一种中介轴承振动试验装置的制作方法

本发明属于滚动轴承试验领域，尤其涉及一种中介轴承振动试验装置。

背景技术：

中介轴承用于连接、支撑航空发动机低压转子和高压转子，处于高温、高转速、复杂载荷环境中，经常出现振动过大或过热烧伤等故障，已经成为航空发动机薄弱环节。中介轴承工作时内外圈同时旋转，其振动特性与传统轴承的单内圈或单外圈旋转存在极大的差别，此外中介轴承处于一个高温环境，工作温度高达150℃以上，温度变化也会引起轴承振动特性变化，同时转子系统重力以及转子叶片产生的径向力影响着中介轴承内部滚动承载区域以及每个滚子载荷也会影响着轴承振动特性，需要考虑内外圈转动、温度以及载荷来开展中介轴承振动试验，因此迫切需要一种具有温度环境以及载荷模拟的中介轴承振动性能试验装置。

目前，虽然一些厂家或专家提出了一些中介轴承振动测试试验台。例如专利：一种内外转子系统的振动试验装置(cn201724799u)、双转子故障模拟实验装置(cn103759934b)、航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置(cn105651515b)以上专利都是在试验台上轴承座上安装振动传感器测得中介轴承的振动信号，测试信号存在很大误差，同时试验台其他装置如联轴器、支撑滚动轴承等振动会干扰中介轴承的振动，影响振动信号采集的准确性。如专利基于双转子简化动力学模型设计航空发动机仿真实验台(cn20151081686)、航空发动机中介轴承双转子试验台加载方法(cn105841960b)支撑采用滚动轴承，电机与转子之间的采用联轴器连接，没有考虑振动隔离的措施。而且以上中介轴承试验台均不能实现中介轴承在高温环境下模拟。

此外，目前中介轴承试验器普遍存在以下问题：(1)难以模拟复杂的载荷和高温工作环境。(2)没有采用振动隔离措施，如支撑轴承采用滚动轴承或电机与转子采用联轴器连接，电机内部的振动传递给转子系统，振动采集数据存在大量的干扰信号。(3)不能避免引入干扰信号的条件下有效对轴承施加径向载荷，由于中介内外圈同时旋转，需要额外增加过渡滚动轴承施加径向载荷，但也会增加滚动轴承产生干扰信号。(4)中介轴承振动测试多是测试轴承座来表征，没有直接测试到中介轴承本体，而实际过程中介轴承的振动传递到轴承座存在复杂传递路径，导致振动信号发生变化，不能有效分析中介轴承的振动特征。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中上述不足，提出一种中介轴承振动试验装置，实现中介轴承温度环境、载荷特征的模拟，同时避免其他部件对中介轴承振动信号干扰，所提出中介轴承测试方法直接测试轴承本体内外圈表面振动，能够有效分析中介轴承本体振动特征。

本发明的技术方案为：

一种中介轴承振动试验装置，所述的中介轴承振动试验装置包括试验台基座1、高压转子系统2、低压转子系统4、测试系统5、载荷模拟装置6和温度环境模拟装置7，所述的高压转子系统2、低压转子系统4、测试系统5、载荷模拟装置6和温度环境模拟装置7设置于试验台基座1上；所述的高压转子系统2和低压转子系统4用于使中介轴承3的内、外套圈以不同的速度旋转；所述的测试系统5用于测试传输、采集中介轴承3的振动信号；载荷模拟装置6用于模拟中介轴承3受到的离心载荷和径向载荷；所述的温度环境模拟装置7用于模拟中介轴承3的高温环境；其中：

