專利名稱：航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軸承試驗技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動
性能的試驗方法。
背景技術(shù)：
國內(nèi)航空軸承領(lǐng)域，尤其是航空發(fā)動機(jī)的主軸軸承大多采用高速三點角接觸球軸 承作為支承軸承，這種航空發(fā)動機(jī)用軸承一般都要承受高速、高溫、重載等惡劣工況，在寒 冷地區(qū)使用還要承受低溫、貧油、快速啟動等苛刻工作條件，對軸承極限工作能力和可靠性 水平提出了挑戰(zhàn)。 目前，對于航空發(fā)動機(jī)用軸承的試驗研究主要是進(jìn)行高溫高速壽命試驗和高溫或 是常溫下的斷油、貧油考核試驗。但是在低溫條件下的抗貧油啟動性能的試驗由于難以建 立低溫條件和試驗時間短， 一般不單獨對航空發(fā)動機(jī)用軸承作此試驗，而是隨同發(fā)動機(jī)一 起進(jìn)行試驗。這樣就使得航空發(fā)動機(jī)用軸承的低溫抗貧油啟動性能難以得到獨立準(zhǔn)確的試 驗結(jié)果。 為了分析掌握航空發(fā)動機(jī)用軸承在低溫條件下抗貧油啟動性能，需要專門的試驗 裝置和試驗方法來開展試驗研究，為產(chǎn)品的設(shè)計和理論分析提供真實有效的數(shù)據(jù)參考。而 該技術(shù)目前在國內(nèi)尚屬空白，相關(guān)文獻(xiàn)也未見報道。 隨著我國航空領(lǐng)域的快速發(fā)展，對航空發(fā)動機(jī)用軸承提出了更高的要求，尤其迫 切需要進(jìn)行低溫條件下抗貧油啟動性能試驗技術(shù)的研究。

發(fā)明內(nèi)容
為模擬航空發(fā)動機(jī)用軸承在低溫下的抗貧油啟動的運(yùn)行狀態(tài)，本發(fā)明提供了一種 航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法，該試驗方法是在環(huán)境溫度為_50°〇且 軸承處于貧油狀態(tài)的條件下快速啟動進(jìn)行試驗，能較為真實的模擬航空發(fā)動機(jī)用軸承的實 際使用工況，試驗過程由計算機(jī)實時監(jiān)測試驗主軸轉(zhuǎn)速、軸向載荷、試驗軸承溫升、試驗軸 承振動、電主軸功耗電流和試驗軸承抗貧油運(yùn)行時間試驗參數(shù)，為評價航空發(fā)動機(jī)用軸承 的性能及可靠性提供了科學(xué)依據(jù)。 為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 所述的航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法，是設(shè)計一套實現(xiàn)航空 發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試驗裝置，通過該試驗裝置將兩套試驗軸 承安裝在試驗主軸的兩端，兩套試驗軸承之間用隔套隔開并用螺母備緊試驗軸承內(nèi)圈使 其定位在試驗主軸上，試驗主軸的右輸出端通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電主軸聯(lián)接，試驗主軸右端 安裝的試驗軸承由右支承襯套支承，右支承襯套聯(lián)接有法蘭壓蓋；試驗主軸左端安裝的試 驗軸承由左支承襯套支承，左支承襯套聯(lián)接有軸向加載油缸，軸向加載油缸通過加載套對 試驗軸承外圈實施軸向加載；右支承襯套和左支承襯套的上端聯(lián)接有漏斗狀的壓蓋，右支 承襯套和左支承襯套的下端聯(lián)接有底座，底座上配置噴油咀，漏斗狀的壓蓋、右支承襯套、
