專利名稱：氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械加載技術(shù)，用于研究各種超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械支承軸 承靜、動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)機(jī)械支承的核心部件是軸 承。目前常用的軸承類型有油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承、陶瓷軸承、電磁軸承、氣體軸承等。 氣體軸承是20世紀(jì)中期迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高科技產(chǎn)品，它與傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承或油質(zhì)滑 動(dòng)軸承相比，具有高轉(zhuǎn)速、高精度、低功耗、無(wú)污染、壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛 應(yīng)用于國(guó)防、能源、機(jī)床及醫(yī)療等行業(yè)，尤其是在超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和超精密儀器技術(shù)領(lǐng)域更 有明顯的優(yōu)越性。氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能是關(guān)系到超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械靜、動(dòng)態(tài)性能，可靠性、穩(wěn)定 性和壽命等核心品質(zhì)的關(guān)鍵因素。因此對(duì)氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究工作是超高速 旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)展的必經(jīng)步驟之一。超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械實(shí)驗(yàn)研究的主要目的是測(cè)試氣體軸承的 靜、動(dòng)態(tài)特性，即氣體軸承的靜態(tài)剛度、動(dòng)態(tài)剛度、阻尼等。由于氣體軸承摩擦功耗極低，因 此其阻尼較小，因此主要關(guān)心氣體軸承靜、動(dòng)態(tài)剛度指標(biāo)。對(duì)于氣體軸承靜、動(dòng)態(tài)剛度進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，一般需要滿足以下幾個(gè)條件(1)靜態(tài)加載力穩(wěn)定，容易控制。靜態(tài)加載需要在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行下進(jìn)行施加，且靜 態(tài)加載力本身需要穩(wěn)定，容易控制和實(shí)現(xiàn)。( 動(dòng)態(tài)加載力的大小和頻率可變。動(dòng)態(tài)加載需要在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行下進(jìn)行施加，動(dòng) 態(tài)加載力的大小、頻率可變，且具有一定的調(diào)頻范圍；氣體軸承的動(dòng)態(tài)剛度是衡量氣體軸 承性能的最重要參數(shù)；氣體軸承在動(dòng)態(tài)激振下的測(cè)試的剛度才是氣體軸承的動(dòng)態(tài)剛度，且 氣體軸承的動(dòng)態(tài)剛度隨動(dòng)態(tài)加載的頻率變化而變化。動(dòng)態(tài)剛度和靜態(tài)剛度相差很大。(3)保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)各氣體軸承處于完全對(duì)中狀態(tài)。由于氣體軸承工作間隙在 20-50um之間，如果實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)臺(tái)加工和安裝過(guò)程中徑向同軸度、徑向 平行度出現(xiàn)較大誤差，直接導(dǎo)致了氣體軸承偏心率與實(shí)際情況不符，而氣體軸承剛度與偏 心率呈非線性關(guān)系，因此實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的對(duì)中狀態(tài)(包括軸向平行度、徑向平行度，下同)嚴(yán) 重影響氣體軸承剛度測(cè)試的精度，嚴(yán)重影響氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。(4)實(shí)驗(yàn)臺(tái)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、拆裝方便、可重復(fù)性好。由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的氣體軸承是實(shí)驗(yàn) 對(duì)象，它們工作在高轉(zhuǎn)速和各種變工況下，也是易損部件，在試驗(yàn)過(guò)程中，需要經(jīng)常更換不 同參數(shù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象即氣體軸承；因此，實(shí)驗(yàn)臺(tái)還需要具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，拆裝方便，方便更換實(shí) 驗(yàn)軸承、損壞的軸承，各種狀態(tài)具有可對(duì)比性、可重復(fù)性等苛刻要求。