一种旋转轴唇形密封圈疲劳测试装置及方法

技术领域

本发明属于密封圈检测技术领域，涉及旋转轴唇形密封圈疲劳测试装置及方法。

背景技术

在洗衣机生产制造过程中，内筒驱动轴高速旋转，采用唇形密封圈来进行密封防止皂液渗入机器内。由此在新产品研发过程中，需要对选用的唇形密封圈进行疲劳测试。该类测试耗时长、影响因素多，故需要自动化设备来完成这个工作，来减少测试人员的劳动强度，提高测试效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旋转轴唇形密封圈疲劳测试装置及方法，能模拟使用环境以及洗涤程序，在工位上验证洗衣机内的油封耐久性能。可以观测唇形密封圈内圈的状态。乃至多工位布置下横向比较不同油封在不同温度、水质等情况下疲劳性能即同水箱内横向比较不同密封圈在相同温度、水质等情况下疲劳性能：不同水箱工位之间比较密封圈在不同温度、水质等情况下的疲劳性能。

按照本发明提供的技术方案：一种旋转轴唇形密封圈疲劳测试装置，包括设备主体框架，设备主体框架上安装旋转测试设备单元和测试水环境单元；旋转测试设备单元包括旋转驱动机构，旋转驱动机构上安装油封定位工装、测试轴夹持工装、液滴检测机构；旋转驱动机构包括模组固定座，模组固定座下部与设备主体框架连接，模组固定座上部通过丝杆模组与连接轴承安装座连接；轴承安装座内转动安装旋转主轴，旋转主轴由伺服电机驱动，并由扭矩传感器监测扭矩，旋转主轴左端连接测试轴夹持工装，测试轴夹持工装位于转接套内，转接套与轴承安装座左侧连接；测试轴夹持工装包括弹性筒夹、锁紧螺母、筒夹座，弹性筒夹置于筒夹座内，锁紧螺母旋紧在筒夹座外螺纹上，筒夹座右端与旋转主轴左端通过法兰结构连接，弹性筒夹中安装测试轴，油封定位工装包括定位套，定位套中水平贯穿通孔，通孔分为左侧的进水孔段和右侧的油封安装孔，测试唇形密封圈安装在油封安装孔中；油封安装孔右侧端面固定连接密封腔盖，测试轴右端位于弹性筒夹、筒夹座中，测试轴左端安装在测试唇形密封圈内孔中；定位套外周与转接套左侧法兰面连接，定位套右端面下部设计有溢流槽口；定位套右端面底设有液滴检测机构，液滴检测机构包括固定支架，固定支架安装在转接套左侧部下方，区域型光纤单元成对相向布置在固定支架上，固定支架底部放置量杯；环境水箱包括箱体，箱体中安装雾化喷头、浮球式位移传感器、电阻式温度计、加热棒，箱体两侧安装玻璃管式直角液位计、排水电磁阀、进水电磁阀，箱体后侧安装透明观察窗口，箱体前侧连通水箱对接法兰；水箱对接法兰包括对接法兰，对接法兰内外两端分别连接箱体与法兰压盖，对接法兰与法兰压盖之间安装法兰密封圈。

作为本发明的进一步改进，轴承安装座内装入轴承，旋转主轴套装在轴承中，轴承安装座右侧连接电机安装座，电机安装座上安装伺服电机，伺服电机输出轴通过联轴器连接扭矩传感器输入轴，扭矩传感器输入轴通过联轴器连接旋转主轴右端，扭矩传感器侧面与电机安装座固定连接。

作为本发明的进一步改进，扭矩传感器侧面通过螺栓与电机安装座固定连接。

作为本发明的进一步改进，测试唇形密封圈通过过盈配合安装在油封安装孔中，测试轴左端通过过盈配合安装在测试唇形密封圈内孔中，定位套外周与转接套左侧法兰面通过螺栓连接。

