液体润滑推力轴承试验台及观测方法与流程

本发明涉及一种推力轴承润滑特征的试验装置，尤其涉及一种液体润滑推力轴承试验台及其使用方法，具体适用于简化结构，且缩小体积。

背景技术：

试验是研究推力轴承润滑性能的重要手段，是开展推力轴承优化设计的必要环节。在试验研究中，如何精确测量推力瓦上瓦面的润滑液膜的厚度，一直是推力轴承试验台设计必须重点考虑的内容。

现有的推力轴承试验台大都采用立式结构设计，不仅结构复杂、体积笨重，而且大部分采用液压加载装置提供加载力，附属设备多，限制性较大。

此外，现有技术对液膜厚度的测量是通过在瓦面或推力盘表面开孔预埋传感器的方法测量，不仅所开的孔对测量结果有影响，而且仅能得到有限测点处的膜厚，不能测量多点的膜厚，更不能测量轴承瓦面膜厚分布状态，导致难以获得较准确的轴承润滑状态特征。

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本专利申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的结构复杂、体积笨重的缺陷与问题，提供一种结构简单、体积轻便的液体润滑推力轴承试验台及其使用方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种液体润滑推力轴承试验台，包括推力盘与推力瓦，所述推力盘的右侧面与推力瓦的左侧面相互摩擦以形成液体膜；

所述推力轴承试验台还包括推力轴、支座、导筒、加载螺杆与力传感器；所述支座的右侧面与导筒的左端面相连接，导筒的右端面与导筒盖相连接，导筒内居于支座、导筒盖之间的导筒腔内设置有空心滑环，该空心滑环的顶滑壁、底滑壁均沿导筒的内壁进行滑动配合，空心滑环的右端面与滑环盖相连接，滑环盖的左侧面与位于空心滑环内部的力传感器的右侧面相抵合，力传感器的中部与加载螺杆的内端相连接，加载螺杆的外端依次穿经滑环杆孔、导筒腔、导筒杆孔后与位于导筒外部的加载机构相连接，且加载机构覆盖导筒杆孔的孔面；

所述顶滑壁的左端与向下延伸部的顶端相连接，向下延伸部的底端向下延伸，所述底滑壁的左端与向上延伸部的底端相连接，向上延伸部的顶端向上延伸，直至与向下延伸部的底端之间形成有延伸夹空，该延伸夹空内贯穿而过有推力轴，该推力轴的右端与轴承座的中部相连接，轴承座左侧面的上下两端分别与上滚动止推轴承、下滚动止推轴承的右侧面相接触，上滚动止推轴承的左侧面与向下延伸部的左侧面相接触，下滚动止推轴承的左侧面与向上延伸部的左侧面相接触，推力轴的左端依次穿经支座、支撑环、摩擦腔、推力盘后与位于推力盘外部的旋转输出机构相连接，支撑环的外侧围上套装有支撑空筒的右筒端，支撑空筒的左筒端经一号密封圈与推力盘的外侧围进行密封配合，支撑环的左侧面上设置有推力瓦，该推力瓦与其正对的推力盘进行摩擦配合。

所述支撑空筒的顶面上位于摩擦腔正上方的部位内开设有冷却水出口管孔，支撑空筒的底面上位于摩擦腔正下方的部位内开设有冷却水进口管孔。

所述支座右侧面的中部上设置有右凸部，该右凸部的内部贯穿而过有推力轴，且在右凸部的顶部设置有贯穿的进冷却水管孔；所述导筒的底壁上近支座的部位设置有贯穿的滴漏管孔。

所述支撑环、支座、右凸部的中部共设有同一个径向轴承，该径向轴承与其内部穿经而过的推力轴进行转动配合。

所述推力轴承试验台还包括光源与摄像机，且推力盘采用透明材料制作；所述光源、摄像机均位于推力盘的左侧，光源、摄像机均对准推力瓦。

所述光源、摄像机位于推力盘的法线两侧；所述光源与摄像机的镜头与推力瓦的瓦面的夹角相等。

所述加载机构包括加载弹簧、加载螺母、加载右板，及覆盖于导筒杆孔之上的加载左板；所述加载弹簧的两端分别与加载左板的右侧面、加载右板的左侧面相连接，加载左板的左侧面与导筒盖的右侧面相接触，所述加载螺母与加载螺杆的外端相连接，加载螺杆的内端依次穿经加载右板、加载弹簧、加载左板、导筒杆孔、导筒腔、滑环杆孔后与力传感器的中部相连接。