目前對(duì)于各種軸承，尤其是超高速氣體軸承進(jìn)行測(cè)試的實(shí)驗(yàn)臺(tái)均不具備以上特 點(diǎn)。其功能、精度等存在較大問(wèn)題。專利申請(qǐng)徑向動(dòng)靜壓氣體軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)，申請(qǐng)?zhí)?00820(^8010. 6，見(jiàn)圖1所示，其主要內(nèi)容如下它由底座1、測(cè)試軸承2、測(cè)試主軸3、支桿4、導(dǎo)向套5、調(diào)力螺桿6、拉力傳感器7、拉 力彈簧8、加載軸承9、支架10、支座11構(gòu)成。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在測(cè)試氣體軸承靜態(tài)特性、保證靜態(tài) 加載力均勻方面，具有較高的實(shí)用性，但存在以下3個(gè)主要問(wèn)題(1)無(wú)法實(shí)現(xiàn)軸承的動(dòng)態(tài)加載，即動(dòng)態(tài)加載力的頻率無(wú)法改變。因此無(wú)法獲得氣 體軸承的動(dòng)態(tài)剛度性能。該性能是氣體軸承最重要的評(píng)價(jià)參數(shù)。(2)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的兩個(gè)對(duì)稱布置的加載軸承(原文編號(hào)9)和一個(gè)測(cè)試軸承(原文編號(hào) 2)分別位于三個(gè)不同的軸承座(軸承的支撐裝置)上，且加載軸承和測(cè)試軸承結(jié)構(gòu)不盡相 同，這就導(dǎo)致三個(gè)軸承的軸心難以保證要求的同軸度，即加工和安裝過(guò)程中，均難以實(shí)現(xiàn)要 求的同軸度。氣體軸承氣膜間隙即偏心一般在20-50um之間，因此實(shí)驗(yàn)臺(tái)的三個(gè)氣體軸承 的偏心無(wú)法保證在要求的精度范圍內(nèi)，而氣體軸承的偏心直接影響到氣體軸承的剛度，氣 體軸承的剛度測(cè)量結(jié)果存在較大誤差。(3)當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)軸承出現(xiàn)問(wèn)題或由于其他原因需要更換時(shí)，無(wú)法保證原來(lái)的狀態(tài)，實(shí) 驗(yàn)臺(tái)可重復(fù)性較差。專利申請(qǐng)軸承加載裝置，申請(qǐng)?zhí)?00620041080. 6，見(jiàn)圖2所示，其主要內(nèi)容如 下它由壓圈1、擋圈2、支撐圈3、加載螺釘4、加載力傳感器5組成；主要采用滾珠軸承加 載，決定了其適用場(chǎng)合為低速、短壽命，且無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)軸承進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，即不能改變加載 的頻率。因此，該實(shí)用新型不適用于氣體軸承支承的超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加 載。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型克服了上述軸承加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)的不足，提出氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加 載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有以下特點(diǎn)(1)靜態(tài)加載力大小穩(wěn)定、可變，容易控制，且可以在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行下加載(通常 大于7萬(wàn)轉(zhuǎn)/分)。(2)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在各轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)加載，動(dòng)態(tài)加載力的大小和頻率可變，
具有一定的調(diào)頻范圍。(3)保證實(shí)驗(yàn)臺(tái)各氣體軸承處于完全對(duì)中狀態(tài)。(4)實(shí)驗(yàn)臺(tái)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、拆裝方便、可重復(fù)性強(qiáng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括超高速氣體軸承支承模塊，一 體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)，靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)五個(gè)部分。