作为本发明的进一步改进，定位套与转接套之间安装防错销。

作为本发明的进一步改进，定位套左端外圆安装第一密封圈。

作为本发明的进一步改进，区域型光纤单元为区域检测光纤感测头。

作为本发明的进一步改进，水箱对接法兰下方设有集水容器，集水容器固定于设备主体框架上。

一种旋转轴唇形密封圈疲劳测试方法，方法采用上述的装置，包含以下步骤：

步骤1、通过旋转手轮将旋转驱动机构退离水箱对接法兰区域，让出人工操作空间；

步骤2、根据测试轴轴径选取对应的弹性筒夹，预装进筒夹座内，旋上锁紧锁母；

步骤3、将测试唇形密封圈装入定位套，定位套安装至转接套左侧法兰接口；

步骤4、将测试轴从定位套左端部装入，穿过测试唇形密封圈内圈后插入测试轴夹持工装的弹性筒夹内，然后通过锁紧螺母夹紧测试轴；

步骤5、通过旋转手轮带动丝杆转动，模组本体、模组固定座、转接套、定位套向水箱对接法兰移动，直至定位套抵住法兰压盖，转动锁紧手柄夹紧丝杆以固定模组本体；

步骤6、进行水体实验时，进水电磁阀控制箱体进水，加热棒进行加热至设定的温度，水体进入对接法兰后，浮球式位移传感器控制进水电磁阀进水至设定的液位后停止进水，测试水体位于测试唇形密封圈左侧，伺服电机按照设定的转速和扭矩带动旋转主轴、筒夹座、弹性筒夹、测试轴转动，泄漏水体从测试唇形密封圈与测试轴之间的间隙流至定位套与密封腔盖之间，沿着沿溢流槽口向下流出，穿过区域型光纤单元落至量杯内，到达设定的运行时间或检测泄漏量超过设定值时，装置停止；进行水雾实验时，雾化喷头将水雾穿过对接法兰喷至测试唇形密封圈左侧，伺服电机按照设定的转速和扭矩带动旋转主轴、筒夹座、弹性筒夹、测试轴转动，泄漏水体从测试唇形密封圈与测试轴之间的间隙流至定位套与密封腔盖之间，沿着沿溢流槽口向下流出，穿过区域型光纤单元落至量杯内，到达设定的运行时间或检测泄漏量超过设定值时，装置停止；

步骤7、松开锁紧手柄，旋转手轮将定位套退离水箱对接法兰，依次取出测试轴和测试唇形密封圈。

本申请的积极进步效果在于：

1、本发明装夹结构简单，并可通过更换定位套和筒夹来适应不同外径轴和唇形密封圈，除测试轴与唇形密封圈外零件都可重复进行使用。进而为实现模拟条件下的唇形密封圈疲劳测试提供了装备及方法支持。

2、本发明旋转轴系仅布置于唇形密封圈右向驱动侧，采用单边夹持测试轴方式，即唇形密封圈左向没有轴承或其他支撑。以此便于装夹以及观测。

3、本发明采用筒夹方式直接抱紧测试轴，1:10的锥度比使这种抓取方式更为牢靠，杜绝高速旋转下松开的情况，且同心度保持良好。

4、本发明在唇形密封圈工装右侧专门设计了一个密封腔体以及滴落口，以保证泄漏液体滴落范围的稳定可控，便于检测。

5、本发明采用范围40mm的区域检测型光线单元来检测(泄漏状态为液滴形态)滴落的液体并进行计数。基本原理为液滴通过导致光的折射发生了变化，依此判定。

6、本发明在旋转轴系中串联了一套扭矩传感器用以实时记录设备摩擦扭矩，为分析唇形密封圈内圈疲劳发生时扭矩波动参数提供数据化支持；并为反向研究仅以摩擦扭矩波动值来判定密封圈内圈疲劳失效发生提供实验数据支持。