所述导筒的顶部上开设有贯穿的导筒槽口，所述空心滑环的顶部上开设有贯穿的滑环槽口。

一种上述液体润滑推力轴承试验台的使用方法，所述使用方法包括旋转步骤与力传递步骤，在旋转步骤、力传递步骤进行时，摩擦腔内设置有试验液体；

所述旋转步骤是指：旋转输出机构驱动推力轴转动，转动的推力盘与对应的推力瓦相互摩擦以形成液体膜，且推力瓦不转动；

所述力传递步骤是指：加载机构提供的加载力依次经加载螺杆、力传感器、滑环盖、空心滑环后传递至向上延伸部、向下延伸部上，再由向上延伸部、向下延伸部对应传递至上滚动止推轴承、下滚动止推轴承上，然后由上滚动止推轴承、下滚动止推轴承传递至轴承座上，再由轴承座依次经推力轴、推力盘、液体膜厚传递至推力瓦上，且空心滑环不转动。

所述推力轴承试验台还包括光源与摄像机，且推力盘采用透明材料制作；所述光源、摄像机均位于推力盘的左侧，光源、摄像机均对准推力瓦；

在旋转步骤、力传递步骤进行之前，先将荧光物质溶入试验液体中，再将光源、摄像机对准推力瓦，然后进行旋转步骤、与力传递步骤，此时，光源发射的光波能激发试验液体中的荧光物质以使试验液体发出荧光，摄像机能拍摄并记录荧光的光强，荧光的光强与液体膜的的厚度成正比，此时，以推力瓦的瓦面上任意位置的光强即可计算出该位置上液体膜的厚度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种液体润滑推力轴承试验台及其使用方法中，本试验台为卧式结构，包括推力轴与加载单元，该加载单元包括加载螺杆、空心滑环与力传感器，应用时，推力轴驱动推力盘转动，同时，加载螺杆上被施加的外部加载力依次经力传感器、空心滑环、滚动止推轴承、轴承座后传递至推力轴上，再由推力轴依次经推力盘、液体膜厚传递至推力瓦上，由此可见，本设计不仅能够实现推力盘、推力瓦的相对摩擦以形成液体膜（即润滑液膜），从而具备测量膜厚的基础，进而得以判断准确的润滑状态，而且与现有技术相比，零部件数量较少，且无异形或复杂结构的零部件，易于制造与加工，体积较小，易于组装与应用。因此，本发明不仅结构简单、体积轻便，而且易于制作与应用。

2、本发明一种液体润滑推力轴承试验台及其使用方法中，推力盘采用透明材料制作，同时，在推力盘的左侧设置光源、摄像机，光源、摄像机均对准推力瓦，并在试验液体中溶入荧光物质，应用时，光源负责照射试验液体以使其发光，摄像机负责拍摄并记录液体膜上各处荧光的光强，此时，通过推力瓦的瓦面上任意位置的光强即可计算出该位置上液体膜的厚度。该设计不仅能够测出液体膜上每一点的膜厚，覆盖范围广，而且能根据光强计算出膜厚，精确度较高，此外，光强还能直接观测到，十分方便，更不需要像现有技术那样，需要对瓦面或推力盘表面开孔，避免了开孔的不利影响，更利于提高精确度。因此，本发明不仅对膜厚的测量效果较好，而且可直接观测，便捷性较强。

