专利名称：航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法
技术领域：
本发明属于轴承试验技术领域，主要涉及一种航空发动机用轴承低温抗贫油启动
性能的试验方法。
背景技术：
国内航空轴承领域，尤其是航空发动机的主轴轴承大多采用高速三点角接触球轴 承作为支承轴承，这种航空发动机用轴承一般都要承受高速、高温、重载等恶劣工况，在寒 冷地区使用还要承受低温、贫油、快速启动等苛刻工作条件，对轴承极限工作能力和可靠性 水平提出了挑战。 目前，对于航空发动机用轴承的试验研究主要是进行高温高速寿命试验和高温或 是常温下的断油、贫油考核试验。但是在低温条件下的抗贫油启动性能的试验由于难以建 立低温条件和试验时间短， 一般不单独对航空发动机用轴承作此试验，而是随同发动机一 起进行试验。这样就使得航空发动机用轴承的低温抗贫油启动性能难以得到独立准确的试 验结果。 为了分析掌握航空发动机用轴承在低温条件下抗贫油启动性能，需要专门的试验 装置和试验方法来开展试验研究，为产品的设计和理论分析提供真实有效的数据参考。而 该技术目前在国内尚属空白，相关文献也未见报道。 随着我国航空领域的快速发展，对航空发动机用轴承提出了更高的要求，尤其迫 切需要进行低温条件下抗贫油启动性能试验技术的研究。
发明内容
为模拟航空发动机用轴承在低温下的抗贫油启动的运行状态，本发明提供了一种 航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法，该试验方法是在环境温度为_50°〇且 轴承处于贫油状态的条件下快速启动进行试验，能较为真实的模拟航空发动机用轴承的实 际使用工况，试验过程由计算机实时监测试验主轴转速、轴向载荷、试验轴承温升、试验轴 承振动、电主轴功耗电流和试验轴承抗贫油运行时间试验参数，为评价航空发动机用轴承 的性能及可靠性提供了科学依据。 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案 所述的航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法，是设计一套实现航空 发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法的试验装置，通过该试验装置将两套试验轴 承安装在试验主轴的两端，两套试验轴承之间用隔套隔开并用螺母备紧试验轴承内圈使 其定位在试验主轴上，试验主轴的右输出端通过联轴器与驱动电主轴联接，试验主轴右端 安装的试验轴承由右支承衬套支承，右支承衬套联接有法兰压盖；试验主轴左端安装的试 验轴承由左支承衬套支承，左支承衬套联接有轴向加载油缸，轴向加载油缸通过加载套对 试验轴承外圈实施轴向加载；右支承衬套和左支承衬套的上端联接有漏斗状的压盖，右支 承衬套和左支承衬套的下端联接有底座，底座上配置喷油咀，漏斗状的压盖、右支承衬套、
3左支承衬套、两套试验轴承、隔套以及底座形成一个半封闭的试验容腔；右支承衬套和左 支承衬套由底座支承，右支承衬套和左支承衬套以及底座固定在机架上，沿底座和压盖四 周安装防护罩；在压盖的一侧斜插有两支温度传感器，两支温度传感器的测点分别对准两 套试验轴承的外圈；在压盖的另一侧斜插有两支振动传感器，两支振动传感器的测点也分 别对准两套试验轴承的外圈；将_1961:纯度为99. 999%的液态氮通过漏斗状的压盖浇淋 到试验容腔内，利用液态氮的快速气化蒸发吸收大量热的原理对整个试验容腔所涉及的 相关部件进行深度冷却，使试验容腔内的环境温度降至-10(TC以下后停止浇淋液态氮，冷 却过程中缓慢旋转试验主轴使试验轴承冷却均匀，待试验容腔内的环境温度从-IO(TC回 升到-5(TC时，启动润滑油泵通过喷油咀对两套试验轴承喷入少量润滑油，此时缓慢旋转 试验主轴一周使润滑油均匀喷在两套试验轴承内，关闭润滑油泵不再供油；试验时两套试 验轴承处于低温贫油状态，启动液压加载系统，液压加载系统通过轴向加载油缸向两套试 验轴承施加一定的轴向载荷，然后启动电主轴并通过联轴器使试验主轴从0r/min升速到 42000r/min并保持20 40s的试验时间，在整个试验过程中计算机自动监测并记录试验主 轴的转速、轴向加载油缸的载荷值、两套试验轴承的温度变化值、两套试验轴承的振动值、 电主轴的功耗电流和两套试验轴承的抗贫油运行时间参数，再关闭电主轴停止试验并拆出 两套试验轴承，同时将不同时段所测的参数值以及围绕这些参数值的图像进行计算机数据 分析处理并作出试验结论。 实现所述的航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法的试验装置由机
