CN107843432A - 一种轴承动刚度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴承动刚度测量装置，包括基座、转接工装、冷却管、电机轴、电涡流位移传感器、轮盘、转轴、轴承、隔离套、第二垫片、第一挡盘、第二挡盘和碟簧；转轴上套装四个轴承，每两个轴承之间通过隔离套、第二垫片、第一挡盘、第二挡盘安装碟簧；转轴两端分别与电机轴和轮盘固连，轮盘上设有电涡流位移传感器；转接工装分别与轴承和基座固连，冷却管两端分别与基座和轴承贴合。本发明通过电涡流位移传感器、轮盘、转轴、轴承、隔离套、第二垫片、第一挡盘、第二挡盘和碟簧的配合，实现了轴承在不同轴向预载下，一阶临界转速的精确测量，为动刚度的精确测算奠定了基础，弥补了传统刚度测量装置及其测量方法无法测算轴承动刚度的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承动刚度测量装置，尤其适用于双列定压预紧角接触球轴承，属于轴承径向动刚度测量技术领域。
背景技术
对于采用刚性转子的液体火箭发动机涡轮泵，工作转速在一阶临界转速之下，支承的刚度将直接影响一阶临界转速的大小，对于刚性转子而言，其支承刚度基本完全由双列定压预紧的角接触球轴承承受，如果发动机工作转速与临界转速重合，将产生共振故障，严重影响发动机正常工作。
轴承不转时，轴承具有的刚度称为静刚度，它可以由经验计算公式得到，也可以由轴承静刚度测试装置测量得到。而当轴承高速旋转时，轴承具有的刚度称为动刚度，动刚度在数值上低于静刚度。实际上，轴承支承刚度除了与自身结构相关外，还与转速大小、轴承轴向预载大小有关。动刚度无法用经验计算公式得到，更无法用静刚度测试装置得到。
对于由轴承提供支承的刚性支承转子而言，进行转子临界转速计算时，如果轴承刚度按照现有技术的静刚度数值给定，将导致临界转速计算值高于实际值，很可能导致转子工作转速与临界转速裕度不足。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种轴承动刚度测量装置，通过电涡流位移传感器、支架、轮盘、转轴、轴承、隔离套、第二垫片、第一挡盘、第二挡盘和碟簧的配合，实现了轴承在不同轴向预载下，一阶临界转速的精确测量，为动刚度的精确测算奠定了基础，弥补了传统刚度测量装置及其测量方法无法测算轴承动刚度的缺陷。
本发明的技术解决方案是：
一种轴承动刚度测量装置，包括基座、转接工装、冷却管、衬套、电机轴、联轴器、电涡流位移传感器、支架、轮盘、转轴、轴承、隔离套、第二垫片、第一挡盘、第二挡盘和碟簧；
转轴上分别套装有四个轴承，其中每两个轴承设为一组，每组的两个轴承之间通过隔离套、第二垫片、第一挡盘、第二挡盘安装用于施加轴向预载的碟簧；
转轴一端通过联轴器与电机轴固定连接，转轴另一端与轮盘固定连接，轮盘边缘设有电涡流位移传感器；
轴承外圈通过衬套与转接工装固定连接，转接工装与用于配装测试轨道的基座固定连接，基座上设有用于挡油和支撑电涡流位移传感器的支架，基座内设有用于输送润滑剂和冷却液的通道，冷却管一端与所述通道连通，冷却管另一端与轴承贴合。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述碟簧的预载范围设为100～8000N，轮盘与其最近的轴承间距不小于20mm，轮盘的重量不小于1kg。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述转接工装通过定位销与基座销接，轮盘与转轴之间采用花键或平键连接并通过第一垫片和第二螺母固定。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述轴承采用定压预紧角接触球轴承。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述轴承端部与第一螺母配合，第一螺母和转轴上均攻有左旋螺纹。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述碟簧上安装有用于调节碟簧预载的第二垫片，碟簧两端分别安装第一挡盘和第二挡盘，碟簧与转轴之间安装隔离套。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述第一挡盘和第二挡盘之间设有0.1～0.2mm的间隙。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述轴承外圈与衬套之间、第一挡盘与衬套之间、第二挡盘衬套之间均采用间隙配合。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述隔离套、第二垫片、第一挡盘和第二挡盘均采用L形环状结构。
在上述的一种轴承动刚度测量装置中，所述隔离套、第二垫片、第一挡盘和第二挡盘的材料均采用1Cr18Ni9Ti或2Cr13。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明巧妙设置了四个规格相同的轴承，其承受的预载大小相同，在进行转子高速旋转试验时，四个轴承的动刚度一致，可视为同一个值，有利于技术人员高效测算角接触球轴承的动刚度。
【2】本发明利用电机等驱动设备通过电机轴和联轴器带动转子***旋转，并通过电涡流位移传感器得到的振动位移峰-峰值和相位；转子***及位移测量***结构简单，可靠性高。
【3】本发明仅调整第二垫片的厚度即可实现不同轴向预载下的轴承径向动刚度测量；而且仅通过改变转接工装的内径、转轴的外径及相应衬套的尺寸，即可实现不同规格轴承径向动刚度的测量要求。
【4】本发明的基座、转接工装、衬套、支架和碟簧操作方便，且维护替换性好，技术人员通过试验与仿真相结合的方法，可以准确得到不同规格轴承在不同轴向预载下的径向动刚度测量。
【5】本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，使用寿命相对较长，在复杂工况下依然能够良好运转，具有适用范围广的特点，具备良好的市场应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明结构图
图2为轴承的装配图
图3为轮盘的装配图
