支撑框架11的上下两端板的通孔中伸出；
55.所述被试轴承6置于若干所述滚珠133上；
56.所述静载施加装置4安装在所述支撑框架11的侧板的外侧面上，其加载头置于所述被试轴承6的加载槽中；
57.至少两个所述激励装置3通过安装支架8安装在所述试验台基座2上，其激振头通过导杆7与所述被试轴承6连接。安装支架8固定在试验台基座2上，激励装置3设置在安装支架8上，作为一种实施例，导杆7的两端分别与被试轴承6和激励装置3铰接。作为另外一种实施例，导杆7为柔性材料制成，其横向柔性较好，因此，导杆7的两端可以直接与被试轴承6和激励装置3固定连接。
58.本发明对被试轴承6的类型不做具体限制，在本实施例中，所述被试轴承6优选滑动轴承。
59.所述调高螺杆123的轴线平行于转子5的轴线，所述滚珠133支撑在所述被试轴承6的下端面上。
60.所述导杆7的延长线通过所述被试轴承6的中心，且两所述导杆7的夹角为90
°
。
61.该装置在工作时，转子5在某转速下运转，径向静载施加装置4将通过加载头的伸缩给被试轴承6一径向载荷，激励装置3通过导杆7给被试轴承6施加调定频率的激励。此时，被试轴承6因受到径向静载荷和激励的作用而和转子5发生相对运动，其中径向静载荷将改变被试轴承6相对转子5的静平衡位置，而激励力将使得被试轴承6围绕该平衡位置做椭圆运动。其中被试轴承6做上述运动的平面由约束装置1确定，而约束装置1中的润滑机构13用于降低被试轴承6在做上述运动时和约束装置1之间的摩擦阻力。
62.以所述转子5的轴线处于竖直状态为例，所述试验装置的调节方法包括以下几个步骤：
63.s1、将约束装置1安装在试验台基座2上，松开第一锁紧螺母122，调节各调高螺杆123，使得所有滚珠133的顶端高度一致；
64.s2、将被试轴承6置于所述约束装置1的滚珠133之上，调节调高螺杆123，使得所有滚珠133均与被测轴承的下端面相接触，产生的接触力应大致相同；
65.s3、测量被试轴承6端面相对水平面的倾角，将该倾角正交地分解到两个方向；
66.s4、首先将任意一个调高螺杆123上的第一锁紧螺母122拧紧，将此调高螺杆123锁紧在支撑框架11上；然后调节其他的一部分调高螺杆123，直至被试轴承6的端面的俯仰角为0；
67.s5、调节其他的另一部分调高螺杆123，直至被试轴承6端面的横滚角为0，此时，被试轴承6已被调节至水平状态；
68.s6、拧紧其他第一锁紧螺母122，将其他调高螺杆123固定，此时，达到能够进行试验的状态。
69.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。