一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台

技术领域

本发明涉及高速切削技术领域，具体为一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台。

背景技术

高速切削技术由于其具备减小切削力、降低工作温升、延长刀具寿命以及提高切削效率等优势，得到了广泛的关注。目前主要应用于模具加工以及航空航天领域薄壁件的加工等，其代表了制造技术未来的发展方向。主轴作为高速切削机床的重要部件，其高效运转靠的就是轴承的稳定支承。动静压轴承由于具备静压轴承和动压轴承的性能，同时规避了二者的缺点，因此表现出了优良的润滑性能，从而在高速切削机床中得到了广泛的应用。介于动静压轴承所处的工作环境更加严苛，温度、变形以及轴颈倾斜等会对轴承的润滑性能造成较大影响。按以往的理论计算已经不能得到正确的结论，因此需要在实验上加以研究得出正确结果。目前对于轴承动态性能的实验研究较少，而动静压轴承由于复杂的油路设计等导致其在实验方面的研究更少，因此需要建立一套完整可靠同时便于操作的动静压轴承动态性能测试装置，来实现对高速切削机床动静压轴承动态性能的准确测试，为动静压轴承的研究工作提供一定的数据支持。

发明内容

针对现有技术中存在无法对轴承动态性能的实验以及动静压轴承实验准确性检测的问题，本发明提供一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台，该试验台结构简单，操作方便，有效的对实现对高速切削机床动静压轴承动态性能的准确测试，为动静压轴承的研究工作提供一定的数据支持。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台，包括实验轴承系统、加载系统、供油系统和测试系统；所述实验轴承系统包括第一直流电机、联轴器、转子、实验轴承组件和两个支承轴承组件；所述第一直流电机通过联轴器与转子连接设置；两个所述支承轴承组件均套在转子上设置，所述实验轴承组件套在转子上，且在两个支承轴承组件之间设置；所述加载系统装配在实验轴承组件上，所述供油系统和测试系统分别连接在实验轴承组件上，实验轴承组件通过加载系统和供油系统在转子上实现浮动，并通过测试系统得到动静压轴承动态特性的实验测量。

优选的，实验轴承组件包括实验轴承和实验轴承座，所述实验轴承套在转子上设置，实验轴承座装配在实验轴承上，并与实验轴承相配合。

进一步的，实验轴承座上设有油口、油道和油堵；所述油道围绕实验轴承座设置，油道两端设有油口，油口通过油堵进行密封；所述供油系统通过油口与实验轴承座连接设置。

优选的，加载系统包括静态载荷组件和两组动态载荷组件；所述静态载荷组件装配在实验轴承组件的上部；两组动态载荷组件分别装配在实验轴承组件下部两侧。

进一步的，静态载荷组件包括支撑架、丝杠、丝杠螺母、推力轴承、弹簧、活动板、加载头、两根导向杆和两个直线轴承；所述支撑架上装配有丝杠螺母，两根所述导向杆分别在支撑架两侧设置，丝杠装配在丝杠螺母内，并与丝杠螺母相配合；推力轴承装配在丝杠的底端，两个直线轴承分别设置在活动板上，且两个直线轴承分别与两根导向杆滑动设置，并带动活动板上下移动，弹簧在活动板上设置，加载头一端装配在活动板的底端，另一端与实验轴承组件的上部接触设置，实现对实验轴承组件提供静态载荷。

进一步的，动态载荷组件包括电磁激励器和传力杆，所述传力杆的一端接触设置在实验轴承组件上，另一端装配有电磁激励器，实现对实验轴承组件提供动态载荷。

优选的，供油系统包括油箱、液压泵、第二直流电机、溢流阀、单向阀、进口过滤器、出口过滤器、压力表和节流器；液压泵的进油口与油箱通过进口过滤器连接；液压泵的出口与单向阀连接；在液压泵与单向阀之间的支路连接有溢流阀；单向阀与节流器之间依次设有出口过滤器和压力表；第二直流电机与液压泵连接，通过第二直流电机带动液压泵工作，并对实验轴承组件提供润滑油。

