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专利摘要

超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置及方法，它涉及轴承试验技术领域。本发明解决了当前采用机械式直接接触加载方式的轴承性能模拟工况试验装置存在无法准确模拟轴承的实际运行状态，导致轴承性能考核评价出现误差的问题。本发明的高速驱动器与轴一端连接，轴另一端穿过滚动轴承装配通孔并与转动推力板连接，位于滚动轴承装配通孔内的超高速滚动轴承由右向左依次轴上，活塞杆穿过液压缸右端盖并通过球窝连接结构与螺旋槽气浮盘连接，载荷传感器安装在活塞杆与球窝连接结构之间，激光发射器安装在转动推力板上，激光振动传感器安装在螺旋槽气浮盘上。本发明用于同时对滚动轴承和气体推力轴承的超高速性能进行模拟工况测试。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210373964.5
申请日期:
2022-04-11
专利申请人:
哈尔滨工业大学
分类号:
G01M13/04
发明/设计人:
张传伟，翟晗，古乐，王黎钦，郑德志，赵小力
权利要求: 1.一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：它包括旋转驱动结构(1)、螺旋槽气体轴承(2)、传感器结构(3)、轴向位移控制结构(4)、机箱(5)、球窝连接结构(6)、轴向定位结构(7)和超高速滚动轴承(8)，机箱(5)包括分体式活塞支撑箱体(51)和分体式滚动轴承支撑箱体(52)，螺旋槽气体轴承(2)竖直同轴设置在分体式活塞支撑箱体(51)与分体式滚动轴承支撑箱体(52)之间，螺旋槽气体轴承(2)包括平行相对设置的转动推力板(21)和螺旋槽气浮盘(22)，螺旋槽气浮盘(22)靠近转动推力板(21)的一侧端面加工有螺旋槽，转动推力板(21)与螺旋槽气浮盘(22)之间存在气膜间隙，分体式活塞支撑箱体(51)的端面中心沿水平方向开设有活塞装配通孔，分体式滚动轴承支撑箱体(52)的端面中心沿水平方向开设有滚动轴承装配通孔；旋转驱动结构(1)、螺旋槽气体轴承(2)和轴向位移控制结构(4)沿水平方向由右向左依次设置，旋转驱动结构(1)包括高速驱动器(11)、联轴器(12)和轴(13)，轴(13)水平设置在高速驱动器(11)的左侧，高速驱动器(11)的电机轴通过联轴器(12)与轴(13)的一端连接，轴(13)的另一端穿过滚动轴承装配通孔并与转动推力板(21)右端面中心固定连接，位于滚动轴承装配通孔内的超高速滚动轴承(8)由右向左依次轴(13)上，所述超高速滚动轴承(8)通过轴向定位结构(7)实现轴向定位，所述超高速滚动轴承(8)通过分体式滚动轴承支撑箱体(52)内壁实现径向定位；轴向位移控制结构(4)包括活塞杆(41)、液压缸左端盖(42)和液压缸右端盖(43)，液压缸左端盖(42)和液压缸右端盖(43)分别同轴设置在活塞装配通孔的左右两端并与分体式活塞支撑箱体(51)端面连接形成液压缸有杆腔和液压缸无杆腔，活塞杆(41)的塞部置于活塞装配通孔内，且塞部与活塞装配通孔的内壁之间为滑动密封配合，活塞杆(41)的杆部穿过液压缸右端盖(43)上的中心孔并通过球窝连接结构(6)与螺旋槽气浮盘(22)左端面中心固定连接，液压缸无杆腔通过液压缸右端盖(43)中心孔以及输油管与外部油箱和油泵连接；传感器结构(3)包括载荷传感器(31)、激光发射器(32)和激光振动传感器(33)，载荷传感器(31)安装在活塞杆(41)与球窝连接结构(6)之间，激光发射器(32)安装在转动推力板(21)的右侧端面上，激光振动传感器(33)安装在螺旋槽气浮盘(22)的左侧端面上，且激光发射器(32)与激光振动传感器(33)相对设置。2.根据权利要求1所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：轴向位移控制结构(4)还包括毡圈(44)和第一唇形密封圈(45)，分体式活塞支撑箱体(51)的活塞装配通孔内壁上沿圆周方向加工有密封凹槽，毡圈(44)嵌装在所述密封凹槽内，活塞杆(41)的塞部通过毡圈(44)与分体式活塞支撑箱体(51)可滑动连接，液压缸右端盖(43)中心孔内壁沿径向加工有第一环形密封凹槽，第一唇形密封圈(45)嵌装在第一环形密封凹槽内，液压缸右端盖(43)通过第一唇形密封圈(45)与活塞杆(41)的杆部滑动密封连接。3.根据权利要求1或2所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：分体式活塞支撑箱体(51)包括上活塞支撑箱体(511)和下活塞支撑箱体(512)，上活塞支撑箱体(511)通过螺钉固定在下活塞支撑箱体(512)上，上活塞支撑箱体(511)内部加工有与液压缸有杆腔连通的第一油路，所述第一油路另一端通过输油管与外部油箱以及油泵连接；分体式滚动轴承支撑箱体(52)包括上滚动轴承支撑箱体(521)和下滚动轴承支撑箱体(522)，上滚动轴承支撑箱体(521)通过螺钉固定在下滚动轴承支撑箱体(522)上，下滚动轴承支撑箱体(522)内部加工有与滚动轴承装配通孔连通的第二油路，所述第二油路另一端通过输油管与外部油箱以及油泵连接。