超高速氣體軸承支承模塊包括徑向氣體軸承、止推氣體軸承和徑向-止推聯(lián)合氣 體軸承；徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承作為被測(cè)量軸承。一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)包括一體化機(jī)匣、凸臺(tái)和蓋板，一體化機(jī)匣為圓筒形，中間設(shè) 置凸臺(tái)，一體化機(jī)匣中間開(kāi)設(shè)方孔，用于安放可傾瓦加載軸承，一體化機(jī)匣上還在止推氣體 軸承附近開(kāi)設(shè)兩個(gè)通孔，用于安放傳感器探頭；徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承的 軸向同軸度通過(guò)這兩個(gè)軸承的外表面和一體化機(jī)匣的內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)；徑向-止推聯(lián)合氣體軸 承、止推氣體軸承的徑向平行度通過(guò)這兩個(gè)軸承側(cè)壁和凸臺(tái)兩側(cè)面的平行度來(lái)實(shí)現(xiàn)；一體 化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工精度容易保證，因此可靠性高，工作穩(wěn)定，可重復(fù)性好。[0025]迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)包括密封支架、迷宮密封環(huán)和氣膜密封環(huán)，迷宮密封環(huán) 內(nèi)表面開(kāi)設(shè)迷宮槽，氣膜密封環(huán)內(nèi)表面開(kāi)設(shè)泵槽，氣膜密封采用經(jīng)降壓后的外界高壓氣體 供氣，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在轉(zhuǎn)軸和氣膜密封環(huán)之間形成氣膜，泵槽開(kāi)設(shè)方向是實(shí)現(xiàn)該氣膜的氣體 由氣膜密封環(huán)出口流向迷宮密封環(huán)出口 ；迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)的密封原理是通過(guò)迷宮 密封環(huán)降低大部分氣體壓力，再通過(guò)氣膜密封環(huán)隔絕迷宮密封出口的氣體向氣膜密封方向 擴(kuò)散。靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)包括主支撐架、激振器、可調(diào)簡(jiǎn)支梁、簡(jiǎn)支梁加載調(diào)整螺栓、加載 彈簧、力-頻率傳感器、可傾瓦加載軸承；可調(diào)簡(jiǎn)支梁為一個(gè)矩形塊，其厚度為2-5mm，其兩 端開(kāi)有連接孔，可調(diào)簡(jiǎn)支梁中間處上下平面上焊接兩個(gè)圓柱體；可傾瓦加載軸承主要由耐 磨合金、支承體、供氣孔、供氣通道和密封橡膠圈組成，為3瓦塊可傾瓦氣體軸承或者4瓦塊 可傾瓦氣體軸承中的一個(gè)瓦塊，可傾瓦加載軸承可以繞密封橡膠圈彈性支點(diǎn)360°動(dòng)態(tài)擺 動(dòng)，即通過(guò)可以擺動(dòng)的瓦塊來(lái)動(dòng)態(tài)微調(diào)加載力的方向，保證加載力的方向通過(guò)軸心，使加載 力穩(wěn)定、可靠；靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)的作用原理是通過(guò)激振器調(diào)節(jié)加載頻率，通過(guò)可調(diào)簡(jiǎn)支梁、 加載彈簧調(diào)節(jié)加載力的大小，采用彎曲簡(jiǎn)支梁和彈簧的耦合剛度作用，實(shí)現(xiàn)加載力的穩(wěn)定 可靠輸出，力-頻率傳感器實(shí)現(xiàn)加載力大小、頻率的測(cè)量，可傾瓦加載軸承使加載力穩(wěn)定、 可靠地施加到轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸再將加載力的大小、頻率傳遞給被測(cè)量軸承。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括蝸殼、驅(qū)動(dòng)渦輪、止推盤和轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸和止推盤是一體結(jié)構(gòu)，止推盤 位于轉(zhuǎn)軸1/5位置處，轉(zhuǎn)軸上對(duì)應(yīng)迷宮密封環(huán)位置開(kāi)設(shè)迷宮槽，轉(zhuǎn)軸和止推盤交界處圓周 上開(kāi)設(shè)2-8個(gè)對(duì)稱布置的導(dǎo)流孔；渦輪通過(guò)蝸殼誘導(dǎo)的氣體驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸，導(dǎo)流孔 用于平衡止推盤兩側(cè)的氣體壓力，使轉(zhuǎn)軸軸向運(yùn)動(dòng)更為穩(wěn)定。氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)各個(gè)部分、各個(gè)部件之間的連接關(guān)系 為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過(guò)超高速氣體軸承支承模塊支承、通過(guò)迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 密封，超高速氣體軸承支承模塊、迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)安裝固定到一體化基礎(chǔ)支撐結(jié) 構(gòu)之上，靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)和一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載功能。止推盤兩側(cè)的轉(zhuǎn)軸上分別放置徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承，轉(zhuǎn)軸上 沒(méi)有止推盤的一端放置徑向氣體軸承；徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承和徑向氣 體軸承放置于一體化機(jī)匣中，徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承的外圓表面和一體 化機(jī)匣的內(nèi)表面貼合，徑向-止推聯(lián)合氣體軸承的一個(gè)側(cè)壁、止推氣體軸承的一個(gè)側(cè)壁分 別和凸臺(tái)的兩個(gè)側(cè)壁貼合；一體化機(jī)匣右側(cè)安裝蓋板，一體化機(jī)匣左側(cè)安裝密封支架，徑 向-止推聯(lián)合氣體軸承左側(cè)安裝氣膜密封環(huán)，氣膜密封環(huán)左側(cè)安裝迷宮密封環(huán)，迷宮密封 環(huán)和氣膜密封環(huán)的外圓表面和密封支架內(nèi)表面貼合；轉(zhuǎn)軸的端部安裝渦輪，渦輪外部安裝 蝸殼；主支撐架的下方用于固定一體化機(jī)匣，上部橫梁上安裝激振器，兩個(gè)側(cè)壁上通過(guò)簡(jiǎn)支 梁加載調(diào)整螺栓固定和調(diào)節(jié)可調(diào)簡(jiǎn)支梁，可調(diào)簡(jiǎn)支梁向下彎曲壓緊加載彈簧，壓緊彈簧下 端連接力-頻率傳感器，力-頻率傳感器下端連接可傾瓦加載軸承，可傾瓦加載軸承穿過(guò)一 體化機(jī)匣上開(kāi)設(shè)的方孔放置于轉(zhuǎn)軸上方，位于徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承中 間位置；渦輪、蝸殼、密封支架、迷宮密封環(huán)、氣膜密封環(huán)、一體化機(jī)匣、徑向-止推聯(lián)合氣 體軸承、止推氣體軸承、徑向氣體軸承、凸臺(tái)、擋板、可傾瓦加載軸承和轉(zhuǎn)軸同軸；可傾瓦加載軸承和轉(zhuǎn)軸的間隙在15-lOOum，徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承與止推盤之 間的軸向間隙均為50um，徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承與轉(zhuǎn)軸徑向間隙均為 20-60um ；所述的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其所述的超高速氣體軸承支 承設(shè)有軸承拆卸工裝，用于止推氣體軸承和徑向氣體軸承的拆卸；軸承拆卸工裝由螺桿、調(diào) 整螺母、定位盤、開(kāi)合爪、開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸、開(kāi)合爪固定盤組成；螺桿上攻有螺紋，其一端安裝開(kāi) 合爪固定盤，開(kāi)合爪固定盤上開(kāi)設(shè)開(kāi)合爪方槽并安裝開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸，開(kāi)合爪安裝在開(kāi)合爪轉(zhuǎn) 軸上，螺桿另一端穿上定位盤，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母，可以使定位盤沿軸向移動(dòng)；開(kāi)合爪有2-6個(gè)， 與開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸連接的一端為半圓結(jié)構(gòu)，在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開(kāi)合爪可以自動(dòng)張開(kāi)。其工作原理是 閉合開(kāi)合爪，將軸承拆卸工裝的開(kāi)合爪經(jīng)由被拆卸軸承的內(nèi)表面穿到被拆卸軸承的內(nèi)側(cè)， 轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿使開(kāi)合爪張開(kāi)，拉出螺桿使開(kāi)合爪扣住被拆卸軸承內(nèi)側(cè)壁面，通過(guò)調(diào)整螺母將定 位盤壓向一體化機(jī)匣，開(kāi)合爪便可將被拆卸軸承拉出。