所述的高压转子系统2包括高速轴驱动电机21、高速轴柔性联轴器22、第一滑动轴承23、高速轴24、外圈压盖25、第一滑动轴承座26和高速轴驱动电机底座27；高速轴驱动电机底座27和第一滑动轴承座26的上表面分别连接高速轴驱动电机21和第一滑动轴承23，高速轴驱动电机底座27和第一滑动轴承座26的下表面与试验台基座1连接；第一滑动轴承23用于支撑高速轴24，所述的高速轴柔性联轴器22将高速轴驱动电机21的主动轴与高速轴24的一端连接；外圈压盖25连接固定于高速轴24的另一端，用于压紧中介轴承3的外圈，使中介轴承3外圈随高速轴24同步转动；所述的外圈压盖25在其内圈四周开有四个长方形槽孔；所述高速轴24为空心轴，两端侧壁上分别开设有高速轴前端通孔241和高速轴后端通孔242，高速轴前端通孔241和高速轴后端通孔242与空心轴形成通路；

所述的低压转子系统4包括低速轴驱动电机41、低速轴柔性联轴器42、第三滑动轴承43、低速轴44、第二滑动轴承45、内圈压盖46、第二滑动轴承座47、第三滑动轴承座48和低速轴驱动电机底座49；所述的低速轴驱动电机底座49、第二滑动轴承座47和第三滑动轴承座48的上表面分别连接低速轴驱动电机41、第二滑动轴承45和第三滑动轴承43；第二滑动轴承45和第三滑动轴承43用于支撑整个低压转子系统4；所述的低速轴柔性联轴器42将低速轴驱动电机41的主动轴与低速轴44的一端连接，低速轴44的另一端连接内圈压盖46，其压住中介轴承3的内圈，使中介轴承3内圈随低压转子系统4同步转动；所述的低速轴44为空心轴，低速轴44的一端侧壁开设有低速轴前端通孔441，另一端侧壁上开设有长方形槽孔，低速轴44的低速轴前端通孔441、长方形槽孔和空心轴形成通路；在所述内圈压盖46上，与低速轴44的长方形槽孔相应位置处开有同样大小的长方形槽孔；

所述的测试系统5包括低速轴电滑环51、高速轴电滑环52、采集装置53、电脑54、内圈传感器55和外圈传感器56；所述的低速轴电滑环51设置在低速轴联轴器42和低速轴前端通孔441之间，并固定在低速轴44上；内圈传感器55的应变片设置在中介轴承3的内圈上，穿过内圈压盖46和低速轴44的长方形槽孔，进入低速轴44空心轴内，由低速轴前端通孔441穿出并接入低速轴电滑环51的内圈引线中；高速轴电滑环52设置在高速轴联轴器22和高速轴前端通孔241之间，并固定在高速轴24上，外圈传感器56的应变片设置在中介轴承3的外圈上，穿过外圈压盖25的长方形槽孔，再穿过高速轴后端通孔242，进入高速轴24空心轴内，由高速轴前端通孔241穿出并接入高速轴电滑环52的内圈引线中；测试线路从低速轴电滑环51和高速轴电滑环52的外圈引出，连在采集装置53上，最后接入电脑54；

所述的载荷模拟装置6包括离心载荷加载装置61和径向载荷加载装置62；离心载荷加载装置61具有多个离心加载盘分别固定于高速轴24和低速轴44上，离心加载盘上具有多个孔，用于设置不平衡量，通过改变离心加载盘的不平衡质量来模拟中介轴承3的离心载荷；径向载荷加载装置62安装在试验台基座1的上方，并与离心加载盘位置相对应，径向载荷加载装置62与离心加载盘间存在间隙，径向载荷加载装置62为非接触式电磁加载，通过改变电磁加载装置的电流大小改变径向载荷的大小。

所述的温度环境模拟装置7为左右分体式结构，其包括保温箱71和设置于保温箱71内部的加热电阻丝72，保温箱71的前后侧壁开设有通孔，用于高压转子系统2和低压转子系统4穿过，以将中介轴承3容纳于保温箱71中，模拟中介轴承3在高温环境下的工作状态。