7、本发明可以观测的数据有：时间、温度、转速、液体位置、滴数、摩擦扭矩，为对于分析测试密封圈疲劳状态提供了数据化的支持。

附图说明

图1为本发明的总体示意图。

图2为本发明中旋转驱动机构、液滴检测机构的结构位置示意图。

图3为本发明中测试轴夹持工装、旋转驱动机构的结构位置示意图。

图4为本发明水箱对接法兰与油封定位工装、测试轴工装对接示意图。

图5为图4中B区域的局部视图。

图6为本发明中油封定位工装的结构示意图。

图7为本发明中环境水箱、水箱对接法兰的结构示意图。

图8为本发明中水箱对接法兰的结构示意图。

图9为本发明中丝杆模组的结构示意图。

图10为本发明中把手锁紧型固定环的结构示意图。

图1-图10中，包括设备主体框架100、旋转测试设备单元200、测试水环境单元300、测试轴400、测试唇形密封圈500、油封定位工装210、第一密封圈2111、防错销2112、定位套2113、密封腔盖2114、测试轴工装220、弹性筒夹2211、锁紧螺母2212、筒夹座2213、旋转驱动机构230、旋转主轴2311、转接套2312、轴承安装座2313、轴承2314、电机安装座2315、扭矩传感器2316、移动防护罩2317、伺服电机2318、模组固定座2319、丝杆模组2320、模组本体23201、导轨23202、滑台23203、丝杆23204、轴承座23205、把手锁紧型固定环2321、环体23211、环孔23212、调整槽23213、23214、第二螺孔23215、锁紧螺栓23216、锁紧手柄23217、液滴检测机构240、区域型光纤单元2411、量杯2412、固定支架2413、环境水箱310、雾化喷头3111、透明观察窗口3112、浮球式位移传感器3113、玻璃管式直角液位计3114、排水电磁阀3115、电阻式温度计3116、加热棒3117、进水电磁阀3118、箱体3119、水箱对接法兰320、对接法兰3211、法兰密封圈3212、法兰压盖3213等。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，“包括”和“具有”等类似术语，是指除了已经在“包括”和“具有”中所罗列的那些内容以外，还可以“包括”和“具有”其它尚未罗列的内容；例如，可以包含一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于已经清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由于图纸角度问题，可能有部分部件未画出，但其位置及连接关系可以根据文字表达部分理解。

如图1所示，本发明是一种旋转轴唇形密封圈疲劳测试装置，包括设备主体框架100，设备主体框架100上安装旋转测试设备单元200和测试水环境单元300。

如图2-图4所示，旋转测试设备单元200包括油封定位工装210、测试轴夹持工装220、旋转驱动机构230以及液滴检测机构240。

旋转驱动机构230上安装油封定位工装210、测试轴夹持工装220、液滴检测机构240。

旋转驱动机构230包括旋转主轴2311、转接套2312、轴承安装座2313、轴承2314、电机安装座2315、扭矩传感器2316、移动防护罩2317、伺服电机2318、模组固定座2319、丝杆模组2320、把手锁紧型固定环2321。

如图9所示，丝杆模组2320包括模组本体23201，模组本体23201底部对称设有导轨23202，导轨23202上滑动安装滑台23203，导轨23202之间安装丝杆23204，滑台23203与丝杆23204螺纹连接。模组本体23201右端面安装把手锁紧型固定环2321，丝杆23204右端穿过把手锁紧型固定环2321。

如图10所示，把手锁紧型固定环2321包括环体23211，环体23211中开有环孔23212，环孔23212一侧设有调整槽23213，调整槽23213两侧设有第一螺孔23214和第二螺孔23215，第一螺孔23214和第二螺孔23215中螺纹连接锁紧螺栓23216，锁紧螺栓23216端部连接锁紧手柄23217。

当需要锁紧时，掰动锁紧手柄23217，通过螺纹结构致其环孔23212形变，夹紧丝杆23204以起到固定模组本体23201。

丝杆23204为滚珠丝杆，通过轴承座23205安装在模组本体23201上。滚珠丝杆23204上套设螺母，滑台23203与螺母固定连接。

为了便于转动丝杆23204，丝杆23204右端连接手轮。

丝杆模组2320为双直线导轨导向、滚珠丝杆驱动结构，滚珠丝杆将旋转运动转换成直线运动。

旋转驱动机构230下部的丝杆模组2320在非测试状态时，通过旋转手轮将旋转驱动机构230退离水箱对接法兰320区域，此时便于人工拆装更换测试工装。需要测试时，旋转手轮将旋转驱动机构230推近环境水箱310，直至油封定位工装210完全伸入水箱对接法兰320，此时通过把手锁紧型固定环2321夹紧丝杆模组2320中丝杆23204，防止模组本体23201滑动。

