一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台

1.本发明涉及一种轴承工况检测技术领域，尤其涉及到一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台。


背景技术：

2.轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体。在各种设备中，轴承都是至关重要的部件。尤其在航空设备上，处于极端的热环境以及真空环境下，轴承寿命以及可靠性更是需要详细评估的问题。为此，在试验中模拟太空中的轴承工作环境至关重要，同时，目前的轴承试验台设计并没有考虑太空工作环境问题。虽对轴承的疲劳寿命试验都有较多的研究，但在真空环境中缺少空气的对流换热，不能用空气环境中的试验台模拟太空环境的热效应等情况。


技术实现要素：

3.针对现有轴承试验台的不足，本发明提供了一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台，解决了航空环境中轴承工作环境模拟问题，并且能够对轴承的热效应情况进行测量，同时可以根据温度评估润滑油工作性能以及轴承系统的可靠性。
4.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
5.一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台，包括真空室、试验轴承、传动轴和配重盘；所述试验轴承置于真空室内，传动轴的一端由试验轴承支撑，另一端与动力源连接，传动轴上设置有配重盘；所述真空室内温度保持不变。
6.上述方案中，试验轴承外圈设置有热电偶；所述热电偶通过导线与控制箱连接。
7.上述方案中，所述热电偶焊接在试验轴承外圈上监测温度，试验轴承在运行前经润滑油润滑，热电偶传递试验轴承工作时温度情况被控制箱监测记录；通过监测采用不同种类润滑油时，试验轴承工作时的温度，评估润滑油的性能；同时通过监测试验轴承表面温度变化以及试验轴承表面磨损情况评估试验轴承的可靠性。
8.上述方案中，所述传动轴与动力源之间设置有变速器，且传动轴上设置有转速仪，所述转速仪通过导线与控制箱连接。
9.上述方案中，通过真空泵对所述真空室抽真空。
10.上述方案中，所述真空室包括箱体和箱盖；所述箱体一侧通过箱盖密封，箱体上开设有孔，孔用来供传动轴伸入，在传动轴上设置有机械密封装置，机械密封装置用来密封箱体上开设的孔，机械密封装置一端的端部伸入箱体内，该端凸起部分的端面与箱体外侧壁贴合。
11.上述方案中，所述机械密封装置上设置有机械密封冷却油出口和机械密封冷却油进口，冷却油通过机械密封装置从而密封真空时开孔处。
12.上述方案中，所述真空室外侧壁设置有保温层，内侧壁设置有隔热层，内部设置有加热装置。
13.上述方案中，还包括加热器，所述加热器设置在隔热层开设的凹槽内，且凹槽靠近真空室的内侧壁。
14.上述方案中，所述箱体与箱盖之间设置有橡胶垫片。
15.有益效果：
16.本发明采用真空箱模拟航空器内真空条件下的轴承工作条件。采用加热器提供热环境，并利用不同的加热器排布和真空箱内壁张贴隔热层，来模拟轴承设备在实际工作环境下的不同方位的热环境条件，能够取得更准确的实验数据，并通过温度监测评估测试润滑油的性能和轴承的可靠性。
附图说明
17.图1为本发明专利一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台整体结构示意图；
18.图2为图1中涉及到的真空室放大示意图；
19.图3为图2中涉及到的引出线放大示意图。
20.附图标记如下：
