本實(shí)用新型涉及一種低溫環(huán)境下球軸承與彈性支承的軸向靜摩擦力測(cè)試裝置，適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵領(lǐng)域，也可用于其它低溫旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

軸承與彈性支承為高速轉(zhuǎn)子的支撐關(guān)鍵件，廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)。軸承與彈性支承徑向配合間隙的合理選取對(duì)于軸承的可靠工作至關(guān)重要，尤其是對(duì)于大功率低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵。在此類渦輪泵中，工作時(shí)應(yīng)盡可能使軸承外套圈與彈性支承周向方向不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)摩擦，以避免摩擦過熱而導(dǎo)致冷卻介質(zhì)汽化或軸承引導(dǎo)間隙的產(chǎn)生較大變化。同時(shí)，由于大功率渦輪泵軸向力較大，必須采用軸向力平衡系統(tǒng)，該系統(tǒng)工作時(shí)要求轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在軸向方向能自由移動(dòng)，不然將導(dǎo)致軸承承受過大軸向力而造成軸承的破壞，這也就意味著軸承與彈性支承之間的軸向摩擦力又不能過大。因此，軸承與彈性支承的配合間隙合理選取就極其困難。

對(duì)于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵，為了便于軸承和彈性支承在常溫下進(jìn)行裝配和分解，兩者之間通常選用間隙配合，彈性支承選用線脹系數(shù)高于軸承外套圈的材料。在低溫工作環(huán)境下，由于兩者材料低溫收縮量的差異，配合間隙轉(zhuǎn)變?yōu)檫^盈配合，使兩者之間具有一定的徑向預(yù)緊力。因此，在設(shè)計(jì)初期就非常有必要對(duì)兩者在工作環(huán)境下的軸向靜摩擦力進(jìn)行測(cè)量。目前現(xiàn)有的軸承測(cè)量裝置集中于常溫或低溫環(huán)境下對(duì)軸承總體性能和周向靜摩擦力矩的測(cè)量，尚缺乏低溫環(huán)境下軸承與彈性支承的軸向靜摩擦力測(cè)試裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決低溫發(fā)動(dòng)機(jī)軸承與彈性支承配合間隙選取困難的問題，本實(shí)用新型提供一種低溫環(huán)境下球軸承與彈性支承的軸向靜摩擦力測(cè)試裝置，實(shí)現(xiàn)在低溫環(huán)境下對(duì)球軸承與彈性支承的靜摩擦力進(jìn)行測(cè)試，為兩者間隙的合理選取提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為：

一種低溫環(huán)境下球軸承與彈性支承的軸向靜摩擦力測(cè)試裝置，包括加力器、位移傳感器、支撐架、保溫蓋、保溫筒、T型滑軌；加力器固定在支撐架上，兩個(gè)位移傳感器固定于支撐架上；保溫蓋包括筒蓋保溫層、筒蓋、U型卡槽和筒蓋把手，U型卡槽和筒蓋把手焊接在筒蓋上，筒蓋保溫層粘在筒蓋上；保溫筒包括筒把手、筒保溫層、筒壁、筒底和T型槽支座，筒把手、筒壁、筒底和T型槽支座焊接為一體，筒壁上設(shè)有倒置的L型卡槽，筒保溫層粘在筒壁和筒底上；支撐架上焊接有T型滑軌，T型滑軌與T型槽支座配合實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫筒的固定。