进一步的，节流器的数量为四个，四个分部节流器的一端分部与实验轴承组件连接设置，另一端均与压力表连接设置。

优选的，测试系统包括水平绝对位移传感器、水平相对位移传感器、纵向绝对位移传感器、纵向相对位移传感器、静态压力传感器、压力传感器座、动态压力传感器和控制器；静态压力传感器装配在压力传感器座上，动态压力传感器装配在实验轴承组件的底部；水平传感器组件沿着实验轴承组件的水平中心线的方向，紧靠在实验轴承组件上；纵向传感器组件沿着实验轴承组件的纵向中心线的方向，紧靠在实验轴承组件上；水平绝对位移传感器、水平相对位移传感器、纵向绝对位移传感器、纵向相对位移传感器、静态压力传感器分别信号连接控制器，并通过控制器进行计算分析。

进一步的，控制器包括信号放大器、信号处理器及计算机，所述水平绝对位移传感器、水平相对位移传感器、纵向绝对位移传感器、纵向相对位移传感器、静态压力传感器信号输出端均连接于信号放大器的信号输入端；信号放大器的信号输出端连接于信号处理器的信号输入端；信号处理器的信号输出端连接于计算机，将放大后的信号经过频域处理传给计算机进行计算分析。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台，通过第一直流电机驱动转子旋转，实验轴承组件套在转子上，并通过加载系统、供油系统在转子上实现了浮动，并通过测试系统测试实验轴承组件的浮动来得到动静压轴承动态特性的实验测量，本发明在操作过程中无需其他辅助设备，可以独立完成四油腔动静压轴承动态特性测试工作，并且所测数据精确可靠。实验装置安全可靠，不受外界环境因素的限制。实验装置整体体积大小适当，非常灵活，拆卸方便，便于更换实验轴承及实验轴承座，因此也可用于多种动静压轴承动态特性的实验测量。

进一步的，实验轴承组件包括实验轴承和实验轴承座，所述实验轴承套在转子上设置，所述实验轴承座装配在实验轴承上，并与实验轴承相配合，实验轴承座提高了实验轴承在转子上旋转运动的稳定性。

更进一步的，实验轴承座上设有油口、油道和油堵；油道围绕实验轴承座设置，油道两端设有油口，油口通过油堵进行密封；供油系统通过油口与实验轴承座连接设置，润滑油通过油道在实验轴承座上流通，提高了实验轴承在转子上的浮动性，提高了测试结果的准确性。

进一步的，加载系统包括静态载荷组件和两组动态载荷组件；所述静态载荷组件装配在实验轴承组件的上部；两组动态载荷组件分别装配在实验轴承组件下部两侧，便于对实验轴承提供动态载荷和静态载荷，便于测试系统的测试，提高了测试系统测试的准确性。