3左支承襯套、兩套試驗軸承、隔套以及底座形成一個半封閉的試驗容腔；右支承襯套和左 支承襯套由底座支承，右支承襯套和左支承襯套以及底座固定在機(jī)架上，沿底座和壓蓋四 周安裝防護(hù)罩；在壓蓋的一側(cè)斜插有兩支溫度傳感器，兩支溫度傳感器的測點分別對準(zhǔn)兩 套試驗軸承的外圈；在壓蓋的另一側(cè)斜插有兩支振動傳感器，兩支振動傳感器的測點也分 別對準(zhǔn)兩套試驗軸承的外圈；將_1961:純度為99. 999%的液態(tài)氮通過漏斗狀的壓蓋澆淋 到試驗容腔內(nèi)，利用液態(tài)氮的快速氣化蒸發(fā)吸收大量熱的原理對整個試驗容腔所涉及的 相關(guān)部件進(jìn)行深度冷卻，使試驗容腔內(nèi)的環(huán)境溫度降至-10(TC以下后停止?jié)擦芤簯B(tài)氮，冷 卻過程中緩慢旋轉(zhuǎn)試驗主軸使試驗軸承冷卻均勻，待試驗容腔內(nèi)的環(huán)境溫度從-IO(TC回 升到-5(TC時，啟動潤滑油泵通過噴油咀對兩套試驗軸承噴入少量潤滑油，此時緩慢旋轉(zhuǎn) 試驗主軸一周使?jié)櫥途鶆驀娫趦商自囼炤S承內(nèi)，關(guān)閉潤滑油泵不再供油；試驗時兩套試 驗軸承處于低溫貧油狀態(tài)，啟動液壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)通過軸向加載油缸向兩套試 驗軸承施加一定的軸向載荷，然后啟動電主軸并通過聯(lián)軸器使試驗主軸從0r/min升速到 42000r/min并保持20 40s的試驗時間，在整個試驗過程中計算機(jī)自動監(jiān)測并記錄試驗主 軸的轉(zhuǎn)速、軸向加載油缸的載荷值、兩套試驗軸承的溫度變化值、兩套試驗軸承的振動值、 電主軸的功耗電流和兩套試驗軸承的抗貧油運(yùn)行時間參數(shù)，再關(guān)閉電主軸停止試驗并拆出 兩套試驗軸承，同時將不同時段所測的參數(shù)值以及圍繞這些參數(shù)值的圖像進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù) 分析處理并作出試驗結(jié)論。 實現(xiàn)所述的航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試驗裝置由機(jī)
架、底座、噴油咀、加載套、軸向加載油缸、螺母、左支承襯套、壓蓋、試驗主軸、隔套、右支承襯
套、法蘭壓蓋、防護(hù)罩、聯(lián)軸器和電主軸構(gòu)成，機(jī)架上固定電主軸，電主軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接試驗
主軸，在試驗主軸左、右兩端安裝有試驗軸承，兩套試驗軸承之間用隔套隔開并用螺母備緊試
驗軸承內(nèi)圈使其定位在試驗主軸上，試驗主軸右端安裝的試驗軸承由右支承襯套支承，右支
承襯套聯(lián)接有法蘭壓蓋，試驗主軸左端安裝的試驗軸承由左支承襯套支承，左支承襯套聯(lián)接
有軸向加載油缸，軸向加載油缸通過加載套頂在左端試驗軸承的外圈；右支承襯套和左支承
襯套的上端聯(lián)接有漏斗狀的壓蓋，右支承襯套和左支承襯套的下端聯(lián)接有底座，底座由機(jī)架
支撐，在底座上配置噴油咀；圍繞軸向加載油缸、壓蓋、底座和聯(lián)軸器處設(shè)置防護(hù)罩。 由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性 1、本發(fā)明試驗裝置的底座、壓蓋、右支承襯套、左支承襯套、試驗主軸、隔套、螺 母均采用9Crl8材料，該材料熱膨脹系數(shù)較小，零件精加工時再經(jīng)深冷時效處理，可在溫 度-253t:以下使用，保證在冷卻時變形較小，不影響軸系旋轉(zhuǎn)精度。 2、本發(fā)明的試驗主軸為簡支梁支撐結(jié)構(gòu)，只有兩套試驗軸承支承試驗主軸，易于 實現(xiàn)試驗主軸的高轉(zhuǎn)速，且更能單純的反映出試驗軸承的啟動性能。 3、采用液態(tài)氮的氣化蒸發(fā)吸熱的原理建立低溫條件，先降溫再回升，方法簡單可 行，因此可建立不同溫度的低溫試驗環(huán)境。 4、采用大功率的高速電主軸直接驅(qū)動試驗主軸，電主軸啟動力矩大，升速快，可使 試驗軸承在極短的時間內(nèi)達(dá)到航空發(fā)動機(jī)所要求的極限工作轉(zhuǎn)速，試驗結(jié)果真實可靠。