該裝置工作過程如下：通過T型槽支座與T型滑軌的配合將保溫筒固定在支撐架上；通過擰緊螺母將軸承固定在軸突肩處，然后對(duì)彈性支承與軸承進(jìn)行裝配，裝配后將支撐桿穿過軸的孔上，并將調(diào)整墊置于保溫筒內(nèi)中心位置，最后通過支撐桿將測(cè)試對(duì)象懸掛于保溫筒內(nèi)倒置的L型卡槽的高點(diǎn)；緩慢往保溫筒內(nèi)倒入低溫液體，使液體完全浸沒被測(cè)的彈性支承與軸承后，蓋上保溫蓋，使U型卡槽卡住支撐桿，靜置一段時(shí)間，使彈性支承與軸承由常溫環(huán)境降至低溫環(huán)境；通過筒蓋把手旋轉(zhuǎn)保溫蓋，從而通過U型卡槽帶動(dòng)支撐桿旋轉(zhuǎn)至L型卡槽低點(diǎn)上方，使得測(cè)試對(duì)象高度降低，此時(shí)彈性支承與調(diào)整墊由間隙轉(zhuǎn)為貼合狀態(tài)；在軸上添加墊塊，并使用加力器或萬能試驗(yàn)機(jī)通過墊塊對(duì)軸上方進(jìn)行緩慢加載，監(jiān)測(cè)墊塊的相對(duì)位移；當(dāng)墊塊的相對(duì)位移發(fā)生突變時(shí)，表明彈性支 承與軸承之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)記錄測(cè)試力值變化曲線的拐點(diǎn)，得到軸系開始發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的測(cè)試力值；分解測(cè)試對(duì)象，測(cè)量墊塊、支撐桿、軸、軸承及擰緊螺母的總重量；則軸承與彈性支承的低溫配合靜摩擦力為上述所測(cè)總重量與上述發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的測(cè)試力值之和。

所述的加力器通過螺栓固定在支撐架上。

兩個(gè)位移傳感器通過六角螺母固定于支撐架上。

本實(shí)用新型所取得的有益效果為：

本實(shí)用新型適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵領(lǐng)域，也可用于其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械領(lǐng)域，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)測(cè)試范圍廣、測(cè)量精度高。通過向保溫筒體內(nèi)注入不同的低溫介質(zhì)，可調(diào)節(jié)被試軸承與彈性支承的測(cè)試環(huán)境溫度，可在20～288K溫度范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試；通過加強(qiáng)的保溫筒底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型裝置測(cè)力范圍可達(dá)0～10000N；軸向力加載可以通過加力器或萬能試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)軸向力的精確加載，精度較高。

(2)通用性好。只需要調(diào)整軸的直徑和調(diào)整墊的高度、直徑便可滿足不同規(guī)格軸承與彈性支承的軸向靜摩擦力測(cè)量需求。

(3)安全性較好。本實(shí)用新型的被測(cè)件和傳力移動(dòng)軸基本在封閉的保溫筒體內(nèi)，可避免測(cè)試過程中低溫液體濺出，可通過T型槽支座(17)與T型滑軌(7)的配合可將裝置固定在支撐架上，避免測(cè)試過程中保溫筒傾倒而造成低溫凍傷事故的發(fā)生。

(4)操作簡單，具有一定的便捷性。只需通過旋轉(zhuǎn)保溫蓋把手便可間接控制被測(cè)對(duì)象高度的降低，操作簡單便捷，軸向力的加載可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和顯示。

(5)結(jié)構(gòu)簡單，成本低。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)零件加工精度要求較低，制造成本低廉，也可借助現(xiàn)有的萬能測(cè)試機(jī)進(jìn)行加載，實(shí)現(xiàn)對(duì)低溫軸向摩擦力的測(cè)量，以較少的投入獲取到高精度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為測(cè)試裝置示意圖；

圖2為測(cè)試裝置剖面圖；

圖3為夾持工裝剖面圖；

圖4為倒置L型槽、U型卡槽及支撐桿連接結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1、加力器；2、位移傳感器；3、支撐架；4、墊塊；5、保溫蓋；6、保溫筒；7、T型滑軌；8、筒蓋保溫層；9、筒蓋；10、U型卡槽；11、筒蓋把手；12、支撐桿；13、筒把手；14、筒保溫層；15、筒壁；16、筒底；17、T型槽支座；18、L型卡槽；19、軸；20、彈性支承；21、軸承；22、擰緊螺母；23、調(diào)整墊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1—4所示，本實(shí)用新型所述低溫環(huán)境下球軸承與彈性支承的軸向靜摩擦力測(cè)試裝置包括加力器1、位移傳感器2、支撐架3、保溫蓋5、保溫筒6、T型滑軌7；