模组固定座2319下部与设备主体框架100连接，上部与丝杆模组2320的滑台23203连接。模组本体23201上方连接轴承安装座2313。

轴承安装座2313内转动安装旋转主轴2311，旋转主轴2311由伺服电机2318驱动，并由扭矩传感器2316监测扭矩，旋转主轴2311左端连接测试轴夹持工装220，测试轴夹持工装220位于转接套2312内，转接套2312与轴承安装座2313左侧连接。

具体的，轴承安装座2313内装入轴承2314，旋转主轴2311套装在轴承2314中，轴承安装座2313右侧连接电机安装座2315，电机安装座2315上安装伺服电机2318，伺服电机2318输出轴通过联轴器连接扭矩传感器2316输入轴，扭矩传感器2316输入轴通过联轴器连接旋转主轴2311右端，扭矩传感器2316侧面通过螺栓固定连接电机安装座2315。

扭矩传感器2316串联于旋转轴系中，可以实时记录旋转力矩，用于图表化的参数分析。

轴承安装座2313上部外周及电机安装座2315外周包裹移动防护罩2317，移动防护罩2317对扭矩传感器2316隔离防护。

测试轴夹持工装220是一种利用锥度变径套(弹性筒夹2211)的径向收缩来夹紧轴的夹紧工装。包括弹性筒夹2211、锁紧螺母2212、筒夹座2213。弹性筒夹2211置于筒夹座2213内，锁紧螺母2212旋紧在筒夹座2213外螺纹上。筒夹座2213右端与旋转主轴2311左端通过法兰结构连接。弹性筒夹2211中安装测试轴400。

通过更换弹性筒夹2211即可满足对不同尺寸测试轴400轴径的夹持。弹性筒夹2211采用1:10锥度，加持力大且稳定，极好的控制测试轴400的轴跳动范围。

测试轴夹持工装220采用弹性筒夹2211单边夹持方式，配合丝杆模组2320的手动退离，易于测试轴400和测试唇形密封圈500的安装与拆卸。

测试轴400、测试轴夹持工装220、旋转主轴2311、扭矩传感器2316的输入输出轴、伺服电机2318的输出轴为同轴布置，依靠伺服电机2318驱动旋转。

转接套2312用于连接油封定位工装210。油封定位工装210包括定位套2113，定位套2113中水平贯穿通孔，通孔分为左侧的进水孔段和右侧的油封安装孔，测试唇形密封圈500通过过盈配合安装在油封安装孔中，油封安装孔适配对应的测试唇形密封圈500，根据不同油封外径来制作，定位套2113外径为一致尺寸以此统一成标准接口；油封安装孔右侧端面固定连接密封腔盖2114，测试轴400右端位于弹性筒夹2211、筒夹座2213中，测试轴400左端通过过盈配合安装在测试唇形密封圈500内孔中。定位套2113外周与转接套2312左侧法兰面通过螺栓连接。

密封腔盖2114用以测试时形成一相对密封的环境，防止因温度升高造成的泄漏液体蒸发。

如图5-图6所示，定位套2113右端面下部设计有溢流槽口21131，为了保证测试时，溢流槽口21131垂直朝下，测试唇形密封圈500发生疲劳时泄漏水体沿溢流槽口21131向下流出，并处于区域型光纤单元2411的检测范围，定位套2113与转接套2312之间安装防错销2112。

油封定位工装210和测试轴夹持工装220可重复使用，并且不对测试轴有任何损伤。

定位套2113左端外圆设计有槽安装第一密封圈2111，用于测试时与测试水环境单元300之间的密封。

定位套2113右端面底设有液滴检测机构240，液滴检测机构240包括固定支架2413、量杯2412、区域型光纤单元2411。固定支架2413安装在转接套2312左侧部下方，区域型光纤单元2411成对相向布置在固定支架2413上，固定支架2413底部放置量杯2412。

