專利名稱：航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法
技術領域：
本發(fā)明屬于軸承試驗技術領域，主要涉及一種航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動
性能的試驗方法。
背景技術：
國內航空軸承領域，尤其是航空發(fā)動機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)動機用軸承的試驗研究主要是進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)動機用軸承作此試驗，而是隨同發(fā)動機一 起進行試驗。這樣就使得航空發(fā)動機用軸承的低溫抗貧油啟動性能難以得到獨立準確的試 驗結果。 為了分析掌握航空發(fā)動機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，為產品的設計和理論分析提供真實有效的數據參考。而 該技術目前在國內尚屬空白，相關文獻也未見報道。 隨著我國航空領域的快速發(fā)展，對航空發(fā)動機用軸承提出了更高的要求，尤其迫 切需要進行低溫條件下抗貧油啟動性能試驗技術的研究。
發(fā)明內容
為模擬航空發(fā)動機用軸承在低溫下的抗貧油啟動的運行狀態(tài)，本發(fā)明提供了一種 航空發(fā)動機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行試驗，能較為真實的模擬航空發(fā)動機用軸承的實 際使用工況，試驗過程由計算機實時監(jiān)測試驗主軸轉速、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行時間試驗參數，為評價航空發(fā)動機用軸承 的性能及可靠性提供了科學依據。 為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案 所述的航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法，是設計一套實現航空 發(fā)動機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圈使 其定位在試驗主軸上，試驗主軸的右輸出端通過聯軸器與驅動電主軸聯接，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接有漏斗狀的壓蓋，右支 承襯套和左支承襯套的下端聯接有底座，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架上，沿底座和壓蓋四 周安裝防護罩；在壓蓋的一側斜插有兩支溫度傳感器，兩支溫度傳感器的測點分別對準兩 套試驗軸承的外圈；在壓蓋的另一側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，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 相關部件進行深度冷卻，使試驗容腔內的環(huán)境溫度降至-10(TC以下后停止?jié)擦芤簯B(tài)氮，冷 卻過程中緩慢旋轉試驗主軸使試驗軸承冷卻均勻，待試驗容腔內的環(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 試驗主軸一周使?jié)櫥途鶆驀娫趦商自囼炤S承內，關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自動監(jiān)測并記錄試驗主 軸的轉速、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行時間參數，再關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值以及圍繞這些參數值的圖像進行計算機數據 分析處理并作出試驗結論。 實現所述的航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試驗裝置由機
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、防護罩、聯軸器和電主軸構成，機架上固定電主軸，電主軸通過聯軸器聯接試驗
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
襯套的上端聯接有漏斗狀的壓蓋，右支承襯套和左支承襯套的下端聯接有底座，底座由機架
支撐，在底座上配置噴油咀；圍繞軸向加載油缸、壓蓋、底座和聯軸器處設置防護罩。 由于采用如上所述的技術方案，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，該材料熱膨脹系數較小，零件精加工時再經深冷時效處理，可在溫 度-253t:以下使用，保證在冷卻時變形較小，不影響軸系旋轉精度。 2、本發(fā)明的試驗主軸為簡支梁支撐結構，只有兩套試驗軸承支承試驗主軸，易于 實現試驗主軸的高轉速，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達到航空發(fā)動機所要求的極限工作轉速，試驗結果真實可靠。
圖1是實現本發(fā)明試驗方法的試驗裝置結構示意圖。
圖1中l(wèi)-機架；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-防護罩；15-聯軸器；16-電主軸。
具體實施例方式
結合圖1，實現航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法的試驗裝置由 機架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、防護罩14、聯軸器15和電主軸16構成，機架上固 定電主軸，電主軸通過聯軸器聯接試驗主軸，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接有漏斗狀的壓蓋，右支承 襯套和左支承襯套的下端聯接有底座，底座由機架支撐，在底座上配置噴油咀；圍繞軸向加 載油缸、壓蓋、底座和聯軸器處設置防護罩。 在上述試驗裝置的配合下，本發(fā)明航空發(fā)動機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