加力器1通過螺栓固定在支撐架3上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試組件軸向力的加載；兩個(gè)位移傳感器2通過六角螺母固定于支撐架3上，用于監(jiān)測(cè)墊塊4的相對(duì)位移；保溫蓋5包括筒蓋保溫層8、筒蓋9、U型卡槽10和筒蓋把手11，U型卡槽10和筒蓋把手11焊接在筒蓋9上，筒蓋保溫層8通過低溫膠粘在筒蓋9上，由低導(dǎo)熱系數(shù)的材料制成，可有效的隔絕外界熱量的傳遞，防止保溫筒6內(nèi)低 溫液體快速升溫汽化，避免外界熱源影響試驗(yàn)的測(cè)試效果；保溫筒6包括筒把手13、筒保溫層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焊接為一體，筒壁15上設(shè)有倒置的L型卡槽18，用于調(diào)整被測(cè)對(duì)象的高度，筒保溫層14通過低溫膠粘在筒壁15和筒底16上，其功能與筒蓋保溫層8相同；支撐架3上焊接有T型滑軌7，通過與T型槽支座17配合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫筒6的固定，防止保溫筒6側(cè)翻造成低溫凍傷事故；測(cè)試組件包括支撐桿12、軸19、彈性支承20、軸承21、擰緊螺母22和調(diào)整墊23。

本實(shí)用新型的工作過程如下：

(1)對(duì)保溫筒6進(jìn)行固定

通過T型槽支座17與T型滑軌7的配合將保溫筒6固定在支撐架3上；

(2)對(duì)測(cè)試組件進(jìn)行裝配

首先通過擰緊螺母22將軸承21固定在軸19突肩處，然后對(duì)彈性支承20與軸承21進(jìn)行裝配，裝配后將支撐桿12穿過軸19的孔上，并將調(diào)整墊23置于保溫筒6內(nèi)中心位置，最后通過支撐桿12將測(cè)試對(duì)象懸掛于保溫筒6內(nèi)倒置的L型卡槽18的高點(diǎn)。

(3)建立低溫測(cè)試環(huán)境

緩慢往保溫筒6內(nèi)倒入低溫液體，使液體完全浸沒被測(cè)的彈性支承20與軸承21后，蓋上保溫蓋5，使U型卡槽10卡住支撐桿12，靜置一段時(shí)間，使彈性支承20與軸承21由常溫環(huán)境降至低溫環(huán)境。

(4)調(diào)整測(cè)試對(duì)象高度

通過筒蓋把手11旋轉(zhuǎn)保溫蓋5，從而通過U型卡槽10帶動(dòng)支撐桿12旋轉(zhuǎn)至L型卡槽18低點(diǎn)上方，使得測(cè)試對(duì)象高度降低，此時(shí)彈性支承20與調(diào)整墊23由間隙轉(zhuǎn)為貼合狀態(tài)；

(5)對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行加載

在軸19上添加墊塊4，并使用加力器1或萬能試驗(yàn)機(jī)通過墊塊4對(duì)軸19上方進(jìn)行緩慢加載，監(jiān)測(cè)墊塊4的相對(duì)位移。當(dāng)墊塊4的相對(duì)位移發(fā)生突變時(shí)，表明彈性支承20與軸承21之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，此時(shí)記錄測(cè)試力值變化曲線的拐點(diǎn)，得到軸系開始發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試力值。

(6)進(jìn)行靜摩擦力的計(jì)算

分解測(cè)試對(duì)象，測(cè)量墊塊4、支撐桿12、軸19、軸承21及擰緊螺母22的總重量；則軸承21與彈性支承20的低溫配合靜摩擦力為上述所測(cè)總重量與上述發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的測(cè)試力值之和。