轴向加载测试设备和方法与流程

1.本公开涉及测试设备领域，尤其是一种轴向加载测试设备和方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本公开公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.箔片空气轴承作为一种新型的动压空气轴承，除具备传统气体轴承转速和回转精度高、功耗小、无污染、寿命长以及能在恶劣工作环境下工作等优点，还具备自适应性好、制造装配精度要求低、抗冲击性能好、稳定性高、无需专门润滑和冷却系统、维护成本低等优点，在鼓风机、氢燃料电池压缩机、电子涡轮增压器、飞机环境控制系统{acm)，辅助动力系统(apu)、微型燃气轮机以及小型航空涡轮发动机等高速旋转机械中得到了广泛的应用。
4.箔片空气轴承的性能测试包括很多项目，例如需要对连接箔片空气轴承的转子施加轴向力进行性能测试。现有的施加轴向力的方法主要通过机械的方式向转子施加轴向力，然而，这种刚性加载方式速度快，对转子的冲击力大，容易出现受力不均匀的情况，还可能损坏高速转动中的转子。


技术实现要素：

5.鉴于以上内容，有必要提供一种轴向加载测试设备和方法，用于沿轴向对转子施加轴向力。
6.本公开提供了一种轴向加载测试设备，包括：
7.测试台，包括转子和支座，所述转子通过箔片空气轴承转动地连接于所述支座；
8.加载机构，包括加载环和加载套筒，所述加载环连接于所述转子，所述加载套筒套设于所述加载环，与所述加载环形成一密封空间，向所述密封空间内充入气体以通过所述加载环向所述转子施加轴向的加载力。
9.优选地，所述测试台还包括驱动机，所述驱动机连接于所述转子以驱动所述转子转动。
10.优选地，所述驱动机包括叶轮，所述叶轮连接于所述转子，在朝向所述叶轮导入气流时，所述叶轮转动以带动所述转子转动。
11.优选地，所述测试台还包括速度传感器，用于检测所述转子的转速，在所述转子的转速达到预设值后，向所述密封空间内充入气体以通过所述加载环向所述转子施加轴向的加载力。
12.优选地，所述加载环包括内环和外环，所述内环连接于所述转子，所述外环连接于所述内环；所述加载套筒的端部设有敞口，所述外环沿轴向方向移动地容纳于所述加载套筒的敞口以形成所述密封空间。
13.优选地，所述加载机构还包括力传感器，所述力传感器连接于所述加载套筒以检测所述检测套筒的加载力。
14.优选地，所述加载机构还包括支架和加载轴，所述加载轴一端沿轴向连接于所述加载套筒，另外一端通过所述力传感器转动地连接于所述支架。
15.优选地，所述加载机构还包括连接杆和直线轴承座，所述连接杆一端连接于所述力传感器，另外一端转动地连接于所述支架；所述直线轴承座沿所述加载轴的轴向方向移动地连接于所述加载轴以支撑所述加载轴。
16.此外，本公开还提供了一种轴向加载测试方法，包括：
17.向密封空间充入气体直至密封空间内的气压达到预设值；
18.所述密封空间内的气体挤压转子以向所述转子施加轴向的加载力。
19.优选地，在向密封空间充入气体之前，还包括转动所述转子直至所述转子的转速等于或者大于预设值；或者，在向密封空间充入气体直至所述密封空间内的气压达到预设值之后，还包括转动所述转子直至所述转子的转速等于或者大于预设值。
20.相较于现有技术，上述的轴向加载测试设备和方法通过在转子连接加载机构的加载环，加载环套接于加载套筒，在加载套筒和加载环之间形成一密封空间，在轴向测试时，向该密封空间充入空气，空气的气压向通过加载环向转子施加轴向的加载力，转子在测试过程中承载的轴向力加载缓和，受力均匀，控制精准，自适应强的特点，既保护了测试台不受冲击和过载破坏，延长了转子和箔片空气轴承的寿命，又能满足稳定轴向加载的测试要求。而且，上述的轴向加载测试设备结构简单，成本低，设备搭建和调试都较为方便，通用性好，可满足不同转子和不同尺寸的止推箔片空气轴承测试需求。
附图说明
21.为了更清楚地说明具体实施方式，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
22.图1是轴向加载测试设备的结构示意图。
23.图2是轴向加载测试设备的剖面结构示意图。
24.图3测试台的结构示意图。
25.图4是加载机构的结构示意图。
26.图5是加载机构在分解状态下的结构示意图。
27.图6是转子和加载环的结构示意图。
28.图7是加载套筒和加载轴的结构示意图。