所述的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其所述的可調(diào)簡(jiǎn)支梁，還可 以采用非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁代替；非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁由矩形體、凹槽、連接孔、圓柱體組 成；矩形體的兩端各開(kāi)有一個(gè)凹槽，凹槽長(zhǎng)度與矩形體長(zhǎng)度的比為1 10至1 20，矩形 體兩個(gè)截面的高度比為10 1到4 1 ；矩形體兩端開(kāi)有連接孔，矩形體中間處上下平面 上焊接兩個(gè)圓柱體，用于連接激振器和加載彈簧；非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁通過(guò)調(diào)節(jié)兩端的支 承力，獲得歐拉壓桿的效果，該非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁和下方安裝的加載彈簧一起構(gòu)成低頻 支承系統(tǒng)，使靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)的整體固有頻率降低至5Hz以下，從而避開(kāi)了激振器頻率和 靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)固有頻率的相接近時(shí)帶來(lái)的共振問(wèn)題，使動(dòng)態(tài)加載更為穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果更 為精確。本實(shí)用新型的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，優(yōu)點(diǎn)在于(1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、精巧，通過(guò)一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)保證了徑向氣體軸承、徑 向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承3個(gè)軸承的軸向同軸度、徑向平行度。采用軸承拆卸 工裝方便了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的拆卸、安裝，并有效保證了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的可重復(fù)性。(2)采用靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)加載力大小的穩(wěn)定、可靠變化，并實(shí)現(xiàn)了動(dòng) 態(tài)加載力大小、頻率的可控、可調(diào)節(jié)，通過(guò)可傾瓦加載軸承實(shí)現(xiàn)了加載力動(dòng)態(tài)穿過(guò)和跟蹤轉(zhuǎn) 軸的軸心；當(dāng)靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)固有頻率和激振器頻率比較接近時(shí)，還可以通過(guò)非連續(xù)變截 面簡(jiǎn)支梁降低靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)的固有頻率至5Hz以內(nèi)。(3)通過(guò)迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)驅(qū)動(dòng)渦輪工作氣體和各個(gè)氣體軸承 工作氣體或者大氣之間的隔絕，這對(duì)于氣體介質(zhì)為易燃易爆氣體、有毒氣體、易產(chǎn)生化學(xué)反 應(yīng)氣體、高溫氣體、低溫氣體等時(shí)，密封效果更加顯著。

圖1是對(duì)比專利“徑向動(dòng)靜壓氣體軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)”結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是對(duì)比專利“軸承加載裝置”結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)主截面示意圖。圖4是可傾瓦加載軸承結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是軸承拆卸工裝結(jié)構(gòu)示意圖。[0043]圖6是非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)示意圖。圖中01蝸殼；02驅(qū)動(dòng)渦輪；03密封支架；04迷宮密封環(huán)；05氣膜密封環(huán)；06止推盤；07 轉(zhuǎn)軸；08—體化機(jī)匣；09凸臺(tái)；010主支撐架；011蓋板；012徑向氣體軸承；013簡(jiǎn)支梁加載 調(diào)整螺栓；014可傾瓦加載軸承；015力-頻率傳感器；016加載彈簧；017激振器；018可調(diào) 簡(jiǎn)支梁；019止推氣體軸承；020徑向-止推聯(lián)合氣體軸承。014-1至014-5為可傾瓦加載軸承的結(jié)構(gòu)組成部件，其中014_1耐磨合金；014_2 支承體；014-3供氣孔；014-4供氣通道；014-5密封橡膠圈。018-1至018-4為非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)組成部件，其中018_1矩形體；018_2 凹槽；018-3連接孔；018-4圓柱體。021-1至021-5為軸承拆卸工裝結(jié)構(gòu)組成部件，其中021_1螺桿；021-2調(diào)整螺 母；021-3定位盤；021-4開(kāi)合爪；021-5開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸；021-6開(kāi)合爪固定盤。