4.根据权利要求3所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：机箱(5)还包括机箱盖(53)，机箱盖(53)扣设在机箱(5)上方，机箱盖(53)两端分别通过螺钉固定在分体式活塞支撑箱体(51)和分体式滚动轴承支撑箱体(52)上，所述机箱盖(53)上设有观察窗。5.根据权利要求1、2或4所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：球窝连接结构(6)包括连接块(61)、钢球(62)、球托(63)、轴瓦(64)和垫圈(65)，连接块(61)一端为法兰结构，所述法兰结构通过螺钉与螺旋槽气浮盘(22)连接，连接块(61)另一端加工有与钢球(62)匹配的凹槽，钢球(62)嵌装在凹槽内，钢球(62)通过轴瓦(64)和垫圈(65)与连接块(61)铰接，且钢球(62)与球托(63)固定连接，球托(63)与载荷传感器(31)固定连接。6.根据权利要求5所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：轴向定位结构(7)包括圆螺母(71)、套筒(72)、左凸缘式轴承端盖(73)和右凸缘式轴承端盖(74)，轴(13)为阶梯轴，轴(13)的阶梯段的左端加工有轴肩，轴(13)的阶梯段的右端加工有外螺纹，套筒(72)套设在轴(13)的阶梯段，相邻两个超高速滚动轴承(8)之间设有一个套筒(72)，所述套筒(72)的两端分别与对应的超高速滚动轴承(8)的外圈端面相抵，位于左侧端部的超高速滚动轴承(8)内圈端面与轴(13)的阶梯段的左端轴肩相抵，圆螺母(71)与轴(13)的阶梯段的右端外螺纹螺旋连接，位于右侧端部的超高速滚动轴承(8)内圈端面与圆螺母(71)相抵；左凸缘式轴承端盖(73)和右凸缘式轴承端盖(74)分别同轴设置在滚动轴承装配通孔的左右两端并与分体式滚动轴承支撑箱体(52)端面连接，位于左侧端部的超高速滚动轴承(8)外圈与左凸缘式轴承端盖(73)的凸缘相抵，位于右侧端部的超高速滚动轴承(8)外圈与右凸缘式轴承端盖(74)的凸缘相抵。7.根据权利要求6所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：轴向定位结构(7)还包括第二唇形密封圈(75)、第三唇形密封圈(76)、左O型密封圈(77)和右O型密封圈(78)，左凸缘式轴承端盖(73)中心孔内壁沿径向加工有第二环形密封凹槽，第二唇形密封圈(75)嵌装在第二环形密封凹槽内，左凸缘式轴承端盖(73)通过第二唇形密封圈(75)与轴(13)滑动密封连接；右凸缘式轴承端盖(74)中心孔内壁沿径向加工有第三环形密封凹槽，第三唇形密封圈(76)嵌装在第三环形密封凹槽内，右凸缘式轴承端盖(74)通过第三唇形密封圈(76)与轴(13)滑动密封连接，左凸缘式轴承端盖(73)与分体式滚动轴承支撑箱体(52)之间设有左O型密封圈(77)，右凸缘式轴承端盖(74)与分体式滚动轴承支撑箱体(52)之间设有右O型密封圈(78)。8.根据权利要求1或7所述的一种超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置，其特征在于：旋转驱动结构(1)还包括底座14，高速驱动器(11)固定安装在底座14上。9.一种基于非接触气体动压加载的超高速滚动轴承性能模拟工况测试方法，其特征在于：所述方法是在采用权利要求1至8任意一项权利要求所述超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置实现的，当高速驱动器(11)开始运转后，会带动转动推力板(21)一起高速旋转，通过动压效应使得螺旋槽气浮盘(22)和转动推力板(21)之间产生动压气浮力，当轴向位移控制结构(4)对螺旋槽气浮盘(22)施加载荷时，转动推力板(21)会受到同样大小的轴向动压气浮力，进而实现对超高速滚动轴承(8)轴向力的非接触加载，并且可通过调整液压加载力的大小控制动压气浮力的大小，实现对超高速滚动轴承(8)轴向力加载力的改变，因此能够通过改变高速驱动器(11)的转速和轴向位移控制结构(4)所施加的载荷，开展不同工况下超高速滚动轴承(8)的性能测试。10.一种基于精密超高速转子系统驱动下气体轴承微间隙运行状态测试方法，其特征在于：所述方法是采用权利要求1至8任意一项权利要求所述超高速滚动轴承与气体推力轴承双用性能测试装置实现的，通过调整高速驱动器(11)超高速状态下启停过程的时间，使用激光振动传感器(33)测试螺旋槽气浮盘(22)和转动推力板(21)由动态变化至稳定运行的时间，可测试螺旋槽气体轴承(2)在超高速启停过程中的动态性能，螺旋槽气浮盘(22)的直径、转动推力板(21)的转速以及二者之间间隙因素对螺旋槽气体轴承(2)的动压气浮力极限均有影响，由于液压加载力与动压气浮力互为相互作用力，因此能够通过调整液压加载力的大小，实现不同螺旋槽深度、不同转速以及不同间隙下螺旋槽气体轴承(2)所能产生气浮力极限的测试。