进一步地，所述的第一滑动轴承23、第二滑动轴承45和第三滑动轴承43均为滑动轴承，以避免干扰中介轴承3测试频率。

进一步地，所述的高速轴柔性联轴器22和低速轴柔性联轴器42仅传递扭矩，不传递径向振动，用于隔离高速轴驱动电机21和低速轴驱动电机41的振动传递给中介轴承3。

进一步地，所述的高速轴柔性联轴器22一面有凸槽，该凸槽套在高速轴24的一端，并通过螺栓连接，固定于高速轴24上。

进一步地，所述的低速轴柔性联轴器42一面有凸槽，凸槽套在低速轴44的前端，并通过螺栓连接，固定于低速轴44上。

本发明的效果和益处是：

1)本发明提供的中介轴承振动试验装置采用了柔性联轴器与滑动轴承，实现了振动隔离，避免了驱动系统、支撑装置振动对中介轴承振动干扰；

2)本发明提供的中介轴承振动试验装置的载荷模拟采用离心加载盘和电磁加载装置，避免径向载荷施加过程中干扰；

3)本发明提供的中介轴承振动试验装置传感器可以直接布置在中介轴承本体内外圈，有效获取中介轴承振动信号；

4)本发明提供的中介轴承振动试验装置采用温度环境模拟装置模拟中介轴承工作时高温环境。

附图说明

图1：中介轴承振动试验装置总体结构图；

图2：中介轴承振动试验装置高压转子系统主视图；

图3(a)：中介轴承振动试验装置高速轴结构三维爆炸图；

图3(b)：中介轴承振动试验装置高速轴结构剖视图；

图3(c)：中介轴承振动试验装置外圈压盖结构主视图；

图3(d)：中介轴承振动试验装置外圈压盖结构左视图；

图4：中介轴承振动试验装置低压转子系统主视图；

图5(a)：中介轴承振动试验装置低速轴结构三维爆炸图；

图5(b)：中介轴承振动试验装置低速轴结构剖视图；

图6(a)：中介轴承振动试验装置测试系统主视图；

图6(b)：中介轴承振动试验装置测试系统剖视图；

图6(c)：中介轴承振动试验装置中介轴承内圈传感器安装位置图；

图6(d)：中介轴承振动试验装置中介轴承外圈传感器安装位置图；

图7：中介轴承振动试验装置载荷模拟装置主视图；

图8：中介轴承振动试验装置温度环境模拟装置总体结构图。

图中：1试验台基座；2高压转子系统；3中介轴承；4低压转子系统；5测试系统；6载荷模拟装置；7温度环境模拟装置；21高速轴驱动电机；22高速轴柔性联轴器；23第一滑动轴承；24高速轴；25外圈压盖；26第一滑动轴承座；27高速轴驱动电机底座；241高速轴前端通孔；242高速轴后端通孔；41低速轴驱动电机；42低速轴柔性联轴器；43第三滑动轴承；44低速轴；45第二滑动轴承；46内圈压盖；47第二滑动轴承座；48第三滑动轴承座；49低速轴驱动电机底座；441低速轴前端通孔；51低速轴电滑环；52高速轴电滑环；53采集装置；54电脑；55内圈传感器；56外圈传感器；61离心载荷加载装置；62径向载荷加载装置；71保温箱；72加热电阻丝。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

结合图1，中介轴承振动试验装置包括试验台基座1、高压转子系统2、低压转子系统4、测试系统5、载荷模拟装置6、温度环境模拟装置7。试验台基座1用于支撑和安装固定其他试验装置。高压转子系统2、低压转子系统4用于使中介轴承3内、外套圈以不同的速度旋转。中介轴承3为被试轴承。测试系统5用于测试传输、采集中介轴承3的振动信号。载荷模拟装置6用于模拟中介轴承3受到的离心载荷和径向载荷。温度环境模拟装置7用于模拟中介轴承3的高温环境。