3、本发明一种液体润滑推力轴承试验台及其使用方法中，推力盘、推力瓦上的加载力来源于加载螺杆、力传感器的结合，其中，加载螺杆上的力来源于加载机构（加载弹簧、加载螺母与加载右板），该加载机构与现有技术采用的液压加载装置相比，不仅结构简单，而且体积紧凑，利于降低制造成本与周期，可节约大量的人力物力及试验台安装空间，而且能确保多次试验时安装精度的统一性。因此，本发明不仅加载方便、操作简易，而且多次试验精度的统一性较好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中导筒与空心滑环的结构示意图。

图3是图1中加载机构的结构示意图。

图中：支座1、推力盘2、推力瓦3、推力轴4、导筒5、导筒盖51、导筒腔52、导筒杆孔53、滴漏管孔54、导筒槽口55、力传感器56、加载机构6、加载螺杆61、加载弹簧62、加载螺母63、加载右板64、加载左板65、空心滑环7、顶滑壁71、向下延伸部711、底滑壁72、向上延伸部721、滑环盖73、滑环杆孔74、延伸夹空75、滑环槽口76、轴承座8、上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82、支撑空筒9、右筒端91、左筒端92、冷却水出口管孔93、冷却水进口管孔94、支撑环10、一号密封圈11、二号密封圈12、旋转输出机构13、径向轴承14、右凸部15、进冷却水管孔151、光源16、摄像机17、液体膜x、摩擦腔y。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1―图3，一种液体润滑推力轴承试验台，包括推力盘2与推力瓦3，所述推力盘2的右侧面与推力瓦3的左侧面相互摩擦以形成液体膜x；

所述推力轴承试验台还包括推力轴4、支座1、导筒5、加载螺杆61与力传感器56；所述支座1的右侧面与导筒5的左端面相连接，导筒5的右端面与导筒盖51相连接，导筒5内居于支座1、导筒盖51之间的导筒腔52内设置有空心滑环7，该空心滑环7的顶滑壁71、底滑壁72均沿导筒5的内壁进行滑动配合，空心滑环7的右端面与滑环盖73相连接，滑环盖73的左侧面与位于空心滑环7内部的力传感器56的右侧面相抵合，力传感器56的中部与加载螺杆61的内端相连接，加载螺杆61的外端依次穿经滑环杆孔74、导筒腔52、导筒杆孔53后与位于导筒5外部的加载机构6相连接，且加载机构6覆盖导筒杆孔53的孔面；

所述顶滑壁71的左端与向下延伸部711的顶端相连接，向下延伸部711的底端向下延伸，所述底滑壁72的左端与向上延伸部721的底端相连接，向上延伸部721的顶端向上延伸，直至与向下延伸部711的底端之间形成有延伸夹空75，该延伸夹空75内贯穿而过有推力轴4，该推力轴4的右端与轴承座8的中部相连接，轴承座8左侧面的上下两端分别与上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82的右侧面相接触，上滚动止推轴承81的左侧面与向下延伸部711的左侧面相接触，下滚动止推轴承82的左侧面与向上延伸部721的左侧面相接触，推力轴4的左端依次穿经支座1、支撑环10、摩擦腔y、推力盘2后与位于推力盘2外部的旋转输出机构13相连接，支撑环10的外侧围上套装有支撑空筒9的右筒端91，支撑空筒9的左筒端92经一号密封圈11与推力盘2的外侧围进行密封配合，支撑环10的左侧面上设置有推力瓦3，该推力瓦3与其正对的推力盘2进行摩擦配合。

所述支撑空筒9的顶面上位于摩擦腔y正上方的部位内开设有冷却水出口管孔93，支撑空筒9的底面上位于摩擦腔y正下方的部位内开设有冷却水进口管孔94。

所述支座1右侧面的中部上设置有右凸部15，该右凸部15的内部贯穿而过有推力轴4，且在右凸部15的顶部设置有贯穿的进冷却水管孔151；所述导筒5的底壁上近支座1的部位设置有贯穿的滴漏管孔54。