具體實(shí)施方式
圖3是本實(shí)用新型的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖；圖 4是可傾瓦加載軸承結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是軸承拆卸工裝結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本實(shí)用新 型的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)由蝸殼01、驅(qū)動(dòng)渦輪02、密封支架03、迷 宮密封環(huán)04、氣膜密封環(huán)05、止推盤06、轉(zhuǎn)軸07、一體化機(jī)匣08、凸臺(tái)09、主支撐架010、蓋 板011、徑向氣體軸承012、簡(jiǎn)支梁加載調(diào)整螺栓013、可傾瓦加載軸承014、力-頻率傳感 器015、加載彈簧016、激振器017、可調(diào)簡(jiǎn)支梁018、止推氣體軸承019、徑向-止推聯(lián)合氣 體軸承020、軸承拆卸工裝021等組成；其中，可傾瓦加載軸承014由耐磨合金014-1、支承 體014-2、供氣孔014-3、供氣通道014-4、密封橡膠圈014-5等組成；軸承拆卸工裝021由 螺桿021-1、調(diào)整螺母021-2、定位盤021-3、開(kāi)合爪021-4、開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸021-5、開(kāi)合爪固定盤 021-6等組成；可調(diào)簡(jiǎn)支梁018還可以更換為非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁，非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁由 矩形體018-1 ；凹槽018-2 ；連接孔018-3 ；圓柱體018-4組成。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝過(guò)程中，先將一體化機(jī)匣08安裝于主支撐架010之上，然后安裝徑 向氣體軸承012、止推氣體軸承019 ；安裝轉(zhuǎn)軸07，調(diào)整軸向位置后將密封支架03安裝到一 體化機(jī)匣08上，之后分別安裝氣膜密封環(huán)05、迷宮密封環(huán)04 ；在轉(zhuǎn)軸07上安裝驅(qū)動(dòng)渦輪 02，在密封支架03上安裝蝸殼01 ；在一體化機(jī)匣08 —端安裝蓋板011 ；在主支撐架010之 上分別安裝激振器017、可調(diào)簡(jiǎn)支梁018，并調(diào)整垂向位置；在可調(diào)簡(jiǎn)支梁018下方安裝加載 彈簧016、力-頻率傳感器015、可傾瓦加載軸承014，并調(diào)整可調(diào)簡(jiǎn)支梁018兩端的簡(jiǎn)支梁 加載調(diào)整螺栓013，達(dá)到合適的激振力；之后將可傾瓦加載軸承014的供氣通道、徑向氣體 軸承012、止推氣體軸承019、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承020、蝸殼01的供氣軟管分別連接 到氣源上，氣膜密封環(huán)05供氣軟管通過(guò)減壓閥降壓后連接到起源上，即完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 的安裝。在進(jìn)行軸承動(dòng)態(tài)加載實(shí)驗(yàn)時(shí)，先給可傾瓦加載軸承014供氣，使得轉(zhuǎn)軸和可傾瓦 加載軸承014懸浮，調(diào)整可調(diào)簡(jiǎn)支梁018兩端的簡(jiǎn)支梁加載調(diào)整螺栓013，通過(guò)力-頻率傳 感器015獲得加載力的大小，直至達(dá)到要求為止；然后調(diào)整激振器017激振頭和調(diào)整可調(diào)簡(jiǎn) 支梁018上表面的距離，并調(diào)整激振器017的頻率，達(dá)到要求后即可進(jìn)行測(cè)量。[0052] 在拆卸實(shí)驗(yàn)臺(tái)時(shí)，按照上述相反的順序，在拆卸徑向-止推聯(lián)合氣體軸承020時(shí)， 需要沿軸向輕輕敲擊轉(zhuǎn)軸07的尾端(非渦輪安裝的一端)，將徑向-止推聯(lián)合氣體軸承020 頂出；之后可以將轉(zhuǎn)軸07取出；在拆卸止推氣體軸承019和徑向氣體軸承012時(shí)，需要使用 軸承拆卸工裝021，即閉合開(kāi)合爪021-4，將其經(jīng)由被拆卸軸承的內(nèi)表面穿到被拆卸軸承 的內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿021-1使開(kāi)合爪021-4張開(kāi)，拉出螺桿021-1使開(kāi)合爪021-4扣住被拆卸 軸承內(nèi)側(cè)壁面，通過(guò)調(diào)整螺母021-2將定位盤021-3壓向一體化機(jī)匣08，開(kāi)合爪021-4便可 將被拆卸軸承拉出。