其中：1基座；2转接工装；3冷却管；4衬套；5电机轴；6联轴器；7第一螺母；8定位销；9电涡流位移传感器；10支架；11轮盘；12第一垫片；13第二螺母；14转轴；15轴承；16隔离套；17第二垫片；18第一挡盘；19第二挡盘；20碟簧；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1～3所示，一种轴承动刚度测量装置，包括基座1、转接工装2、冷却管3、衬套4、电机轴5、联轴器6、电涡流位移传感器9、支架10、轮盘11、转轴14、轴承15、隔离套16、第二垫片17、第一挡盘18、第二挡盘19和碟簧20；
转轴14上分别套装有四个轴承15，其中每两个轴承15设为一组，每组的两个轴承15之间通过隔离套16、第二垫片17、第一挡盘18、第二挡盘19安装用于施加轴向预载的碟簧20；
转轴14一端通过联轴器6与电机轴5固定连接，转轴14另一端与轮盘11固定连接，轮盘11边缘设有电涡流位移传感器9；
轴承15外圈通过衬套4与转接工装2固定连接，转接工装2与用于配装测试轨道的基座1固定连接，基座1上设有用于挡油和支撑电涡流位移传感器9的支架10，基座1内设有用于输送润滑剂和冷却液的通道，冷却管3一端与所述通道连通，冷却管3另一端与轴承15贴合。
优选的，碟簧20的预载范围设为100～8000N，轮盘11与其最近的轴承15间距不小于20mm，轮盘11的重量不小于1kg。
优选的，转接工装2通过定位销8与基座1销接，轮盘11与转轴14之间采用花键或平键连接并通过第一垫片12和第二螺母13固定。
优选的，轴承15采用定压预紧角接触球轴承。
优选的，轴承15端部与第一螺母7配合，第一螺母7和转轴14上均攻有左旋螺纹。
优选的，碟簧20上安装有用于调节碟簧20预载的第二垫片17，碟簧20两端分别安装第一挡盘18和第二挡盘19，碟簧20与转轴14之间安装隔离套16。
优选的，第一挡盘18和第二挡盘19之间设有0.1～0.2mm的间隙。
优选的，轴承15外圈与衬套4之间、第一挡盘18与衬套4之间、第二挡盘19衬套4之间均采用间隙配合。
优选的，隔离套16、第二垫片17、第一挡盘18和第二挡盘19均采用L形环状结构。
优选的，隔离套16、第二垫片17、第一挡盘18和第二挡盘19的材料均采用1Cr18Ni9Ti或2Cr13。
本发明的工作原理是：
从静止开始，缓慢提高转轴14转速，记录转轴14径向位移峰-峰值和相位，实测转子的一阶临界转速；对该转子进行仿真计算，根据实际的转子***进行建模，四个轴承15的径向动刚度设为同一数值，计算得出转子一阶临界转速；根据一阶临界转速的计算值和实测值，调整仿真计算中的轴承15径向刚度设定值，重新计算，直至仿真计算值与实测值相等或近似相等时，该时刻设定的刚度值即为轴承15的动刚度值。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：包括基座(1)、转接工装(2)、冷却管(3)、衬套(4)、电机轴(5)、联轴器(6)、电涡流位移传感器(9)、支架(10)、轮盘(11)、转轴(14)、轴承(15)、隔离套(16)、第二垫片(17)、第一挡盘(18)、第二挡盘(19)和碟簧(20)；
转轴(14)上分别套装有四个轴承(15)，其中每两个轴承(15)设为一组，每组的两个轴承(15)之间通过隔离套(16)、第二垫片(17)、第一挡盘(18)、第二挡盘(19)安装用于施加轴向预载的碟簧(20)；
转轴(14)一端通过联轴器(6)与电机轴(5)固定连接，转轴(14)另一端与轮盘(11)固定连接，轮盘(11)边缘设有电涡流位移传感器(9)；
轴承(15)外圈通过衬套(4)与转接工装(2)固定连接，转接工装(2)与用于配装测试轨道的基座(1)固定连接，基座(1)上设有用于挡油和支撑电涡流位移传感器(9)的支架(10)，基座(1)内设有用于输送润滑剂和冷却液的通道，冷却管(3)一端与所述通道连通，冷却管(3)另一端与轴承(15)贴合。
2.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述碟簧(20)的预载范围设为100～8000N，轮盘(11)与其最近的轴承(15)间距不小于20mm，轮盘(11)的重量不小于1kg。
3.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述转接工装(2)通过定位销(8)与基座(1)销接，轮盘(11)与转轴(14)之间采用花键或平键连接并通过第一垫片(12)和第二螺母(13)固定。
4.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述轴承(15)采用定压预紧角接触球轴承。
5.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述轴承(15)端部与第一螺母(7)配合，第一螺母(7)和转轴(14)上均攻有左旋螺纹。
6.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述碟簧(20)上安装有用于调节碟簧(20)预载的第二垫片(17)，碟簧(20)两端分别安装第一挡盘(18)和第二挡盘(19)，碟簧(20)与转轴(14)之间安装隔离套(16)。
7.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述第一挡盘(18)和第二挡盘(19)之间设有0.1～0.2mm的间隙。
8.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述轴承(15)外圈与衬套(4)之间、第一挡盘(18)与衬套(4)之间、第二挡盘(19)衬套(4)之间均采用间隙配合。
9.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述隔离套(16)、第二垫片(17)、第一挡盘(18)和第二挡盘(19)均采用L形环状结构。
10.根据权利要求1所述的一种轴承动刚度测量装置，其特征在于：所述隔离套(16)、第二垫片(17)、第一挡盘(18)和第二挡盘(19)的材料均采用1Cr18Ni9Ti或2Cr13。
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