所述支撑环10、支座1、右凸部15的中部共设有同一个径向轴承14，该径向轴承14与其内部穿经而过的推力轴4进行转动配合。

所述推力轴承试验台还包括光源16与摄像机17，且推力盘2采用透明材料制作；所述光源16、摄像机17均位于推力盘2的左侧，光源16、摄像机17均对准推力瓦3。

所述光源16、摄像机17位于推力盘2的法线两侧；所述光源16与摄像机17的镜头与推力瓦3的瓦面的夹角相等。

所述加载机构6包括加载弹簧62、加载螺母63、加载右板64，及覆盖于导筒杆孔53之上的加载左板65；所述加载弹簧62的两端分别与加载左板65的右侧面、加载右板64的左侧面相连接，加载左板65的左侧面与导筒盖51的右侧面相接触，所述加载螺母63与加载螺杆61的外端相连接，加载螺杆61的内端依次穿经加载右板64、加载弹簧62、加载左板65、导筒杆孔53、导筒腔52、滑环杆孔74后与力传感器56的中部相连接。

所述导筒5的顶部上开设有贯穿的导筒槽口55，所述空心滑环7的顶部上开设有贯穿的滑环槽口76。

一种上述液体润滑推力轴承试验台的使用方法，所述使用方法包括旋转步骤与力传递步骤，在旋转步骤、力传递步骤进行时，摩擦腔y内设置有试验液体；

所述旋转步骤是指：旋转输出机构13驱动推力轴4转动，转动的推力盘2与对应的推力瓦3相互摩擦以形成液体膜x，且推力瓦3不转动；

所述力传递步骤是指：加载机构6提供的加载力依次经加载螺杆61、力传感器56、滑环盖73、空心滑环7后传递至向上延伸部721、向下延伸部711上，再由向上延伸部721、向下延伸部711对应传递至上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82上，然后由上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82传递至轴承座8上，再由轴承座8依次经推力轴4、推力盘2、液体膜x后传递至推力瓦3上，且空心滑环7不转动。

所述推力轴承试验台还包括光源16与摄像机17，且推力盘2采用透明材料制作；所述光源16、摄像机17均位于推力盘2的左侧，光源16、摄像机17均对准推力瓦3；

在旋转步骤、力传递步骤进行之前，先将荧光物质溶入试验液体中，再将光源16、摄像机17对准推力瓦3，然后进行旋转步骤、与力传递步骤，此时，光源16发射的光波能激发试验液体中的荧光物质以使试验液体发出荧光，摄像机17能拍摄并记录荧光的光强，荧光的光强与液体膜x的的厚度成正比，此时，以推力瓦3的瓦面上任意位置的光强即可计算出该位置上液体膜x的厚度。

本发明中进一步的优选方案如下：

本发明中的一号密封圈11优选为唇型密封圈。同时，支撑环10的外侧围与支撑空筒9的右筒端91之间设置有二号密封圈12。

本发明中的推力盘2采用透明材料制作，优选为玻璃。

本发明中的加载机构6输出的轴向力由安装在加载螺杆61上的加载螺母63通过压缩加载弹簧62提供，力的大小由安装在加载螺杆61内端的力传感器56测量并输出，力传感器56通过加载螺杆61与滑环盖73压紧，该压紧力及空心滑环7的初始拉力来源于加载弹簧62的预紧力。推力盘2、推力瓦3之间所形成的液体膜x的厚度由推力盘2的转速和轴向力决定，旋转输出机构13经推力轴4驱动推力盘2转动，推力轴4既可以轴向移动也可以转动。上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82安装在轴承座8和空心滑环7之间，且通过空心滑环7的拉力压紧在轴承座8上，空心滑环7可在导筒5内可轴向滑动，但不能转动。

本发明中导筒5的顶部上开设有贯穿的导筒槽口55，空心滑环7的顶部上开设有贯穿的滑环槽口76，其中，导筒槽口55用于给进冷却水管孔151引入水管，以给径向轴承14冷却，滑环槽口76用于引出力传感器56的数据线。

