一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置的制作方法

1.本发明属于轴承润滑实验领域，涉及一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置。


背景技术：

2.航空发动机的主轴轴承在工作时，各元件之间会形成运动对偶面。为了降低对偶面间的摩擦、减少磨损、带走形成的硬夹杂物，需要对主轴轴承进行充分有效的润滑。近年来，随着先进航空发动机主轴转速的不断提升，加之越来越严格的内部空间限制要求，主轴轴承工作环境的不断恶化，这就要求对轴承进行更加精细化的润滑设计，才能够确保主轴轴承的安全性与可靠性。
3.对于航空发动机主轴球轴承来说，通常采用传统的喷射润滑，喷射润滑是指滑油从滑油喷嘴直接喷入轴承内的一种润滑方式。该种方式结构设计较为简单，但随着航空发动机主轴轴承dn值的提高，对于高dn值的航空发动机主轴轴承，滚动体高速运动形成的气流会严重阻碍喷射的滑油进入轴承，使润滑和冷却效果降低。为了更好的满足轴承润滑和冷却的需要，先进的航空发动机往往采用环下润滑或环下喷射组合润滑的方式。环下润滑是一种将滑油通过轴承内环供油孔送入轴承内部的润滑方式，与喷射润滑相比，环下润滑可以使滑油直接进入轴承有效润滑区，在高速条件下具有更好的润滑和冷却效果；采用环下润滑的润滑方式还有利于控制轴承内部的工作游隙；有效防止高速轻载条件下滚动体的打滑蹭伤，降低轴承损坏概率。
4.但是，环下润滑相比于喷射润滑，不仅会显著改变轴承内的油气两相分布，而且在结构上需要额外增加收油结构和输油结构，结构更加复杂，收油结构和输油结构也会直接影响到环下润滑结构的设计好坏，设计要求更高，但是现在对环下润滑的研究仍然大量集中在数值模拟部分上，相对应的实验设备较少。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提出一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置。
6.本发明采用如下技术方案予以实现：
7.一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，包括轴承试验支架，所述轴承试验支架上依次连接设置施动电机、驱动轴系、增速齿轮箱、主试验箱和加载电动缸组件；
8.所述主试验箱内设置主轴，所述主轴的一端与增速齿轮箱连接，主轴的另一端设置主试验器，所述主试验器包括套设在主轴端部的试验轴承，所述试验轴承的外部连接设置壳体，所述壳体的一端连接设置喷油座，所述喷油座上位于主轴两侧设置第一喷嘴和第二喷嘴，分别用于对所述试验轴承进行环下润滑和喷射润滑，所述主试验器的外部抵接所述加载电动缸组件；
9.所述施动电机、驱动轴系、增速齿轮箱用于模拟航空发动机主轴转速，所述加载电
动缸组件实现对试验轴承的轴向加载和径向加载。
10.进一步的，所述试验轴承与主轴之间套设轴承衬套，所述轴承衬套上连通设置收油环和输油通道，所述收油环靠近喷油座的一端设置，所述试验轴承的内套上设置供油孔，所述输油通道与供油孔连通，所述第一喷嘴与所述收油环相对设置，从第一喷嘴喷出的滑油依次经过收油环、输油通道和供油孔对试验轴承进行环下润滑；
11.及/或，所述第二喷嘴相对设置在所述试验轴承的内套与外套的中心处，对所述试验轴承进行喷射润滑。
12.进一步的，所述喷油座与主轴不接触，所述壳体内部设置第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室分别位于试验轴承两侧，所述喷油座上与所述第一喷嘴连通设置第一进油管，与第二喷嘴连通设置第二进油管，所述第一腔室底部连通设置第一回油管，第二腔室底部连通设置第二回油管。
13.进一步的，所述第一进油管和第二进油管通过进油口通入滑油，所述第一回油管和第二回油管连通回油口将通入的滑油输送至主试验箱外。
14.进一步的，所述主轴上还套设陪试球轴承和陪试滚子轴承，所述陪试滚子轴承位于陪试球轴承和试验轴承之间。
15.进一步的，所述主试验箱包括上箱体、下箱体和轴向加载环，所述上箱体分别与陪试球轴承和陪试滚子轴承连接且位于所述主轴上方，所述下箱体分别与陪试球轴承和陪试滚子轴承连接且位于所述主轴下方；
16.所述加载电动缸组件包括与所述主轴同轴设置的第一缓冲器，所述轴向加载环与所述上箱体和下箱体连接并套设在所述第一缓冲器上。