进一步的，供油系统有效的对实验轴承组件提供润滑油，润滑油通过油道在实验轴承座上流通，提高了实验轴承在转子上的浮动性，提高了测试结果的准确性。

更进一步的，节流器的数量为四个，四个分部节流器的一端分部与实验轴承组件连接设置，另一端均与压力表连接设置，便于对实验轴承组件各部位进行供油，提高了供油的充分性。

进一步的，测试系统通过加载系统对实验轴承的动静态载荷的加载的测试，通过信号的接受与处理，有效的进行计算分析，便于对实验轴承进行测试计算，提高了测试结果的准确性。

附图说明

图1为本发明四油腔动静压轴承动态性能测试实验台的整体结构示意图；

图2为本发明中加载系统与测试系统的正视结构示意图；

图3为本发明中供油系统结构示意图。

图中：1-底座；2-第一直流电机；3-联轴器；4-转子；5-支承轴承；6-支承轴承座；7-节流器；8-弹簧；9-加载头；10-实验轴承座；11-实验轴承；12-纵向绝对位移传感器；13-电磁激励器；14-丝杠；15-丝杠螺母；16-支撑架；17-推力轴承；18-压力传感器座；19-静态压力传感器；20-导向杆；21-直线轴承；22-活动板；23-油堵；24-动态压力传感器；25-传力杆；26-纵向相对位移传感器；27-水平绝对位移传感器；28-水平相对位移传感器；29-信号放大器；30-信号处理器；31-计算机；32-油箱；33-进口过滤器；34-液压泵；35-溢流阀；36-单向阀；37-出口过滤器；38-压力表；39-第二直流电机。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明提供了一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台，如图1所示，包括实验轴承系统、加载系统、供油系统和测试系统；所述实验轴承系统包括第一直流电机2、联轴器3、转子4、实验轴承组件和两个支承轴承组件；所述第一直流电机2通过联轴器3与转子4连接设置；两个所述支承轴承组件均套在转子4上设置，所述实验轴承组件套在转子4上，且在两个支承轴承组件之间设置；所述加载系统装配在实验轴承组件上，所述供油系统和测试系统分别连接在实验轴承组件上，实验轴承组件通过加载系统和供油系统在转子4上实现浮动，并通过测试系统得到动静压轴承动态特性的实验测量。

其中第一直流电机2装配在底座1上，支承轴承组件包括支承轴承5和支承轴承座6，支承轴承5套在转子4上设置，支承轴承5装在固定于底座1的支承轴承座6上；

实验轴承组件包括实验轴承11和实验轴承座10，所述实验轴承11套在转子4上设置，所述实验轴承座10装配在实验轴承11上，并与实验轴承11相配合，实验轴承座10提高了实验轴承11在转子4上旋转运动的稳定性。

实验轴承座10上设有油口、油道和油堵23；所述油道围绕实验轴承座10设置，油道两端设有油口，所述油口通过油堵23进行密封；所述供油系统通过油口与实验轴承座11连接设置，润滑油通过油道在实验轴承座11上流通，提高了实验轴承11在转子4上的浮动性，提高了测试结果的准确性。

根据图2所示，加载系统包括静态载荷组件和两组动态载荷组件；所述静态载荷组件装配在实验轴承组件的上部；两组动态载荷组件分别装配在实验轴承组件下部两侧，便于对实验轴承提供动态载荷和静态载荷，便于测试系统的测试，提高了测试系统测试的准确性。

其中，静态载荷组件包括支撑架16、丝杠14、丝杠螺母15、推力轴承17、弹簧8、活动板22、加载头9、两根导向杆20和两个直线轴承21；所述支撑架16上装配有丝杠螺母15，两根所述导向杆20分别在支撑架16两侧设置，所述丝杠14装配在丝杠螺母15内，并与丝杠螺母15相配合；所述推力轴承17装配在丝杠14的底端，两个直线轴承21分别设置在活动板22上，且两个直线轴承21分别与两根导向杆20滑动设置，并带动活动板22上下移动，所述弹簧8在活动板22上设置，所述加载头9一端装配在活动板22的底端，另一端与实验轴承组件的上部接触设置，实现对实验轴承组件提供静态载荷。

动态载荷组件包括电磁激励器13和传力杆25，所述传力杆25的一端接触设置在实验轴承组件上，另一端装配有电磁激励器13，实现对实验轴承组件提供动态载荷。

根据图3所示，供油系统包括油箱32、液压泵34、第二直流电机39、溢流阀35、单向阀36、进口过滤器33、出口过滤器37、压力表38和节流器7；所述液压泵的进油口与油箱32通过进口过滤器33连接；所述液压泵34的出口与单向阀36连接；在液压泵34与单向阀36之间的支路连接有溢流阀35；所述单向阀36与节流器7之间依次设有出口过滤器37和压力表38；所述第二直流电机39与液压泵34连接，通过第二直流电机39带动液压泵34工作，并对实验轴承组件提供润滑油，供油系统有效的对实验轴承组件提供润滑油，润滑油通过油道在实验轴承座10上流通，提高了实验轴承11在转子4上的浮动性，提高了测试结果的准确性。