圖1是實現(xiàn)本發(fā)明試驗方法的試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中l(wèi)-機(jī)架；2-底座；3-噴油咀；4_加載套；5-軸向加載油缸；6_螺母；7-左 支承襯套；8_壓蓋；9_試驗主軸；10-隔套；11-試驗軸承；12_右支承襯套；13_法蘭壓蓋； 14-防護(hù)罩；15-聯(lián)軸器；16-電主軸。
具體實施例方式
結(jié)合圖1，實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試驗裝置由 機(jī)架1 、底座2、噴油咀3、加載套4、軸向加載油缸5、螺母6、左支承襯套7、壓蓋8、試驗主軸 9、隔套10、右支承襯套12、法蘭壓蓋13、防護(hù)罩14、聯(lián)軸器15和電主軸16構(gòu)成，機(jī)架上固 定電主軸，電主軸通過聯(lián)軸器聯(lián)接試驗主軸，在試驗主軸左、右兩端安裝有試驗軸承，兩套 試驗軸承之間用隔套隔開并用螺母備緊試驗軸承內(nèi)圈使其定位在試驗主軸上，試驗主軸右 端安裝的試驗軸承由右支承襯套支承，右支承襯套聯(lián)接有法蘭壓蓋，試驗主軸左端安裝的 試驗軸承由左支承襯套支承，左支承襯套聯(lián)接有軸向加載油缸，軸向加載油缸通過加載套 頂在左端試驗軸承的外圈；右支承襯套和左支承襯套的上端聯(lián)接有漏斗狀的壓蓋，右支承 襯套和左支承襯套的下端聯(lián)接有底座，底座由機(jī)架支撐，在底座上配置噴油咀；圍繞軸向加 載油缸、壓蓋、底座和聯(lián)軸器處設(shè)置防護(hù)罩。 在上述試驗裝置的配合下，本發(fā)明航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗 方法如下 將兩套試驗軸承安裝在試驗主軸的兩端，兩套試驗軸承之間用隔套隔開并用螺母
備緊試驗軸承內(nèi)圈使其定位在試驗主軸上，試驗主軸的右輸出端通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電主軸
聯(lián)接，電主軸通過聯(lián)軸器帶動試驗主軸旋轉(zhuǎn)，為試驗軸承提供轉(zhuǎn)速；試驗主軸右端安裝的試
驗軸承由右支承襯套支承，右支承襯套聯(lián)接有法蘭壓蓋；試驗主軸左端安裝的試驗軸承由
左支承襯套支承，左支承襯套聯(lián)接有軸向加載油缸，軸向加載油缸在液壓力的作用下推動
活塞通過加載套對試驗軸承的外圈施加軸向載荷；右支承襯套和左支承襯套的上端聯(lián)接有
漏斗狀的壓蓋，右支承襯套和左支承襯套的下端聯(lián)接有底座，底座上配置噴油咀，漏斗狀的
壓蓋、右支承襯套、左支承襯套、兩套試驗軸承、隔套以及底座形成一個半封閉的試驗容腔；
右支承襯套和左支承襯套由底座支承，右支承襯套和左支承襯套以及底座固定在機(jī)架上，
沿底座和壓蓋四周安裝防護(hù)罩，防止高速旋轉(zhuǎn)和低溫傷人；在壓蓋的一側(cè)斜插有兩支溫度
傳感器，兩支溫度傳感器的測點分別對準(zhǔn)兩套試驗軸承的外圈，用來測試兩套試驗軸承在
試驗時的溫升變化；在壓蓋的另一側(cè)斜插有兩支振動傳感器，兩支振動傳感器的測點也分
別對準(zhǔn)兩套試驗軸承的外圈，用來測試兩套試驗軸承在試驗時的振動變化。 將-196t:純度為99. 999%的液態(tài)氮通過漏斗狀的壓蓋澆淋到試驗容腔內(nèi)，利用
液態(tài)氮的快速氣化蒸發(fā)吸收大量熱的原理對整個試驗容腔所涉及的相關(guān)部件進(jìn)行深度冷
卻，使試驗容腔內(nèi)的環(huán)境溫度降至-IO(TC以下后停止?jié)擦芤簯B(tài)氮，冷卻過程中緩慢旋轉(zhuǎn)試
驗主軸使試驗軸承冷卻均勻，待試驗容腔內(nèi)的環(huán)境溫度從-IO(TC回升到-50°C時，啟動潤
滑油泵通過噴油咀向兩套試驗軸承噴入少量潤滑油，此時緩慢旋轉(zhuǎn)試驗主軸一周使?jié)櫥?br> 均勻噴在兩套試驗軸承內(nèi)，關(guān)閉潤滑油泵不再供油，試驗軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時僅靠內(nèi)部結(jié)構(gòu)所能殘