17.进一步的，所述加载电动缸组件还包括与所述主轴垂直设置的第二缓冲器，所述第一缓冲器同轴连接设置第一电动缸，所述第一电动缸通过第一底座设置在轴承试验支架上，所述第二缓冲器同轴连接设置第二电动缸，所述第二电动缸通过第二底座设置在轴承试验支架上；
18.所述第一电动缸实现对试验轴承的轴向加载，所述第二电动缸实现对试验轴承的径向加载。
19.进一步的，所述第一缓冲器上设置第一传感器，所述第二缓冲器上设置第二传感器。
20.进一步的，所述主轴与增速齿轮箱之间通过联轴器连接。
21.进一步的，所述驱动轴系上安装测扭仪和扭矩限制器。
22.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
23.本发明的装置操作简单，在同一台试验装置上可以分别采用喷射润滑、环下润滑或者是二者组合润滑的方式对试验轴承进行润滑试验，满足不同润滑方式的轴承试验需求；同时可以满足不同尺寸不同类型轴承的润滑试验。
附图说明
24.图1为转子试验装置主视图。
25.图2为转子试验装置左视图。
26.图3为主试验箱结构示意图；
27.图4为主试验器结构示意图；
28.图5为主试验器局部示意图
29.图6为进回油管路及出油管路a-a截面布置示意图；
30.图7为进回油管路及出油管路b-b截面布置示意图；
31.图8为组合润滑试验装置润滑原理图。
32.图中的标号分别表示：
33.10、轴承试验支架；20、施动电机；21、驱动轴系；22、测扭仪；23、扭矩限制器；30、增速齿轮箱；31、联轴器；40、主试验箱；41、主轴；41-1、陪试球轴承；41-2、陪试滚子轴承；42、上箱体；43、下箱体；44、轴向加载环；45、主试验器；45-1、进油口；45-11、第一进油管；45-12、第二进油管；45-13、第一喷嘴；45-14、第二喷嘴；45-2、回油口；45-21、第一回油管；45-22、第二回油管；45-3、轴承衬套；45-31、收油环；45-32、输油通道；45-33、供油孔；45-4、试验轴承；45-5、壳体；45-6、喷油座；45-7、第一腔室；45-8、第二腔室；50、加载电动缸组件；51、第一缓冲器；52、第一传感器；53、第一底座；54、第一电动缸；55、第二缓冲器；56、第二传感器；57、第二底座；58、第二电动缸。
34.以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
35.以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
36.需要说明，本发明在进行方位描述时，术语“一端”、“另一端”、“上方”、“下方”“左”“右”等指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，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内核外，不能将上述术语理解为对本发明的限制。如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.本发明中的施动电机、驱动轴系、增速齿轮箱和加载电动缸组件等均为本领域内常用的器件。
38.实施例1：
39.遵从上述技术方案，结合图1和图2所示，本实施例给出一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，包括轴承试验支架10，轴承试验支架10上依次连接设置施动电机20、驱动轴系21、增速齿轮箱30、主试验箱40和加载电动缸组件50；
40.主试验箱40内设置主轴41，主轴41的一端与增速齿轮箱30连接，主轴41的另一端设置主试验器45，主试验器45包括套设在主轴41端部的试验轴承45-4，试验轴承45-4的外部连接设置壳体45-5，壳体45-5的一端连接设置喷油座45-6，喷油座45-6上位于主轴41两侧设置第一喷嘴45-13和第二喷嘴45-14，分别用于对试验轴承45-4进行环下润滑和喷射润滑，主试验器45的外部抵接加载电动缸组件50；
41.施动电机20、驱动轴系21、增速齿轮箱30用于模拟航空发动机主轴41转速，加载电动缸组件50实现对试验轴承45-4的轴向加载和径向加载。
42.如此设置，在同一台试验装置上可以分别采用喷射润滑、环下润滑或者是二者组合润滑的方式对试验轴承45-4进行润滑试验，满足不同润滑方式的轴承试验需求。