节流器7的数量为四个，四个分部节流器的一端分部与实验轴承组件连接设置，另一端均与压力表38连接设置，便于对实验轴承组件各部位进行供油，提高了供油的充分性。

测试系统包括水平绝对位移传感器27、水平相对位移传感器28、纵向绝对位移传感器12、纵向相对位移传感器26、静态压力传感器19、压力传感器座18、动态压力传感器24和控制器；所述静态压力传感器19装配在压力传感器座18上，动态压力传感器24装配在实验轴承组件的底部；所述水平传感器组件沿着实验轴承组件的水平中心线的方向，紧靠在实验轴承组件上；所述纵向传感器组件沿着实验轴承组件的纵向中心线的方向，紧靠在实验轴承组件上；所述水平绝对位移传感器27、水平相对位移传感器28、纵向绝对位移传感器12、纵向相对位移传感器26、静态压力传感器19分别信号连接控制器，并通过控制器进行计算分析。

其中，控制器包括信号放大器29、信号处理器30及计算机31，所述水平绝对位移传感器27、水平相对位移传感器28、纵向绝对位移传感器12、纵向相对位移传感器26、静态压力传感器19信号输出端均连接于信号放大器29的信号输入端；信号放大器29的信号输出端连接于信号处理器30的信号输入端；所述信号处理器30的信号输出端连接于计算机31，将放大后的信号经过频域处理传给计算机进行计算分析。测试系统通过加载系统对实验轴承的动静态载荷的加载的测试，通过信号的接受与处理，有效的进行计算分析，便于对实验轴承进行测试计算，提高了测试结果的准确性。

本发明倒置实验台结构。即实验轴承11非固定安装，而是转子4进行旋转，实验轴承11浮动在转子4上。

本发明提供一种四油腔动静压轴承动态性能测试实验台的工作原理如下，

首先第二直流电机39驱动液压泵34将油箱32中的润滑油经进口过滤器33泵出，同时经过溢流阀35的压力调整，润滑油通过单向阀36和出口过滤器37到达节流器7，经过节流器7的压力调整将润滑油送入实验轴承座10，进而通过实验轴承座10的油路进入实验轴承11的四个阶梯腔。

底座1上的直流电机2启动，通过联轴器3，在支承轴承5的支撑下带动转子4旋转；接下来，旋转丝杠14，在丝杠14末端的推力轴承17带动压力传感器座18和压力传感器19向下移动，从而挤压弹簧8，使其带动活动板22，在直线轴承21的作用下，沿着导向杆20向下移动，因此活动板22上的加载头9压在实验轴承座10上给与静载荷，同时，实验轴承11浮起，到达与静载荷平衡的位置稳定下来。

两个电磁激励器13通过传力杆25对实验轴承11施加两个不同方向的动态载荷，由动态压力传感器24测出动态力信号，水平绝对位移传感器27、水平相对位移传感器28和纵向绝对位移传感器12、纵向相对位移传感器26分别测出水平和纵向方向的绝对位移和相对位移，信号放大器29接收这些信号，从而传给信号处理器30，经过把信号变为频域后，传给计算机31，进行分析计算，从而得到动静压轴承的动态性能。

本发明装置面向科学研究，在转子运行的过程中，由弹簧负责提高静态载荷，供油系统节流器通过调整供油压力，使油膜压力其与静态载荷平衡，电磁激励器提高动态载荷，位移传感器与压力传感器测量位移和压力信号，后经分析处理得到四油腔动静压轴承动态性能。本发明为四油腔动静压轴承动态性能研究以及四油腔动静压轴承动态性能测试装置进行了完善与发展，所得到的结论有助于科学研究以及工程应用，为动静压轴承的发展提供了一定的支持。整个操作过程非常简单，不需要其他辅助设备，可以独立完成四油腔动静压轴承动态特性测试工作，并且所测数据精确可靠。实验装置安全可靠，不受外界环境因素的限制。实验装置整体体积大小适当，非常灵活，拆卸方便，便于更换实验轴承及实验轴承座，因此也可用于多种动静压轴承动态特性的实验测量。