[发明专利]一种带气体密封的高速水轴承性能试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种带气体密封的高速水轴承性能试验装置，能实现不同的转速和负载时，对不同的轴承结构和材料进行空蚀、减阻、密封及动态特性等试验的装置，属于润滑及轴承技术领域。

背景技术

高速水轴承具有粘-温特性好、刚度高、阻尼特性好、精度高、寿命长等一系列优点，已经在高速高精度数控机床的主轴单元中得到成功的应用。然而，与传统油轴承相比，高速水轴承更容易发生空蚀破坏，且仍具有大的湍流摩擦功耗，如果长期工作，能造成振动、噪音、失稳、材料破坏、寿命降低等不利因素，甚至发生严重的事故。因此，通过试验装置测试轴承的抗空蚀与减阻性能以及识别其动态特性系数成为水润滑领域研究的难点，关系着高速水轴承在高速旋转机械领域能否深入推广和应用。

目前，国际上比较成熟的空蚀试验装置有振动空蚀装置和旋转圆盘空蚀装置，专门用于标准小样件材料的空蚀性能试验，但其测试条件与高速水轴承的实际工况存在很大差异，不能满足水轴承性能试验的要求。此外，国内专利涉及一些关于轴承性能的试验的装置：CN201203522Y公开一种砝码和杠杆加载的水润滑径向轴承试验装置，CN201130095Y公开压力供油加载的径向滑动轴承试验台，CN2924697Y公开板簧加载的滚动轴承试验台，CN201152812Y还公开径向动静压气体轴承实验台等。这些装置的试验条件比较接近轴承的实际工况，但是一般采用倒置结构，加载机构和测量系统非常复杂，主要用于测量油膜压力和温升，或者是测试滑动轴承的性能和寿命，并未涉及到轴承的空蚀、减阻和气体密封问题，也不能进行动态参数识别，无法满足高速水轴承性能试验的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种带气体密封的高速水轴承性能试验装置，该装置采用两个具有一定跨距的水轴承支撑的轴系结构，轴系的两端施加静态载荷，电主轴直接驱动轴系高速旋转，利用不平衡块模拟动载荷的工况环境，轴瓦与气体密封可以灵活拆卸，能用于高速水轴承的气体密封试验、空蚀与减阻试验及油膜动态特性系数的辨识试验等，为高速水轴承的研发与应用提供可靠的模拟试验环境和评价方法。

本发明采用的技术方案为：一种带气体密封的高速水轴承性能试验装置，包括轴系部件、加载部件、支撑部件、驱动系统、供水系统和测量系统；

所述轴系部件通过支撑部件安装在工作台的底板上，轴系部件包括试验轴瓦、气体密封件、小孔节流器、套筒、O形橡胶密封圈、主轴和端盖，所述主轴上安装有两个试验轴瓦，试验轴瓦上安装有套筒，套筒的外端设有端盖，套筒和端盖内设有气体密封件，气体密封件与空气压缩机连接，试验轴瓦内设有小孔节流器，试验轴瓦与气体密封件的内部、试验轴瓦与小孔节流器之间均设有O形橡胶密封圈；

所述加载部件包括力加载机构、深沟球加载轴承和不平衡块，所述深沟球加载轴承安装在所述主轴的两端，所述力加载机构通过绳索吊装在深沟球加载轴承上，所述主轴的两端面和质心平面安装有不平衡块；

所述驱动系统包括高速电主轴，高速电主轴上的联轴器与所述主轴上的联轴器柔性连接，高速电主轴通过支撑部件安装在工作台的底板上；

所述供水系统通过管道与所述套筒上部的进水口、套筒下部的出水口、所述试验轴瓦外圆面中部开有的环形供水槽形成环路，所述气体密封件与端盖之间设有泄露出水口；

所述测量系统包括用于气体密封试验的水泄露量测试仪、用于减阻试验的测温仪、用于动态特性系数识别试验的振动传感器和相位传感器、用于空蚀试验的蚀坑形貌测量仪。

作为优选，所述支撑部件为固定于所述底板的等高V型块。

作为优选，所述力加载机构为砝码、液压缸或气压缸。

作为优选，所述气体密封试验是通过水泄露量测试仪测试所述泄露出水口的水泄漏量，通过单位时间内的水泄漏量值以检验不同气体密封件的密封效果。

作为优选，所述减阻试验是采用测温仪测量所述进水口、出水口水的温升，进而判别高速工况下不同水轴承的摩擦功率消耗。

作为优选，所述动态特性系数识别试验是利用人为附加的不平衡质量作为激励，采用振动传感器和相位传感器测量空蚀工况下水轴承的径向跳动度和不平衡块的相位，进而通过动力响应方程识别不同转速和加载载荷下水轴承的动态特性系数。

作为优选，所述空蚀试验是采用蚀坑形貌测量仪，测量水轴承的蚀坑形貌。