43.进一步的，结合图3～5所示，试验轴承45-4与主轴41之间套设轴承衬套45-3，轴承衬套45-3上连通设置收油环45-31和输油通道45-32，收油环45-31靠近喷油座45-6的一端设置，试验轴承45-4的内套上设置供油孔45-33，输油通道45-32与供油孔45-33连通，第一喷嘴45-13与收油环45-31相对设置，从第一喷嘴45-13喷出的滑油依次经过收油环45-31、输油通道45-32和供油孔45-33对试验轴承45-4进行环下润滑；
44.及/或，第二喷嘴45-14相对设置在试验轴承45-4的内套与外套的中心处，对试验轴承45-4进行喷射润滑。
45.如此设置，在主轴41高速运转时，滑油喷到主轴41与收油环45-31的间隙中，在离心力作用下，将滑油甩入输油通道45-32内，并沿供油孔45-33进入试验轴承45-4。轴承衬套45-3可以随试验轴承45-4的尺寸进行调整更换，以满足不同尺寸不同类型轴承的润滑试验。轴承衬套45-3与主轴41为过盈配合。
46.作为在本实施例的一种优选示例，喷油座45-6与主轴41不接触，壳体45-5内部设置第一腔室45-7和第二腔室45-8，第一腔室45-7和第二腔室45-8分别位于试验轴承45-4两侧，喷油座45-6上与第一喷嘴45-13连通设置第一进油管45-11，与第二喷嘴45-14连通设置第二进油管45-12，第一腔室45-7底部连通设置第一回油管45-21，第二腔室45-8底部连通设置第二回油管45-22。
47.如此设置，第一腔室45-7和第二腔室45-8采用分别回油的形式，回油点分别位于第一腔室45-7和第二腔室45-8的最低处，回油进入第一回油管45-21和第二回油管45-22，通过回油口45-2离开主试验箱40，回油采用抽油回油，可以避免腔室内积油。
48.作为在本实施例的一种优选示例，第一进油管45-11和第二进油管45-12通过进油口45-1通入滑油，第一回油管45-21和第二回油管45-22连通回油口45-2将通入的滑油输送至主试验箱40外。
49.作为在本实施例的一种优选示例，主轴41上还套设陪试球轴承41-1和陪试滚子轴承41-2，陪试滚子轴承41-2位于陪试球轴承41-1和试验轴承45-4之间。
50.如此设置，试验轴承45-4需要进行载荷加载，其径向载荷和轴向载荷均由陪试球轴承41-1和陪试滚子轴承41-2承受，帮助设备正常运行。
51.作为在本实施例的一种优选示例，主试验箱40包括上箱体42、下箱体43和轴向加载环44，上箱体42分别与陪试球轴承41-1和陪试滚子轴承41-2连接且位于主轴41上方，下箱体43分别与陪试球轴承41-1和陪试滚子轴承41-2连接且位于主轴41下方；
52.加载电动缸组件50包括与主轴41同轴设置的第一缓冲器51，轴向加载环44与上箱体42和下箱体43连接并套设在第一缓冲t器51上。
53.如此设置，上箱体42和下箱体43均铸造而成，对主试验箱40进行保护。第一缓冲器51用于保护主试验器45。
54.作为在本实施例的一种优选示例，加载电动缸组件50还包括与主轴41垂直设置的第二缓冲器55，第一缓冲器51同轴连接设置第一电动缸54，第一电动缸54通过第一底座53
设置在轴承试验支架10上，第二缓冲器55同轴连接设置第二电动缸58，第二电动缸58通过第二底座57设置在轴承试验支架10上；
55.第一电动缸54实现对试验轴承45-4的轴向加载，第二电动缸58实现对试验轴承45-4的径向加载。
56.如此设置，通过设定第一电动缸54和第二电动缸58的电机轴对外输出转矩大小，实现对试验轴承45-4的径向及轴向加载。第一电动缸54和第二电动缸58上设计有调整块(图中未示出)，用于设备找中后电动缸位置的精调。
57.作为在本实施例的一种优选示例，第一缓冲器51上设置第一传感器52，第二缓冲器55上设置第二传感器56。第一传感器52和第二传感器56的设置。
58.作为在本实施例的一种优选示例，主轴41与增速齿轮箱30之间通过联轴器31连接。
59.作为在本实施例的一种优选示例，驱动轴系21上安装测扭仪22和扭矩限制器23。测扭仪22用于测量驱动轴系21的扭矩，扭矩限制器23用于保护驱动轴系21。
60.结合图8所示，为球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置的润滑原理图，通过磁翻板液位计监测不锈钢保温油箱中滑油液位，油箱中的滑油由油泵组带动抽出，并沿油路经过过滤器组(过滤器组由2个过滤器为30，10μm精滤过滤器串联)。滑油经过二级过滤后分两支路分别流入两分支油路。在加热油路里，滑油流过油温机；在冷却油路里，滑油流过冷却器。两油路滑油汇合至主油路，经过温度传感器测量是否达到试验所需温度，经过压力传感器实时监测滑油压力。当调节至满足试验条件之后管路分支分为第一进油管45-11(环下供油管路)以及第二进油管45-12(喷射供油管路)和第一回油管45-21及第二回油管45-22，每处进油管路均安装有质量流量计，用于供油流量的监测与实时反馈。主油路中的其余滑油进入油箱回路并通过单向阀回到不锈钢保温油箱中。