權(quán)利要求1.氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括超高速氣體軸承支承模塊，一體化 基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)，靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)五個(gè)部分；其特征 在于超高速氣體軸承支承模塊包括徑向氣體軸承、止推氣體軸承和徑向-止推聯(lián)合氣體軸 承；徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承作為被測(cè)量軸承；一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)包括一體化機(jī)匣、凸臺(tái)和蓋板，一體化機(jī)匣為圓筒形，中間設(shè)置凸 臺(tái)，一體化機(jī)匣中間開(kāi)設(shè)用于安放可傾瓦加載軸承的方孔，一體化機(jī)匣上還在止推氣體軸 承附近開(kāi)設(shè)兩個(gè)用于安放傳感器探頭的通孔；迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)包括密封支架、迷宮密封環(huán)和氣膜密封環(huán)，迷宮密封環(huán)內(nèi)表 面開(kāi)設(shè)迷宮槽，氣膜密封環(huán)內(nèi)表面開(kāi)設(shè)泵槽，氣膜密封采用經(jīng)降壓后的外界高壓氣體供氣， 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)在轉(zhuǎn)軸和氣膜密封環(huán)之間形成氣膜，泵槽開(kāi)設(shè)方向是實(shí)現(xiàn)該氣膜的氣體由氣膜 密封環(huán)出口流向迷宮密封環(huán)出口 ；靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)包括主支撐架、激振器、可調(diào)簡(jiǎn)支梁、簡(jiǎn)支梁加載調(diào)整螺栓、加載彈 簧、力-頻率傳感器、可傾瓦加載軸承；可調(diào)簡(jiǎn)支梁為一個(gè)矩形塊，其厚度為2-5mm，其兩端 開(kāi)有連接孔，可調(diào)簡(jiǎn)支梁中間處上下平面上焊接兩個(gè)圓柱體；可傾瓦加載軸承主要由耐磨 合金、支承體、供氣孔、供氣通道和密封橡膠圈組成，為3瓦塊可傾瓦氣體軸承或者4瓦塊可 傾瓦氣體軸承中的一個(gè)瓦塊，可傾瓦加載軸承繞密封橡膠圈彈性支點(diǎn)360°動(dòng)態(tài)擺動(dòng)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括蝸殼、驅(qū)動(dòng)渦輪、止推盤和轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸和止推盤是一體結(jié)構(gòu)，止推盤位于 轉(zhuǎn)軸1/5位置處，轉(zhuǎn)軸上對(duì)應(yīng)迷宮密封環(huán)位置開(kāi)設(shè)迷宮槽，轉(zhuǎn)軸和止推盤交界處圓周上開(kāi) 設(shè)2-8個(gè)對(duì)稱布置的導(dǎo)流孔；氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)各部件之間的連接關(guān)系如下 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)通過(guò)超高速氣體軸承支承模塊支承、通過(guò)迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)密 封，超高速氣體軸承支承模塊、迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)安裝固定到一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu) 之上，靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)和一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的加載功能；止推盤兩側(cè)的轉(zhuǎn)軸上分別放置徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承，轉(zhuǎn)軸上沒(méi)有 止推盤的一端放置徑向氣體軸承；徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承和徑向氣體軸 承放置于一體化機(jī)匣中，徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承的外圓表面和一體化機(jī) 匣的內(nèi)表面貼合，徑向-止推聯(lián)合氣體軸承的一個(gè)側(cè)壁、止推氣體軸承的一個(gè)側(cè)壁分別和 凸臺(tái)的兩個(gè)側(cè)壁貼合；一體化機(jī)匣右側(cè)安裝蓋板，一體化機(jī)匣左側(cè)安裝密封支架，徑向-止 推聯(lián)合氣體軸承左側(cè)安裝氣膜密封環(huán)，氣膜密封環(huán)左側(cè)安裝迷宮密封環(huán)，迷宮密封環(huán)和氣 膜密封環(huán)的外圓表面和密封支架內(nèi)表面貼合；轉(zhuǎn)軸的端部安裝渦輪，渦輪外部安裝蝸殼； 主支撐架的下方用于固定一體化機(jī)匣，上部橫梁上安裝激振器，兩個(gè)側(cè)壁上通過(guò)簡(jiǎn)支梁加 載調(diào)整螺栓固定和調(diào)節(jié)可調(diào)簡(jiǎn)支梁，可調(diào)簡(jiǎn)支梁向下彎曲壓緊加載彈簧，壓緊彈簧下端連 接力-頻率傳感器，力-頻率傳感器下端連接可傾瓦加載軸承，可傾瓦加載軸承穿過(guò)一體化 