在本实施例中，区域型光纤单元2411为区域检测光纤感测头，具体型号为基恩士FU-E40(范围40mm)。液滴检测机构240通过一组区域型光纤单元2411，依靠光折射率的改变来判断检测滴落的水滴数。

如图7所示，环境水箱310包括箱体3119，箱体3119中安装雾化喷头3111、浮球式位移传感器3113、电阻式温度计3116、加热棒3117，箱体3119两侧安装玻璃管式直角液位计3114、排水电磁阀3115、进水电磁阀3118，箱体3119后侧安装透明观察窗口3112，箱体3119前侧连通水箱对接法兰320。

如图8所示，水箱对接法兰320包括对接法兰3211、法兰密封圈3212、法兰压盖3213。对接法兰3211内外两端分别连接箱体3119与法兰压盖3213。对接法兰3211与法兰压盖3213之间安装法兰密封圈3212。

排水电磁阀3115、进水电磁阀3118配合浮球式位移传感器3113可实现自动上下水、水位调节，电阻式温度计3116配合加热棒3117可实现水温调节。雾化喷头3111可以实现喷淋状态下的测试环境。

玻璃管式直角液位计3114用于操作人员观察。

水箱对接法兰320下方设有集水容器330，用于意外泄漏时液体的收集。集水容器330固定于设备主体框架100上。

在本实施例中，测试水环境单元300具有3组水箱对接法兰320，同时对3个测试唇形密封圈500进行测试。

一种旋转轴唇形密封圈疲劳测试方法，方法采用上述装置，包含以下步骤：

步骤1、通过旋转手轮将旋转驱动机构230退离水箱对接法兰320区域，让出人工操作空间；

步骤2、根据测试轴400轴径选取对应的弹性筒夹2211，预装进筒夹座2213内，旋上锁紧锁母2212；

步骤3、将测试唇形密封圈500装入定位套2113，定位套2113安装至转接套2312左侧法兰接口；

步骤4、将测试轴400从定位套2113左端部装入，穿过测试唇形密封圈500内圈后插入测试轴夹持工装220的弹性筒夹2211内，然后通过锁紧螺母2212夹紧测试轴400；

步骤5、通过旋转手轮带动丝杆23204转动，模组本体23201、模组固定座2319、转接套2312、定位套2113向水箱对接法兰320移动，直至定位套2113抵住法兰压盖3213，法兰密封圈3212保证定位套2113与法兰压盖3213之间密封，转动锁紧手柄23217夹紧丝杆23204以固定模组本体23201；

步骤6、进行水体实验时，进水电磁阀3118控制箱体3119进水，加热棒3117进行加热至设定的温度，水体进入对接法兰3211后，浮球式位移传感器3113控制进水电磁阀3118进水至设定的液位后停止进水，测试水体位于测试唇形密封圈500左侧，伺服电机2318按照设定的转速和扭矩带动旋转主轴2311、筒夹座2213、弹性筒夹2211、测试轴400转动，泄漏水体从测试唇形密封圈500与测试轴400之间的间隙流至定位套2113与密封腔盖2114之间，沿着沿溢流槽口21131向下流出，穿过区域型光纤单元2411落至量杯2412内；到达设定的运行时间或检测泄漏量超过设定值时，装置停止；进行水雾实验时，雾化喷头3111将水雾穿过对接法兰3211喷至测试唇形密封圈500左侧，伺服电机2318按照设定的转速和扭矩带动旋转主轴2311、筒夹座2213、弹性筒夹2211、测试轴400转动，泄漏水体从测试唇形密封圈500与测试轴400之间的间隙流至定位套2113与密封腔盖2114之间，沿着沿溢流槽口21131向下流出，穿过区域型光纤单元2411落至量杯2412内；到达设定的运行时间或检测泄漏量超过设定值时，装置停止；

测试唇形密封圈500与定位套2113采用过盈配合安装且相对静止，测试唇形密封圈500与测试轴400之间相互运动，故漏水现象发生在测试唇形密封圈500与测试轴400之间。

步骤7、松开锁紧手柄23217，旋转手轮将定位套2113退离水箱对接法兰320，依次取出测试轴400和测试唇形密封圈500。完成一轮测试。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。