29.主要元件符号说明
[0030][0031][0032]
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本公开。
具体实施方式
[0033]
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本公开进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本公开保护的范围。
[0034]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本公开。
[0035]
在各实施例中，为了便于描述而非限制本公开，本公开专利申请说明书以及权利
要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0036]
图1是轴向加载测试设备的结构示意图，图2是轴向加载测试设备的剖面结构示意图。如图1和图2所示，轴向加载测试设备用于向转子14施加轴向的加载力。在对箔片空气轴承15的轴向测试过程中，需要在转子14高速转动过程中向转子14施加轴向的加载力以测试箔片空气轴承15的轴向承载力。现有通过冲击或者加载杆挤压转子14等机械加载方式不可避免地存在对转子14的冲击效应，容易出现受力不均匀的情况，还可能损坏高速转动中的转子14和箔片空气轴承15。
[0037]
轴向加载测试设备包括测试台10和加载机构20，测试台10用于安装箔片空气轴承15和转子14，转子14可以通过箔片空气轴承15高速转动，从而可以模拟箔片空气轴承15的工作状况。加载机构20用于向转子14沿转子14的轴向方向施加加载力，根据实际测试情况，可以在转子14静止的情况下施加轴向的加载力，但更多情况下，本技术提供的实施方式中，尤其适合在转子14高速转动的情况下施加轴向的加载力。
[0038]
图3测试台10的结构示意图。如图1-3所示，测试台10包括速度传感器13、转子14、支座12和驱动机11。所述转子14通过箔片空气轴承15转动地连接于所述支座12，驱动机11连接于转子14，用于驱动转子14高度转动。速度传感器13靠近所述转子14，用于检测转子14的转速。
[0039]
支座12用于支撑测试台10的转子14、驱动机11等部件，包括一沿轴向方向贯通的容腔，容腔内安装有箔片空气轴承15，转子14沿轴向方向安装于容腔内，并且中部连接于箔片空气轴承15，两端分别从容腔的两端伸出。这样，转子14可以在箔片空气轴承15的支撑下在容腔内高度转动。驱动机11连接于所述转子14的一端(即图2示出的后端)以驱动所述转子14转动。在一些实施方式中，所述驱动机11包括叶轮，所述叶轮连接于所述转子14，在朝向所述叶轮导入气流时，所述叶轮转动以带动所述转子14转动。在测试过程中，可以根据需要设置导入气流的流量和流速以控制转子14的转速，从而可以通过转速确定转子14的转动状况，例如是否进入稳定状态。在但另外一些实施方式中，驱动机11也可以是其他部件，例如可以是电机、汽油机等设备，用以驱动转子14高度转动。速度传感器13的探头沿所述转子14的径向方向靠近所述转子14，用于检测转子14的转速，例如可以是光电式速度传感器13、磁电式速度传感器13等形式。
[0040]
图4是加载机构20的结构示意图，图5是加载机构20在分解状态下的结构示意图。如图4和图5所示，加载机构20包括加载环27、加载套筒21、加载轴22、直线轴承座23、力传感器24和支架26。加载环27和加载套筒21用于形成一密封空间213，通过向密封空间213充入气体来对转子14施加轴向的加载力。加载轴22和力传感器24用于检测密封空间213中气体的压力，从而可以检测到加载力的大小。直线轴承座23和支架26用于支撑所述加载轴22和力传感器24，加载轴22可以在直线轴承座23和支架26的支撑下转动，并且可以防止加载轴22在密闭空气的推力下沿轴向移动，保证力传感器24可以正确地检测到密封空间213内的压力。
[0041]
图6是转子14和加载环27的结构示意图。如图2、图5和图6所示，所述加载环27连接于所述转子14，所述加载套筒21套设于所述加载环27，与所述加载环27形成一密封空间