实施例1：

参见图1―图3，一种液体润滑推力轴承试验台，包括推力盘2与推力瓦3，所述推力盘2的右侧面与推力瓦3的左侧面相互摩擦以形成液体膜x；所述推力轴承试验台还包括推力轴4、支座1、导筒5、加载螺杆61与力传感器56；所述支座1的右侧面与导筒5的左端面相连接，导筒5的右端面与导筒盖51相连接，导筒5内居于支座1、导筒盖51之间的导筒腔52内设置有空心滑环7，该空心滑环7的顶滑壁71、底滑壁72均沿导筒5的内壁进行滑动配合，空心滑环7的右端面与滑环盖73相连接，滑环盖73的左侧面与位于空心滑环7内部的力传感器56的右侧面相抵合（本发明中的“相抵合”是指接触的两个面相互紧紧的压住），力传感器56的中部与加载螺杆61的内端相连接，加载螺杆61的外端依次穿经滑环杆孔74、导筒腔52、导筒杆孔53后与位于导筒5外部的加载机构6相连接，且加载机构6覆盖导筒杆孔53的孔面；所述顶滑壁71的左端与向下延伸部711的顶端相连接，向下延伸部711的底端向下延伸，所述底滑壁72的左端与向上延伸部721的底端相连接，向上延伸部721的顶端向上延伸，直至与向下延伸部711的底端之间形成有延伸夹空75，该延伸夹空75内贯穿而过有推力轴4，该推力轴4的右端与轴承座8的中部相连接，轴承座8左侧面的上下两端分别与上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82的右侧面相接触，上滚动止推轴承81的左侧面与向下延伸部711的左侧面相接触，下滚动止推轴承82的左侧面与向上延伸部721的左侧面相接触，推力轴4的左端依次穿经支座1、支撑环10、摩擦腔y、推力盘2后与位于推力盘2外部的旋转输出机构13相连接，支撑环10的外侧围上套装有支撑空筒9的右筒端91，支撑空筒9的左筒端92经一号密封圈11与推力盘2的外侧围进行密封配合，支撑环10的左侧面上设置有推力瓦3，该推力瓦3与其正对的推力盘2进行摩擦配合。

一种上述液体润滑推力轴承试验台的使用方法，所述使用方法包括旋转步骤与力传递步骤，在旋转步骤、力传递步骤进行时，摩擦腔y内设置有试验液体；

所述旋转步骤是指：旋转输出机构13驱动推力轴4转动，转动的推力盘2与对应的推力瓦3相互摩擦以形成液体膜x，且推力瓦3不转动；

所述力传递步骤是指：加载机构6提供的加载力依次经加载螺杆61、力传感器56、滑环盖73、空心滑环7后传递至向上延伸部721、向下延伸部711上，再由向上延伸部721、向下延伸部711对应传递至上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82上，然后由上滚动止推轴承81、下滚动止推轴承82传递至轴承座8上，再由轴承座8依次经推力轴4、推力盘2、液体膜x后传递至推力瓦3上，且空心滑环7不转动。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

结构上：所述推力轴承试验台还包括光源16与摄像机17，且推力盘2采用透明材料制作；所述光源16、摄像机17均位于推力盘2的左侧，光源16、摄像机17均对准推力瓦3。

方法上：在旋转步骤、力传递步骤进行之前，先将荧光物质溶入试验液体中，再将光源16、摄像机17对准推力瓦3，然后进行旋转步骤、与力传递步骤，此时，光源16发射的光波能激发试验液体中的荧光物质以使试验液体发出荧光，摄像机17能拍摄并记录荧光的光强，荧光的光强与液体膜x的的厚度成正比，此时，以推力瓦3的瓦面上任意位置的光强即可计算出该位置上液体膜x的厚度。

实施例3：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述支撑空筒9的顶面上位于摩擦腔y正上方的部位内开设有冷却水出口管孔93，支撑空筒9的底面上位于摩擦腔y正下方的部位内开设有冷却水进口管孔94。所述支座1右侧面的中部上设置有右凸部15，该右凸部15的内部贯穿而过有推力轴4，且在右凸部15的顶部设置有贯穿的进冷却水管孔151；所述导筒5的底壁上近支座1的部位设置有贯穿的滴漏管孔54。所述支撑环10、支座1、右凸部15的中部共设有同一个径向轴承14，该径向轴承14与其内部穿经而过的推力轴4进行转动配合。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。