图2为高压转子系统的驱动装置、连接装置、支撑装置及夹紧装置的安装、布置。结合图2，高压转子系统2包括高速轴驱动电机21、高速轴柔性联轴器22、第一滑动轴承23、高速轴24、外圈压盖25、第一滑动轴承座26、高速轴驱动电机底座27。高速轴驱动电机底座27和第一滑动轴承座26的上表面分别通过螺栓连接安装固定高速轴驱动电机21和第一滑动轴承23。高速轴驱动电机底座27和第一滑动轴承座26的下表面与试验台基座1连接。高速轴驱动电机21用于驱动高压转子系统2的旋转。第一滑动轴承23用于支撑高速轴24，此处用滑动轴承代替之前的滚动轴承，避免试验过程支撑滚动轴承振动频率会干扰中介轴承3测试频率。高速轴驱动电机21的主动轴通过平键连接安装高速轴柔性联轴器22，通过高速轴柔性联轴器22将高速轴驱动电机21的主动轴与高速轴24的一端连接。高速轴柔性联轴器22只传递扭矩，不传递径向振动，用于隔离高速轴驱动电机21的振动传递给中介轴承3，减少其振动频率对中介轴承3振动测试干扰。外圈压盖25通过螺栓连接固定于高速轴24的另一端，即高压转子系统2末端，用于压紧中介轴承3的外圈，使中介轴承3外圈随高速轴24同步转动。试验中通过控制高速轴驱动电机21转速，实现控制中介轴承3外圈转速。

图3(a)、图3(b)、图3(c)和图3(d)为高速轴24和外圈压盖25的结构特征示意图。结合图3(a)、图3(b)，高速轴柔性联轴器22一面有凸槽，该凸槽套在高速轴24的前端，并通过螺栓连接，固定于高速轴24上。所述高速轴24为空心轴。高速轴24的前端和后端侧壁上分别开有同样大小的高速轴前端通孔241和高速轴后端通孔242。高速轴24的高速轴前端通孔241和高速轴后端通孔242和空心轴形成通路。结合图3(a)、图3(c)和图3(d)，所述外圈压盖25在其内圈四周开有四个长方形槽孔，并且槽孔的垂直高度高于中介轴承3外圈的内径。装配时，高速轴24连接外圈压盖25的一端设置有槽孔，中介轴承3外圈装入高速轴24末端的槽孔内。外圈压盖25为圆环形，外圈压盖25通过螺栓与高速轴24的端面连接，以紧紧压住中介轴承3的外圈。

图4为低压转子系统的驱动装置、连接装置、支撑装置及夹紧装置的安装、布置。结合图4，低压转子系统4包括低速轴驱动电机41、低速轴柔性联轴器42、第三滑动轴承43、低速轴44、第二滑动轴承45、内圈压盖46、第二滑动轴承座47、第三滑动轴承座48和低速轴驱动电机底座49。低压转子系统4在驱动、连接、和支撑装置的安装和功能与高压转子系统2相类似。低速轴驱动电机底座49、第二滑动轴承座47和第三滑动轴承座48的上表面分别使用螺栓连接安装固定了低速轴驱动电机41、第二滑动轴承45和第三滑动轴承43。低速轴驱动电机41用于驱动低压转子系统4的旋转。两个滑动轴承在功能上与第一滑动轴承23相同，用于支撑整个低压转子系统4，减少对中介轴承内圈振动频率的干扰。低速轴驱动电机41的主动轴通过平键连接安装低速轴柔性联轴器42。低速轴柔性联轴器42在功能上与高速轴柔性联轴器22相同，减少对中介轴承3内圈振动的干扰。低速轴44后端通过螺纹连接安装了内圈压盖46，其紧压住中介轴承3的内圈，使中介轴承3内圈随低压转子系统4同步转动。通过控制低速轴驱动电机41转速控制中介轴承3内圈的转速。