存的潤滑油提供潤滑，模擬航空發(fā)動機(jī)用軸承的實際貧油工況，使兩套試驗軸承處于低溫
貧油狀態(tài)，啟動液壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)通過軸向加載油缸向兩套試驗軸承施加一定
的軸向載荷，然后啟動電主軸并通過聯(lián)軸器使試驗主軸從Or/min升速到最高轉(zhuǎn)速42000r/min并保持20 40s的試驗時間，在整個試驗過程中計算機(jī)自動監(jiān)測并記錄試驗主軸的轉(zhuǎn) 速、軸向加載油缸的載荷值、兩套試驗軸承的溫度變化值、兩套試驗軸承的振動值、電主軸 的功耗電流和兩套試驗軸承的抗貧油運(yùn)行時間參數(shù)，再關(guān)閉電主軸停止試驗并拆出兩套試 驗軸承，同時將不同時段所測的參數(shù)值以及圍繞這些參數(shù)值的圖像進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù)分析處 理并作出試驗結(jié)論。 本發(fā)明采用耐低溫不銹鋼材料設(shè)計試驗裝置，利用液態(tài)氮的快速氣化蒸發(fā)吸熱 的原理對整個試驗裝置進(jìn)行深度冷卻，使試驗裝置的環(huán)境溫度降至-IO(TC以下后停止冷 卻，接著用潤滑油泵通過噴油嘴噴入試驗軸承內(nèi)部少量潤滑油模擬貧油狀態(tài)，待環(huán)境溫度 從-IO(TC回升到-5(rC時由轉(zhuǎn)速為48000r/min的大功率高速電主軸直接驅(qū)動試驗軸系旋 轉(zhuǎn)進(jìn)行試驗，試驗過程由計算機(jī)自動監(jiān)測并記錄試驗過程中的試驗主軸的轉(zhuǎn)速、軸向加載 油缸的載荷值、兩套試驗軸承的溫度變化值、兩套試驗軸承的振動值、電主軸的功耗電流和 兩套試驗軸承的抗貧油運(yùn)行時間參數(shù)。試驗結(jié)束后，停機(jī)拆出試驗樣品，并在計算機(jī)軟件中 導(dǎo)出試驗過程的試驗數(shù)據(jù)和圖像，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和試驗判定。 本發(fā)明能較為真實的模擬軸承的貧油狀態(tài)，將進(jìn)一步提高我國航空發(fā)動機(jī)用軸承 的試驗?zāi)芰Γ钛a(bǔ)了國內(nèi)該技術(shù)的空白，滿足了行業(yè)對此項技術(shù)的需求，該試驗方法也可適 用其他類型軸承的低溫抗貧油啟動性能試驗，具有很高的社會價值和很廣闊市場經(jīng)濟(jì)前
旦 足。
權(quán)利要求
一種航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法，其特征在于先設(shè)計一套實現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試驗裝置，通過該試驗裝置將兩套試驗軸承安裝在試驗主軸的兩端，兩套試驗軸承之間用隔套隔開并用螺母備緊試驗軸承內(nèi)圈使其定位在試驗主軸上，試驗主軸的右輸出端通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電主軸聯(lián)接，試驗主軸右端安裝的試驗軸承由右支承襯套支承，右支承襯套聯(lián)接有法蘭壓蓋；試驗主軸左端安裝的試驗軸承由左支承襯套支承，左支承襯套聯(lián)接有軸向加載油缸，軸向加載油缸通過加載套對試驗軸承外圈實施軸向加載；右支承襯套和左支承襯套的上端聯(lián)接有漏斗狀的壓蓋，右支承襯套和左支承襯套的下端聯(lián)接有底座，底座上配置噴油咀，漏斗狀的壓蓋、右支承襯套、左支承襯套、兩套試驗軸承、隔套以及底座形成一個半封閉的試驗容腔；右支承襯套和左支承襯套由底座支承，右支承襯套和左支承襯套以及底座固定在機(jī)架上，沿底座和壓蓋四周安裝防護(hù)罩；在壓蓋的一側(cè)斜插有兩支溫度傳感器，兩支溫度傳感器的測點分別對準(zhǔn)兩套試驗軸承的外圈；在壓蓋的另一側(cè)斜插有兩支振動傳感器，兩支振動傳感器的測點也分別對準(zhǔn)兩套試驗軸承的外圈；將-196℃純度為99.999％的液態(tài)氮通過漏斗狀的壓蓋澆淋到試驗容腔