21.1-试验台底座；2-电动机支座；3-电动机；4-变速器；5-配重盘；6-轴承支座；7-机械密封装置；8-真空室；9-保温层；10-真空泵；11-第一支座；12-第二支座；13-第三支座；14-控制箱；15-传动轴；16-转速仪；17-箱体；18-隔热层；19-机械密封冷却油出口；20-机械密封冷却油进口；21-加热装置；22-真空泵接口；23-真空室箱盖；24-线路出口密封；25-橡胶垫片；26-加热器；27-试验轴承；28-轴承座；29-引出线；30-密封胶；31-橡胶垫片；32-引出线孔密封盖；33-热电偶。
具体实施方式
22.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台，包括真空室8、试验轴承27、传动轴15和配重盘5；所述试验轴承27置于真空室8内，传动轴15的一端由试验轴承27支撑，另一端与动力源连接，传动轴15上设置有配重盘5；所述真空室8内温度保持不变。
26.其中，试验轴承27外圈设置有热电偶33；所述热电偶33通过导线与控制箱14连接。
27.所述热电偶33焊接在试验轴承27外圈上监测温度，试验轴承27在运行前经润滑油润滑，热电偶33传递试验轴承27工作时温度情况被控制箱14监测记录；通过监测采用不同种类润滑油时，试验轴承27工作时的温度，评估润滑油的性能；同时通过监测试验轴承27表面温度变化以及试验轴承27表面磨损情况评估试验轴承的可靠性。
28.所述传动轴15与动力源之间设置有变速器4，且传动轴15上设置有转速仪16，所述转速仪16通过导线与控制箱14连接。
29.通过真空泵10对所述真空室8抽真空。
30.所述真空室8包括箱体17和箱盖23；所述箱体17一侧通过箱盖23密封，箱体17上开设有孔，孔用来供传动轴15伸入，在传动轴15上设置有机械密封装置7，机械密封装置7用来密封箱体上开设的孔，机械密封装置7一端的端部伸入箱体17内，该端凸起部分的端面与箱体17外侧壁贴合。
31.所述机械密封装置7上设置有机械密封冷却油出口19和机械密封冷却油进口20，冷却油通过机械密封装置7从而密封真空时8开孔处。
32.所述真空室8外侧壁设置有保温层9，内侧壁设置有隔热层18，内部设置有加热装置21。
33.还包括加热器26，所述加热器26设置在隔热层18开设的凹槽内，且凹槽靠近真空室8的内侧壁。
34.所述箱体17与箱盖23之间设置有橡胶垫片25。
35.具体的，试验轴承27与传动轴15连接。测试润滑油也为研究对象，通过监测采用不同种类润滑油时，试验轴承27工作时的温度，评估润滑油的性能。并能够通过监测试验轴承27表面温度变化以及试验轴承27表面磨损情况评估试验轴承的可靠性。
36.测温热电偶33焊接在试验轴承27上监测温度，所述测试润滑油有不同种类。所述测试润滑油在试验轴承27工作时温度情况被监测记录。所述试验轴承27在试验负载运行结束后，对试验轴承27表面监测。
37.配重为配重盘，用来加速试验轴承27磨损，并根据磨损试验所需载荷选择重量。
38.电动机3、变速箱4和转速仪16，为传动轴旋转提供动力并控制转速。
39.控制箱14是整个试验台的控制系统，能够采集温度信号，转速信号，以控制加热装置21、电动机3、真空泵10的运行。
40.箱盖23上设有真空泵接口管道22，用于连接真空泵10抽真空，控制真空度，以实现减弱空气对流换热。
41.隔热层18为不同材料，以达到不同的隔热或辐射效果，模拟真实工作环境下的周围环境。
42.此试验台的真空室不仅仅是用于提供真空环境，还需要模拟热环境，真空室8是由箱体17和箱盖23组成，但形状可根据热环境不同而变化。
43.热电偶33贴于试验轴承27以及隔热层18表面上，可以在真空室内部任意排布，提
供不同位置的温度参数。隔热层18贴在真空室内壁，采用不同材料模拟实际工作时周围的散热环境。所述加热器26与隔热层18结合实用，加热器26贴于隔热层18与箱体17内壁之间，共同实现具有不同表面特性的不同种类的环境热源。