图5(a)、图5(b)为低速轴44和内圈压盖46的结构特征示意图。结合图5(a)、图5(b)，低速轴44和高速轴24结构特征相似。低速轴柔性联轴器42一面有凸槽，凸槽套在低速轴44的前端，并通过螺栓连接，固定于低速轴44上。低速轴44为空心轴。低速轴44的前端开有低速轴前端通孔441，后端开有长方形槽孔。低速轴44前端的低速轴前端通孔441、后端的槽孔和空心轴孔形成通路。所述内圈压盖46和低速轴44后端同一位置处开有同样大小的长方形槽孔。装配时，中介轴承3内圈套在低速轴44末端的轴上并采用内圈压盖46固定压紧，内圈压盖46的长方形槽孔和低速轴44的长方形槽孔的位置相对应，内圈压盖46通过螺纹连接低速轴44的端面，以紧紧压住中介轴承3内圈。

结合图6(a)、图6(b)、图6(c)和图6(d)测试系统5包括低速轴电滑环51、高速轴电滑环52、采集装置53、电脑54、内圈传感器55和外圈传感器56。低速轴电滑环51安装在低速轴联轴器42和低速轴44前端的低速轴前端通孔441之间，并固定在低速轴44上。内圈传感器55的应变片安装在中介轴承3的内圈上，穿过内圈压盖46和低速轴44后端的长方形槽孔内，进入低速轴44空心轴内，穿出低速轴44前端的低速轴前端通孔441并接入低速轴电滑环51的内圈引线中。高速轴电滑环52安装在高速轴联轴器22和高速轴前端的高速轴前端通孔241之间，并固定在高速轴24上。外圈传感器56的应变片安装在中介轴承3的外圈上，穿过外圈压盖25的槽孔，再穿过高速轴24后端的高速轴后端通孔242，进入高速轴24空心轴内，穿出高速轴24前端的高速轴前端通孔241并接入高速轴电滑环52的内圈引线中。测试线路从低速轴电滑环51和高速轴电滑环52的外圈引出，连在采集装置53上，最后接入电脑54。工作时，高压转子系统2、低压转子系统4带动中介轴承3的内外圈、低速轴电滑环51的内圈、高速轴电滑环52的内圈、测试线路、内圈传感器55、外圈传感器56同步转动，同时低速轴电滑环51的外圈、高速轴电滑环52的外圈不转动。低速轴电滑环51的内圈、高速轴电滑环52的内圈将中介轴承3的振动信号分别传输到低速轴电滑环51的外圈、高速轴电滑环52的外圈，并将采集的信号再传入采集装置53，最后在电脑54显示，进行分析和处理。

结合图7，载荷模拟装置6包括离心载荷加载装置61、径向载荷加载装置62。离心载荷加载装置61具有多个离心加载盘分别固定于高速轴24和低速轴44上，离心加载盘上具有多个孔，用于设置不平衡量。径向载荷加载装置62安装在试验台基座1的上方，并与离心加载盘对应，径向载荷加载装置62和离心加载盘间存在间隙。离心载荷加载装置61通过改变离心加载盘的不平衡质量来模拟中介轴承3的离心载荷。径向载荷加载装置62为非接触式电磁加载，通过改变电磁加载装置的电流大小改变径向载荷的大小，电磁加载装置非接触式加载，避免加载过程中对中介轴承3振动产生干扰，径向载荷加载装置62可以沿转轴轴向移动，移动到不同加载盘上，模拟不同载荷位置载荷。

结合图8，温度环境模拟装置7为左右分体式结构，方便被试件的安装；温度环境模拟装置7包括保温箱71和加热电阻丝72，左右两保温箱71连接成一体，保温箱71的前后两侧壁具有通孔，并与高压转子系统2和低压转子系统4存在间隙，用于高压转子系统2和低压转子系统4穿过，以将中介轴承3容纳于保温箱71中，共同形成加热装置。控制加热电阻丝72发热，达到中介轴承3需要模拟温度，模拟中介轴承3在高温环境下的工作状态。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。