213，向所述密封空间213内充入气体以通过所述加载环27向所述转子14施加轴向的加载力。所述加载环27包括内环271和外环272。所述内环271套接于所述转子14，可以跟随转子14沿轴向移动。所述外环272连接于所述内环271，并且外环272和内环271之间通过平面连接，外环272和内环271之间没有空隙，形成一体化结构。
[0042]
图7是加载套筒21和加载轴22的结构示意图。如图7所示，加载套筒21大体呈圆柱形的筒状结构，内部具有一敞口的容腔，为了便于描述，敞口所在的端部称为敞口端212，另外一端成为密封端。加载轴22大体呈杆状结构，一端通过锁紧螺母连接于加载套筒21的密封端的侧壁，另外一端沿加载套筒21的轴向方向并且沿远离加载套筒21的方向延伸。
[0043]
请重新参阅图2和图5，所述外环272沿轴向方向移动地容纳于所述外环272的敞口，使得加载环27和加载套筒21形成类似液压缸的结构，其中，加载套筒21类似缸筒，加载环27类似于活塞，通过将加载环27沿轴向方向移动地容纳于套筒的容腔内，加载环27和加载套筒21的封闭端形成一密封空间213。本实施方式中，加载套筒21的位于密封空间213的部分设有一通孔211，用于从该通孔211向密封空间213充入气体。在测试时，检测到所述转子14的转速达到预设值后，向所述密封空间213的通孔211内充入气体以通过所述加载环27向所述转子14施加轴向的加载力。
[0044]
所述力传感器24连接于所述加载套筒21以检测所述检测套筒的加载力。具体的，所述加载轴22一端沿轴向固定连接于所述加载套筒21，另外一端穿过直线轴承座23连接于所述力传感器24。其中，直线轴承座23是一种直线运动系统，用于无限行程与圆柱状的加载轴22配合使用，加载轴22可以相对直线轴承座23转动，也可以相对直线轴承座23沿轴向来回移动，这样，所述直线轴承座23可以沿所述加载轴22的轴向方向移动地连接于所述加载轴22以支撑所述加载轴22。
[0045]
力传感器24的一端连接于加载轴22，另外一端连接于连接杆25。连接杆25沿加载轴22的轴向方向延伸，另外一端转动地连接于所述支架26，通过支架26支撑该连接杆25。
[0046]
以下详细描述利用上述轴向加载测试设备实现的轴向加载测试方法。该轴向加载测试方法包括以下步骤：
[0047]
首先，安装和调试轴向加载测试设备的各元部件，根据测试要求将外部气流吹动叶轮开始转动，叶轮可以带动转子14转动。
[0048]
在转动过程中，通过速度传感器13采集的转子14的转速信号，带转子14的转速达到稳定转速时，转子14脱离箔片空气轴承15高度转动。
[0049]
然后，根据测试要求，向加载套筒21通入气体直至密封空间213内的气压达到预设值，因气压的作用，密封空间213的气压向加载环27施加轴向作用力，这样，加载轴22也可以通过加载环27承载轴向的加载力。同时，力传感器24也可以通过加载轴22采集到数据并传送至到计算机，根据采集的数据可以计算出加载轴22承受的加载力。
[0050]
然而，在另外一些实施方式中，根据测试需要，也可以先向加载套筒21通入气体再启动转子14，模拟另外一种工况。在测试时，还可以通过改变转子14转速和加载力大小，采样不同情况下的数据，获得相应的轴向承载能力。
[0051]
上述的轴向加载测试设备和方法通过在转子14连接加载机构20的加载环27，加载环27套接于加载套筒21，在加载套筒21和加载环27之间形成一密封空间213。在轴向测试时，向该密封空间213充入空气，空气的气压向通过加载环27向转子14施加轴向的加载力，
转子14在测试过程中承载的轴向力加载缓和，受力均匀，控制精准，自适应强的特点，既保护了测试台10不受冲击和过载破坏，延长了转子14和箔片空气轴承15的寿命，又能满足稳定轴向加载的测试要求。而且，上述的轴向加载测试设备结构简单，成本低，设备搭建和调试都较为方便，通用性好，可满足不同转子14和不同尺寸的止推箔片空气轴承15测试需求，对研究箔片空气轴承15的性能有很大的帮助。
[0052]
在本公开所提供的几个具体实施方式中，对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本公开内。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
[0053]
以上实施方式仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本公开的技术方案的精神和范围。