低温环境下球轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种低温环境下球轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测试装置，适用于低温液体火箭发动机涡轮泵领域，也可用于其它低温旋转机械领域。

背景技术：

轴承与弹性支承为高速转子的支撑关键件，广泛应用于旋转机械领域的各个行业。轴承与弹性支承径向配合间隙的合理选取对于轴承的可靠工作至关重要，尤其是对于大功率低温液体火箭发动机涡轮泵。在此类涡轮泵中，工作时应尽可能使轴承外套圈与弹性支承周向方向不产生相对滑动摩擦，以避免摩擦过热而导致冷却介质汽化或轴承引导间隙的产生较大变化。同时，由于大功率涡轮泵轴向力较大，必须采用轴向力平衡系统，该系统工作时要求转子系统在轴向方向能自由移动，不然将导致轴承承受过大轴向力而造成轴承的破坏，这也就意味着轴承与弹性支承之间的轴向摩擦力又不能过大。因此，轴承与弹性支承的配合间隙合理选取就极其困难。

对于低温液体火箭发动机涡轮泵，为了便于轴承和弹性支承在常温下进行装配和分解，两者之间通常选用间隙配合，弹性支承选用线胀系数高于轴承外套圈的材料。在低温工作环境下，由于两者材料低温收缩量的差异，配合间隙转变为过盈配合，使两者之间具有一定的径向预紧力。因此，在设计初期就非常有必要对两者在工作环境下的轴向静摩擦力进行测量。目前现有的轴承测量装置集中于常温或低温环境下对轴承总体性能和周向静摩擦力矩的测量，尚缺乏低温环境下轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测试装置。

技术实现要素：

为了解决低温发动机轴承与弹性支承配合间隙选取困难的问题，本实用新型提供一种低温环境下球轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测试装置，实现在低温环境下对球轴承与弹性支承的静摩擦力进行测试，为两者间隙的合理选取提供数据依据。

为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种低温环境下球轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测试装置，包括加力器、位移传感器、支撑架、保温盖、保温筒、T型滑轨；加力器固定在支撑架上，两个位移传感器固定于支撑架上；保温盖包括筒盖保温层、筒盖、U型卡槽和筒盖把手，U型卡槽和筒盖把手焊接在筒盖上，筒盖保温层粘在筒盖上；保温筒包括筒把手、筒保温层、筒壁、筒底和T型槽支座，筒把手、筒壁、筒底和T型槽支座焊接为一体，筒壁上设有倒置的L型卡槽，筒保温层粘在筒壁和筒底上；支撑架上焊接有T型滑轨，T型滑轨与T型槽支座配合实现对保温筒的固定。

该装置工作过程如下：通过T型槽支座与T型滑轨的配合将保温筒固定在支撑架上；通过拧紧螺母将轴承固定在轴突肩处，然后对弹性支承与轴承进行装配，装配后将支撑杆穿过轴的孔上，并将调整垫置于保温筒内中心位置，最后通过支撑杆将测试对象悬挂于保温筒内倒置的L型卡槽的高点；缓慢往保温筒内倒入低温液体，使液体完全浸没被测的弹性支承与轴承后，盖上保温盖，使U型卡槽卡住支撑杆，静置一段时间，使弹性支承与轴承由常温环境降至低温环境；通过筒盖把手旋转保温盖，从而通过U型卡槽带动支撑杆旋转至L型卡槽低点上方，使得测试对象高度降低，此时弹性支承与调整垫由间隙转为贴合状态；在轴上添加垫块，并使用加力器或万能试验机通过垫块对轴上方进行缓慢加载，监测垫块的相对位移；当垫块的相对位移发生突变时，表明弹性支 承与轴承之间发生相对滑动，此时记录测试力值变化曲线的拐点，得到轴系开始发生相对滑动的测试力值；分解测试对象，测量垫块、支撑杆、轴、轴承及拧紧螺母的总重量；则轴承与弹性支承的低温配合静摩擦力为上述所测总重量与上述发生相对滑动的测试力值之和。

所述的加力器通过螺栓固定在支撑架上。

两个位移传感器通过六角螺母固定于支撑架上。

本实用新型所取得的有益效果为：

本实用新型适用于低温液体火箭发动机涡轮泵领域，也可用于其它旋转机械领域，具有以下优点：

(1)测试范围广、测量精度高。通过向保温筒体内注入不同的低温介质，可调节被试轴承与弹性支承的测试环境温度，可在20～288K温度范围内进行测试；通过加强的保温筒底座的结构设计，本实用新型装置测力范围可达0～10000N；轴向力加载可以通过加力器或万能试验机实现轴向力的精确加载，精度较高。