內(nèi)，利用液態(tài)氮的快速氣化蒸發(fā)吸收大量熱的原理對整個試驗容腔所涉及的相關(guān)部件進(jìn)行深度冷卻，使試驗容腔內(nèi)的環(huán)境溫度降至-100℃以下后停止?jié)擦芤簯B(tài)氮，冷卻過程中緩慢旋轉(zhuǎn)試驗主軸使試驗軸承冷卻均勻，待試驗容腔內(nèi)的環(huán)境溫度從-100℃回升到-50℃時，啟動潤滑油泵通過噴油咀對兩套試驗軸承噴入少量潤滑油，此時緩慢旋轉(zhuǎn)試驗主軸一周使?jié)櫥途鶆驀娫趦商自囼炤S承內(nèi)，關(guān)閉潤滑油泵不再供油；試驗時兩套試驗軸承處于低溫貧油狀態(tài)，啟動液壓加載系統(tǒng)，液壓加載系統(tǒng)通過軸向加載油缸向兩套試驗軸承施加一定的軸向載荷，然后啟動電主軸并通過聯(lián)軸器使試驗主軸從0r/min升速到42000r/min并保持20～40s的試驗時間，在整個試驗過程中計算機(jī)自動監(jiān)測并記錄試驗主軸的轉(zhuǎn)速、軸向加載油缸的載荷值、兩套試驗軸承的溫度變化值、兩套試驗軸承的振動值、電主軸的功耗電流和兩套試驗軸承的抗貧油運(yùn)行時間參數(shù)，再關(guān)閉電主軸停止試驗并拆出兩套試驗軸承，同時將不同時段所測的參數(shù)值以及圍繞這些參數(shù)值的圖像進(jìn)行計算機(jī)數(shù)據(jù)分析處理并作出試驗結(jié)論。
2. 實現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試 驗裝置，其特征在于該試驗裝置由機(jī)架(D、底座(2)、噴油咀(3)、加載套(4)、軸向加載油 缸(5)、螺母(6)、左支承襯套(7)、壓蓋(8)、試驗主軸(9)、隔套(10)、右支承襯套(12)、法 蘭壓蓋(13)、防護(hù)罩(14)、聯(lián)軸器(15)和電主軸(16)構(gòu)成，機(jī)架(1)上固定電主軸(16)， 電主軸(16)通過聯(lián)軸器(15)聯(lián)接試驗主軸(9)，在試驗主軸左、右兩端安裝有試驗軸承 (ll)，兩套試驗軸承之間用隔套(10)隔開并用螺母(6)備緊試驗軸承內(nèi)圈使其定位在試驗 主軸(9)上，試驗主軸(9)右端安裝的試驗軸承由右支承襯套(12)支承，右支承襯套(12) 聯(lián)接有法蘭壓蓋(13)，試驗主軸(9)左端安裝的試驗軸承由左支承襯套(7)支承，左支承襯 套(7)聯(lián)接有軸向加載油缸(5)，軸向加載油缸(5)通過加載套(4)頂在左端試驗軸承的外 圈；右支承襯套(12)和左支承襯套(7)的上端聯(lián)接有漏斗狀的壓蓋(8)，右支承襯套(12) 和左支承襯套(7)的下端聯(lián)接有底座(2)，底座(2)由機(jī)架(1)支撐，在底座(2)上配置噴 油咀(3);圍繞軸向加載油缸(5)、壓蓋(S)、底座(2)和聯(lián)軸器(15)處設(shè)置防護(hù)罩(14)。
全文摘要
一種航空發(fā)動機(jī)用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法是設(shè)計試驗裝置，將兩套試驗軸承安裝在試驗主軸，試驗主軸通過聯(lián)軸器與電主軸聯(lián)接，右端試驗軸承由右支承襯套支承，左端試驗軸承由左支承襯套支承，軸向加載油缸通過加載套對試驗軸承外圈實施加載。右支承襯套和左支承襯套的上端聯(lián)接壓蓋，其下端聯(lián)接底座并配置噴油咀。將-196℃純度為99.999％的液態(tài)氮通過壓蓋澆淋到試驗容腔內(nèi)，當(dāng)試驗容腔降至-100℃以下停止?jié)擦埽囼炄萸粡?100℃回升到-50℃時通過噴油咀噴入少量潤滑油，啟動軸向加載油缸，電主軸從0r/min升速到42000r/min并保持20～40s的試驗時間，由計算機(jī)自動監(jiān)測并記錄。
文檔編號G01M15/02GK101738313SQ20091022745
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者張同賀, 張金煥, 王健, 程旭彥, 許冬冬, 陳后清 申請人:洛陽軸研科技股份有限公司