44.通过引出线密封装置24的预留引出线29实现真空室内外连接。引出线密封装置24的引出线孔采用真空密封胶30密封，可固定引出线29并填堵密封盖32的线孔，保证密封。真空泵10抽真空时，控制真空度，以实现减弱空气对流换热，模拟不同的大气环境以及真空环境。加热装置21、加热器26和热电偶33同时接到控制箱14共同控制真空室的环境温度。加热装置21或者/加热器26均采用电阻丝，电阻丝提供热环境，可换成通有冷却液的换热管用来提供低温环境。
45.结合附图1-图3所示，在本发明专利的实施方案中，一种具有可控空间与热环境的轴承系统可靠性试验台，将试验轴承27加上测试润滑油后放入轴承座28，连接传动轴15，调整支撑座11到合适的位置，在试验轴承27上焊接热电偶33以测量试验轴承27转动时的温度，按照实际情况选择测温点，测量出试验轴承27实际工作时的温度变化。真空室8内壁的隔热层18有多个，贴于真空室8的内壁，隔热层18材料根据轴承实际工作情况下的环境选择，实际情况下的热环境为绝热环境时可选隔热性能好的材料，边界为其他装置外壳时，可采用于实际外壳相同的材料，以模拟真实环境。加热装置21可采用电热阻丝，可才用多个加热器共同加热以达到所需的边界环境，或改变加热电阻丝形状，或延长电阻丝，使其延长到真空室其余壁面，如加热器26贴于隔热层18和箱体17内壁之间，以模拟周围装置同时发热时影响散热的情况。真空室内部布置完成后，连接线路，结合附图3所示，内部线路接到引出线29右端的内部接口，盖上真空室箱盖23和引出线孔密封盖32，并分别拧紧螺母，用真空泵抽真空。
46.结合附图2所示，本发明专利实施案例中，真空室箱盖23和箱体17之间设置有橡胶垫片25，用于保证结构的气密性。
47.结合附图3所示，本发明专利实施案例中，引出线出口处24采用密封胶密封30。密封胶30用于引出线29粘连整合成束，并使密封盖32线孔浇筑密封，用于真空室内外线路的连接，并保证真空室的密封。
48.结合附图1所示，本发明专利实施案例中，从引出线29出口接出的加热装置线路和测温线路接到控制箱14，采集温度数据并控制加热功率。
49.结合附图1所示，本发明专利实施案例中，配重5根据试验时所需的加载力调整配重重量，模拟轴承载荷，支撑轴承6用于支撑传动轴15，电动机3以及变速器4，用于调整传动轴15转速，电动机3接入控制箱14，以控制电动机3运行。在传动轴15上轴承支座6与配重5之间设置转速仪16，接到控制箱14，采集传动轴15转速。
50.本发明专利的实施案例的安装流程为：
51.将机械密封装置7安装在传动轴15上，然后一同安装到箱体17上，其中，机械密封装置7一端的端部伸入箱体17上开设的孔内，该端凸起部分的端面与箱体17外侧壁贴合，通过冷却油实现机械密封装置7对箱体17上的孔的密封；将传动轴15安放到轴承支座6上，调整轴承支座6高度，使传动轴15保持水平、安装配重5。将电动机3和变速器4连接，并固定在底座1上。然后变速器4与传动轴15连接。然后进行真空室8内部安装。在真空室8内壁安装隔热层18；试验轴承27加上所测润滑油然后放入轴承座28，焊接测温热电偶33，然后试验轴承
27和轴承座28一同放入真空室8，调整高度并连接到传动轴15上。在隔热层18上贴上测温热电偶33，把内部线路接到引出线29处，盖上橡胶垫片25以及箱盖23，拧紧螺栓封闭箱盖23与箱体17。引出线出口处24采用密封胶密封30，用密封胶30将引出线29粘连整合成束，并使密封盖32线孔浇筑密封，将真空泵10与箱盖23的气孔22用管道连接，扎紧管道保证气密性。最后把加热装置，引出线29，转速仪16，电动机3等线路接到控制箱14，控制整个试验台。
52.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
53.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。