備緊試驗軸承內圈使其定位在試驗主軸上，試驗主軸的右輸出端通過聯軸器與驅動電主軸
聯接，電主軸通過聯軸器帶動試驗主軸旋轉，為試驗軸承提供轉速；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接有
漏斗狀的壓蓋，右支承襯套和左支承襯套的下端聯接有底座，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架上，
沿底座和壓蓋四周安裝防護罩，防止高速旋轉和低溫傷人；在壓蓋的一側斜插有兩支溫度
傳感器，兩支溫度傳感器的測點分別對準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，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部件進行深度冷
卻，使試驗容腔內的環(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試
驗主軸使試驗軸承冷卻均勻，待試驗容腔內的環(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，此時緩慢旋轉試驗主軸一周使?jié)櫥?br>
均勻噴在兩套試驗軸承內，關閉潤滑油泵不再供油，試驗軸承運轉時僅靠內部結構所能殘
存的潤滑油提供潤滑，模擬航空發(fā)動機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軸器使試驗主軸從Or/min升速到最高轉速42000r/min并保持20 40s的試驗時間，在整個試驗過程中計算機自動監(jiān)測并記錄試驗主軸的轉 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行時間參數，再關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值以及圍繞這些參數值的圖像進行計算機數據分析處 理并作出試驗結論。 本發(fā)明采用耐低溫不銹鋼材料設計試驗裝置，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時由轉速為48000r/min的大功率高速電主軸直接驅動試驗軸系旋 轉進行試驗，試驗過程由計算機自動監(jiān)測并記錄試驗過程中的試驗主軸的轉速、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行時間參數。試驗結束后，停機拆出試驗樣品，并在計算機軟件中 導出試驗過程的試驗數據和圖像，進行數據處理和試驗判定。 本發(fā)明能較為真實的模擬軸承的貧油狀態(tài)，將進一步提高我國航空發(fā)動機用軸承 的試驗能力，填補了國內該技術的空白，滿足了行業(yè)對此項技術的需求，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濟前
旦 足。
權利要求
一種航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法，其特征在于先設計一套實現航空發(fā)動機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圈使其定位在試驗主軸上，試驗主軸的右輸出端通過聯軸器與驅動電主軸聯接，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接有漏斗狀的壓蓋，右支承襯套和左支承襯套的下端聯接有底座，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架上，沿底座和壓蓋四周安裝防護罩；在壓蓋的一側斜插有兩支溫度傳感器，兩支溫度傳感器的測點分別對準兩套試驗軸承的外圈；在壓蓋的另一側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，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部件進行深度冷卻，使試驗容腔內的環(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試驗主軸使試驗軸承冷卻均勻，待試驗容腔內的環(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，此時緩慢旋轉試驗主軸一周使?jié)櫥途鶆驀娫趦商自囼炤S承內，關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自動監(jiān)測并記錄試驗主軸的轉速、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行時間參數，再關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值以及圍繞這些參數值的圖像進行計算機數據分析處理并作出試驗結論。
2. 實現如權利要求1所述的航空發(fā)動機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)、防護罩(14)、聯軸器(15)和電主軸(16)構成，機架(1)上固定電主軸(16)， 電主軸(16)通過聯軸器(15)聯接試驗主軸(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)的下端聯接有底座(2)，底座(2)由機架(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)和聯軸器(15)處設置防護罩(14)。
全文摘要
一種航空發(fā)動機用軸承低溫抗貧油啟動性能的試驗方法是設計試驗裝置，將兩套試驗軸承安裝在試驗主軸，試驗主軸通過聯軸器與電主軸聯接，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接壓蓋，其下端聯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，當試驗容腔降至-100℃以下停止?jié)擦?，待試驗容腔?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