架、底座、喷油咀、加载套、轴向加载油缸、螺母、左支承衬套、压盖、试验主轴、隔套、右支承衬
套、法兰压盖、防护罩、联轴器和电主轴构成，机架上固定电主轴，电主轴通过联轴器联接试验
主轴，在试验主轴左、右两端安装有试验轴承，两套试验轴承之间用隔套隔开并用螺母备紧试
验轴承内圈使其定位在试验主轴上，试验主轴右端安装的试验轴承由右支承衬套支承，右支
承衬套联接有法兰压盖，试验主轴左端安装的试验轴承由左支承衬套支承，左支承衬套联接
有轴向加载油缸，轴向加载油缸通过加载套顶在左端试验轴承的外圈；右支承衬套和左支承
衬套的上端联接有漏斗状的压盖，右支承衬套和左支承衬套的下端联接有底座，底座由机架
支撑，在底座上配置喷油咀；围绕轴向加载油缸、压盖、底座和联轴器处设置防护罩。 由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性 1、本发明试验装置的底座、压盖、右支承衬套、左支承衬套、试验主轴、隔套、螺 母均采用9Crl8材料，该材料热膨胀系数较小，零件精加工时再经深冷时效处理，可在温 度-253t:以下使用，保证在冷却时变形较小，不影响轴系旋转精度。 2、本发明的试验主轴为简支梁支撑结构，只有两套试验轴承支承试验主轴，易于 实现试验主轴的高转速，且更能单纯的反映出试验轴承的启动性能。 3、采用液态氮的气化蒸发吸热的原理建立低温条件，先降温再回升，方法简单可 行，因此可建立不同温度的低温试验环境。 4、采用大功率的高速电主轴直接驱动试验主轴，电主轴启动力矩大，升速快，可使 试验轴承在极短的时间内达到航空发动机所要求的极限工作转速，试验结果真实可靠。
图1是实现本发明试验方法的试验装置结构示意图。
图1中l-机架；2-底座；3-喷油咀；4_加载套；5-轴向加载油缸；6_螺母；7-左 支承衬套；8_压盖；9_试验主轴；10-隔套；11-试验轴承；12_右支承衬套；13_法兰压盖； 14-防护罩；15-联轴器；16-电主轴。
具体实施例方式
结合图1，实现航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法的试验装置由 机架1 、底座2、喷油咀3、加载套4、轴向加载油缸5、螺母6、左支承衬套7、压盖8、试验主轴 9、隔套10、右支承衬套12、法兰压盖13、防护罩14、联轴器15和电主轴16构成，机架上固 定电主轴，电主轴通过联轴器联接试验主轴，在试验主轴左、右两端安装有试验轴承，两套 试验轴承之间用隔套隔开并用螺母备紧试验轴承内圈使其定位在试验主轴上，试验主轴右 端安装的试验轴承由右支承衬套支承，右支承衬套联接有法兰压盖，试验主轴左端安装的 试验轴承由左支承衬套支承，左支承衬套联接有轴向加载油缸，轴向加载油缸通过加载套 顶在左端试验轴承的外圈；右支承衬套和左支承衬套的上端联接有漏斗状的压盖，右支承 衬套和左支承衬套的下端联接有底座，底座由机架支撑，在底座上配置喷油咀；围绕轴向加 载油缸、压盖、底座和联轴器处设置防护罩。 在上述试验装置的配合下，本发明航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验 方法如下 将两套试验轴承安装在试验主轴的两端，两套试验轴承之间用隔套隔开并用螺母
备紧试验轴承内圈使其定位在试验主轴上，试验主轴的右输出端通过联轴器与驱动电主轴
联接，电主轴通过联轴器带动试验主轴旋转，为试验轴承提供转速；试验主轴右端安装的试
验轴承由右支承衬套支承，右支承衬套联接有法兰压盖；试验主轴左端安装的试验轴承由
左支承衬套支承，左支承衬套联接有轴向加载油缸，轴向加载油缸在液压力的作用下推动
活塞通过加载套对试验轴承的外圈施加轴向载荷；右支承衬套和左支承衬套的上端联接有
漏斗状的压盖，右支承衬套和左支承衬套的下端联接有底座，底座上配置喷油咀，漏斗状的