61.第一腔室45-7和第二腔室45-8采用分别回油的形式，设置了第一回油管45-21及第二回油管45-22，对轴承润滑过后的滑油通过抽油泵进行抽油回油，避免腔内积油，第一回油管45-21及第二回油管45-22在经过油泵后均安装有压力传感器、温度传感器和质量流量计用来实时监测回油的压力、温度和流量。在滑油汇入主油路后，进入油气分离装置进行油气分离，通过磁性回油装置进行滑油过滤回到不锈钢保温油箱中。
62.管路中需进行独立实验的元件，在系统中的连接均采用前后管路活接方式，即在各元件前后连接管路处设置通用活接头，用于试验件的更换。通用活接头具有良好的互换性，更换试验件时，只需从前后活接头处更换，避免了因替换件接口与原设备接口不一致导致的转接问题；进油管路中细油滤后加有带活接头三通球阀，可进行润滑系统的扩展实验；管路的走线充分考虑试验件的替换，预留替换件更换空间。
63.综上，本实施例中的装置进行球轴承实验步骤如下：
64.1.检查装置各部分连接是否正常，检查装置气密性；
65.2.通过磁翻板液位计观察保温油箱内部滑油液位，若滑油过少，则打开保温油箱外部连接阀门输入滑油，直到满足试验要求，关闭外部阀门；
66.3.打开油泵组，观测第一进油管45-11以及第二进油管45-12处的压力传感器以及温度传感器，调节油温机以及冷却器，使供油温度达到试验要求，并通调节油泵组俄控制供油温度；
67.4.通过供油管路的流量计观测供油流量，打开单向阀，使多余滑油回到保温油箱；
68.5.进行轴承实验，通过调节加载缸实施对轴承的加载；
69.6.通过第一回油管45-21及第二回油管45-22的温度传感器、压力传感器、流量计观测回油温度、压力、流量；
70.7.关闭各处阀门、关闭电机及加载缸。
71.在上列实施例，对本发明的目的、技术方案和有点进行了进一步地详细说明，所应说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
72.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
73.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
74.此外，本发公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所发明的内容。

技术特征：
1.一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，包括轴承试验支架(10)，所述轴承试验支架(10)上依次连接设置施动电机(20)、驱动轴系(21)、增速齿轮箱(30)、主试验箱(40)和加载电动缸组件(50)；所述主试验箱(40)内设置主轴(41)，所述主轴(41)的一端与增速齿轮箱(30)连接，主轴(41)的另一端设置主试验器(45)，所述主试验器(45)包括套设在主轴(41)端部的试验轴承(45-4)，所述试验轴承(45-4)的外部连接设置壳体(45-5)，所述壳体(45-5)的一端连接设置喷油座(45-6)，所述喷油座(45-6)上位于主轴(41)两侧设置第一喷嘴(45-13)和第二喷嘴(45-14)，分别用于对所述试验轴承(45-4)进行环下润滑和喷射润滑，所述主试验器(45)的外部抵接所述加载电动缸组件(50)；所述施动电机(20)、驱动轴系(21)、增速齿轮箱(30)用于模拟航空发动机主轴(41)转速，所述加载电动缸组件(50)实现对试验轴承(45-4)的轴向加载和径向加载。2.根据权利要求1所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述试验轴承(45-4)与主轴(41)之间套设轴承衬套(45-3)，所述轴承衬套(45-3)上连通设置收油环(45-31)和输油通道(45-32)，所述收油环(45-31)靠近喷油座(45-6)的一端设置，所述试验轴承(45-4)的内套上设置供油孔(45-33)，所述输油通道(45-32)与供油孔(45-33)连通，所述第一喷嘴(45-13)与所述收油环(45-31)相对设置，从第一喷嘴(45-13)喷出的滑油依次经过收油环(45-31)、输油通道(45-32)和供油孔(45-33)对试验轴承(45-4)进行环下润滑；及/或，所述第二喷嘴(45-14)相对设置在所述试验轴承(45-4)的内套与外套的中心处，对所述试验轴承(45-4)进行喷射润滑。