(2)通用性好。只需要调整轴的直径和调整垫的高度、直径便可满足不同规格轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测量需求。

(3)安全性较好。本实用新型的被测件和传力移动轴基本在封闭的保温筒体内，可避免测试过程中低温液体溅出，可通过T型槽支座(17)与T型滑轨(7)的配合可将装置固定在支撑架上，避免测试过程中保温筒倾倒而造成低温冻伤事故的发生。

(4)操作简单，具有一定的便捷性。只需通过旋转保温盖把手便可间接控制被测对象高度的降低，操作简单便捷，轴向力的加载可通过计算机进行控制和显示。

(5)结构简单，成本低。本实用新型结构简单，对零件加工精度要求较低，制造成本低廉，也可借助现有的万能测试机进行加载，实现对低温轴向摩擦力的测量，以较少的投入获取到高精度的试验数据。

附图说明

图1为测试装置示意图；

图2为测试装置剖面图；

图3为夹持工装剖面图；

图4为倒置L型槽、U型卡槽及支撑杆连接结构图；

图中：1、加力器；2、位移传感器；3、支撑架；4、垫块；5、保温盖；6、保温筒；7、T型滑轨；8、筒盖保温层；9、筒盖；10、U型卡槽；11、筒盖把手；12、支撑杆；13、筒把手；14、筒保温层；15、筒壁；16、筒底；17、T型槽支座；18、L型卡槽；19、轴；20、弹性支承；21、轴承；22、拧紧螺母；23、调整垫。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构功能进行详细说明。

如图1—4所示，本实用新型所述低温环境下球轴承与弹性支承的轴向静摩擦力测试装置包括加力器1、位移传感器2、支撑架3、保温盖5、保温筒6、T型滑轨7；

加力器1通过螺栓固定在支撑架3上，可实现对测试组件轴向力的加载；两个位移传感器2通过六角螺母固定于支撑架3上，用于监测垫块4的相对位移；保温盖5包括筒盖保温层8、筒盖9、U型卡槽10和筒盖把手11，U型卡槽10和筒盖把手11焊接在筒盖9上，筒盖保温层8通过低温胶粘在筒盖9上，由低导热系数的材料制成，可有效的隔绝外界热量的传递，防止保温筒6内低 温液体快速升温汽化，避免外界热源影响试验的测试效果；保温筒6包括筒把手13、筒保温层14、筒壁15、筒底16和T型槽支座17，筒把手13、筒壁15、筒底16和T型槽支座17焊接为一体，筒壁15上设有倒置的L型卡槽18，用于调整被测对象的高度，筒保温层14通过低温胶粘在筒壁15和筒底16上，其功能与筒盖保温层8相同；支撑架3上焊接有T型滑轨7，通过与T型槽支座17配合，可实现对保温筒6的固定，防止保温筒6侧翻造成低温冻伤事故；测试组件包括支撑杆12、轴19、弹性支承20、轴承21、拧紧螺母22和调整垫23。

本实用新型的工作过程如下：

(1)对保温筒6进行固定

通过T型槽支座17与T型滑轨7的配合将保温筒6固定在支撑架3上；

(2)对测试组件进行装配

首先通过拧紧螺母22将轴承21固定在轴19突肩处，然后对弹性支承20与轴承21进行装配，装配后将支撑杆12穿过轴19的孔上，并将调整垫23置于保温筒6内中心位置，最后通过支撑杆12将测试对象悬挂于保温筒6内倒置的L型卡槽18的高点。

(3)建立低温测试环境

缓慢往保温筒6内倒入低温液体，使液体完全浸没被测的弹性支承20与轴承21后，盖上保温盖5，使U型卡槽10卡住支撑杆12，静置一段时间，使弹性支承20与轴承21由常温环境降至低温环境。

(4)调整测试对象高度

通过筒盖把手11旋转保温盖5，从而通过U型卡槽10带动支撑杆12旋转至L型卡槽18低点上方，使得测试对象高度降低，此时弹性支承20与调整垫23由间隙转为贴合状态；

(5)对测试对象进行加载

在轴19上添加垫块4，并使用加力器1或万能试验机通过垫块4对轴19上方进行缓慢加载，监测垫块4的相对位移。当垫块4的相对位移发生突变时，表明弹性支承20与轴承21之间发生相对滑动，此时记录测试力值变化曲线的拐点，得到轴系开始发生相对滑动的万能试验机测试力值。

(6)进行静摩擦力的计算

分解测试对象，测量垫块4、支撑杆12、轴19、轴承21及拧紧螺母22的总重量；则轴承21与弹性支承20的低温配合静摩擦力为上述所测总重量与上述发生相对滑动的测试力值之和。