機(jī)匣上開(kāi)設(shè)的方孔放置于轉(zhuǎn)軸上方，位于徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承中間位 置；渦輪、蝸殼、密封支架、迷宮密封環(huán)、氣膜密封環(huán)、一體化機(jī)匣、徑向-止推聯(lián)合氣體軸 承、止推氣體軸承、徑向氣體軸承、凸臺(tái)、擋板、可傾瓦加載軸承和轉(zhuǎn)軸同軸；可傾瓦加載軸 承和轉(zhuǎn)軸的間隙在15-lOOum，徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、止推氣體軸承與止推盤之間的軸向間隙均為50um，徑向氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承與轉(zhuǎn)軸徑向間隙均為20-60um。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征還在于，超高 速氣體軸承支承模塊設(shè)有軸承拆卸工裝，該軸承拆卸工裝由螺桿、調(diào)整螺母、定位盤、開(kāi)合 爪、開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸、開(kāi)合爪固定盤組成；螺桿上攻有螺紋，其一端安裝開(kāi)合爪固定盤，開(kāi)合爪固 定盤上開(kāi)設(shè)開(kāi)合爪方槽并安裝開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸，開(kāi)合爪安裝在開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸上；螺桿另一端穿上 定位盤，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母，使定位盤沿軸向移動(dòng)；開(kāi)合爪有2-6個(gè)，與開(kāi)合爪轉(zhuǎn)軸連接的一端 為半圓結(jié)構(gòu)，在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開(kāi)合爪自動(dòng)張開(kāi)。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征還在于，其 所述的可調(diào)簡(jiǎn)支梁，采用非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁代替；非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁由矩形體、凹槽、 連接孔、圓柱體組成；矩形體的兩端各開(kāi)有一個(gè)階梯形凹槽，凹槽長(zhǎng)度與矩形體長(zhǎng)度的比為 1 10至1 20，矩形體兩個(gè)截面的高度比為10 1到4 1 ；矩形體兩端開(kāi)有連接孔， 矩形體中間處上下平面上焊接兩個(gè)圓柱體；非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁通過(guò)調(diào)節(jié)兩端的支承力， 獲得歐拉壓桿的效果，該非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁和下方安裝的加載彈簧一起構(gòu)成低頻支承系 統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型一種氣體軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加載一體化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，涉及超高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械加載技術(shù)；主要基于超高速氣體軸承支承模塊，一體化基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，迷宮-氣膜聯(lián)合密封結(jié)構(gòu)，靜、動(dòng)態(tài)加載機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)；包括徑向氣體軸承、止推氣體軸承、徑向-止推聯(lián)合氣體軸承、軸承拆卸工裝、一體化機(jī)匣、凸臺(tái)、蓋板、密封支架、迷宮密封環(huán)、氣膜密封環(huán)、主支撐架、激振器、可調(diào)簡(jiǎn)支梁、非連續(xù)變截面簡(jiǎn)支梁、簡(jiǎn)支梁加載調(diào)整螺栓、加載彈簧、力-頻率傳感器、可傾瓦加載軸承、蝸殼、驅(qū)動(dòng)渦輪、止推盤、轉(zhuǎn)軸等；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便，可靠性高、綜合性強(qiáng)，能夠確保實(shí)驗(yàn)臺(tái)各氣體軸承處于完全對(duì)中狀態(tài)，靜態(tài)加載力穩(wěn)定可靠，動(dòng)態(tài)加載力大小、頻率可控。
文檔編號(hào)G01M13/04GK201909714SQ20102066690
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者于賀春, 王巍, 趙廣, 陳鋒, 馬文琦 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)