3.根据权利要求2所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述喷油座(45-6)与主轴(41)不接触，所述壳体(45-5)内部设置第一腔室(45-7)和第二腔室(45-8)，所述第一腔室(45-7)和第二腔室(45-8)分别位于试验轴承(45-4)两侧，所述喷油座(45-6)上与所述第一喷嘴(45-13)连通设置第一进油管(45-11)，与第二喷嘴(45-14)连通设置第二进油管(45-12)，所述第一腔室(45-7)底部连通设置第一回油管(45-21)，第二腔室(45-8)底部连通设置第二回油管(45-22)。4.根据权利要求2所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述第一进油管(45-11)和第二进油管(45-12)通过进油口(45-1)通入滑油，所述第一回油管(45-21)和第二回油管(45-22)连通回油口(45-2)将通入的滑油输送至主试验箱(40)外。5.根据权利要求2所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述主轴(41)上还套设陪试球轴承(41-1)和陪试滚子轴承(41-2)，所述陪试滚子轴承(41-2)位于陪试球轴承(41-1)和试验轴承(45-4)之间。6.根据权利要求2所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述主试验箱(40)包括上箱体(42)、下箱体(43)和轴向加载环(44)，所述上箱体(42)分别与陪试球轴承(41-1)和陪试滚子轴承(41-2)连接且位于所述主轴(41)上方，所述下箱体(43)分别与陪试球轴承(41-1)和陪试滚子轴承(41-2)连接且位于所述主轴(41)下方；所述加载电动缸组件(50)包括与所述主轴(41)同轴设置的第一缓冲器(51)，所述轴向加载环(44)与所述上箱体(42)和下箱体(43)连接并套设在所述第一缓冲器(51)上。7.根据权利要求6所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述
加载电动缸组件(50)还包括与所述主轴(41)垂直设置的第二缓冲器(55)，所述第一缓冲器(51)同轴连接设置第一电动缸(54)，所述第一电动缸(54)通过第一底座(53)设置在轴承试验支架(10)上，所述第二缓冲器(55)同轴连接设置第二电动缸(58)，所述第二电动缸(58)通过第二底座(57)设置在轴承试验支架(10)上；所述第一电动缸(54)实现对试验轴承(45-4)的轴向加载，所述第二电动缸(58)实现对试验轴承(45-4)的径向加载。8.根据权利要求2所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述第一缓冲器(51)上设置第一传感器(52)，所述第二缓冲器(55)上设置第二传感器(56)。9.根据权利要求2所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述主轴(41)与增速齿轮箱(30)之间通过联轴器(31)连接。10.权利要求1～9任一所述的球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，其特征在于，所述驱动轴系(21)上安装测扭仪(22)和扭矩限制器(23)。

技术总结
本发明提出一种球轴承环下与喷射润滑组合润滑试验装置，包括轴承试验支架，所述轴承试验支架上依次连接设置施动电机、驱动轴系、增速齿轮箱、主试验箱和加载电动缸组件；主试验箱内设置主轴，主轴的一端与增速齿轮箱连接，主轴的另一端设置主试验器，主试验器包括套设在主轴端部的试验轴承，试验轴承的外部连接设置壳体，壳体的一端连接设置喷油座，喷油座上位于主轴两侧设置第一喷嘴和第二喷嘴，分别用于对试验轴承进行环下润滑和喷射润滑。本装置操作简单，可满足不同润滑方式的轴承试验需求；同时可以满足不同尺寸不同类型轴承的润滑试验。滑试验。滑试验。


技术研发人员：高文君 李灿 公平 李宛蓉 张杰铭 李元昊 吕亚国 朱鹏飞 胡剑平 刘振刚
受保护的技术使用者：北京动力机械研究所
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/7