压盖、右支承衬套、左支承衬套、两套试验轴承、隔套以及底座形成一个半封闭的试验容腔；
右支承衬套和左支承衬套由底座支承，右支承衬套和左支承衬套以及底座固定在机架上，
沿底座和压盖四周安装防护罩，防止高速旋转和低温伤人；在压盖的一侧斜插有两支温度
传感器，两支温度传感器的测点分别对准两套试验轴承的外圈，用来测试两套试验轴承在
试验时的温升变化；在压盖的另一侧斜插有两支振动传感器，两支振动传感器的测点也分
别对准两套试验轴承的外圈，用来测试两套试验轴承在试验时的振动变化。 将-196t:纯度为99. 999%的液态氮通过漏斗状的压盖浇淋到试验容腔内，利用
液态氮的快速气化蒸发吸收大量热的原理对整个试验容腔所涉及的相关部件进行深度冷
却，使试验容腔内的环境温度降至-IO(TC以下后停止浇淋液态氮，冷却过程中缓慢旋转试
验主轴使试验轴承冷却均匀，待试验容腔内的环境温度从-IO(TC回升到-50°C时，启动润
滑油泵通过喷油咀向两套试验轴承喷入少量润滑油，此时缓慢旋转试验主轴一周使润滑油
均匀喷在两套试验轴承内，关闭润滑油泵不再供油，试验轴承运转时仅靠内部结构所能残
存的润滑油提供润滑，模拟航空发动机用轴承的实际贫油工况，使两套试验轴承处于低温
贫油状态，启动液压加载系统，液压加载系统通过轴向加载油缸向两套试验轴承施加一定
的轴向载荷，然后启动电主轴并通过联轴器使试验主轴从Or/min升速到最高转速42000r/min并保持20 40s的试验时间，在整个试验过程中计算机自动监测并记录试验主轴的转 速、轴向加载油缸的载荷值、两套试验轴承的温度变化值、两套试验轴承的振动值、电主轴 的功耗电流和两套试验轴承的抗贫油运行时间参数，再关闭电主轴停止试验并拆出两套试 验轴承，同时将不同时段所测的参数值以及围绕这些参数值的图像进行计算机数据分析处 理并作出试验结论。 本发明采用耐低温不锈钢材料设计试验装置，利用液态氮的快速气化蒸发吸热 的原理对整个试验装置进行深度冷却，使试验装置的环境温度降至-IO(TC以下后停止冷 却，接着用润滑油泵通过喷油嘴喷入试验轴承内部少量润滑油模拟贫油状态，待环境温度 从-IO(TC回升到-5(rC时由转速为48000r/min的大功率高速电主轴直接驱动试验轴系旋 转进行试验，试验过程由计算机自动监测并记录试验过程中的试验主轴的转速、轴向加载 油缸的载荷值、两套试验轴承的温度变化值、两套试验轴承的振动值、电主轴的功耗电流和 两套试验轴承的抗贫油运行时间参数。试验结束后，停机拆出试验样品，并在计算机软件中 导出试验过程的试验数据和图像，进行数据处理和试验判定。 本发明能较为真实的模拟轴承的贫油状态，将进一步提高我国航空发动机用轴承 的试验能力，填补了国内该技术的空白，满足了行业对此项技术的需求，该试验方法也可适 用其他类型轴承的低温抗贫油启动性能试验，具有很高的社会价值和很广阔市场经济前
旦 足。
权利要求
一种航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法，其特征在于先设计一套实现航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法的试验装置，通过该试验装置将两套试验轴承安装在试验主轴的两端，两套试验轴承之间用隔套隔开并用螺母备紧试验轴承内圈使其定位在试验主轴上，试验主轴的右输出端通过联轴器与驱动电主轴联接，试验主轴右端安装的试验轴承由右支承衬套支承，右支承衬套联接有法兰压盖；试验主轴左端安装的试验轴承由左支承衬套支承，左支承衬套联接有轴向加载油缸，轴向加载油缸通过加载套对试验轴承外圈实施轴向加载；右支承衬套和左支承衬套的上端联接有漏斗状的压盖，右支承衬套和左支承衬套的下端联接有底座，底座上配置喷油咀，漏斗状的压盖、右支承衬套、左支承衬套、两套试验轴承、隔套以及底座形成一个半封闭的试验容腔；右支承衬套和左支承衬套由底座支承，右支承衬套和左支承衬套以及底座固定在机架上，沿底座和压盖四周安装防护罩；在压盖的一侧斜插有两支温度传感器，两支温度传感器的测点分别对准两套试验轴承的外圈；在压盖的另一侧斜插有两支振动传感器，两支振动传感器的测点也分别对准两套试验轴承的外圈；将-196℃纯度为99.999％的液态氮通过漏斗状的压盖浇淋到试验容腔内，利用液态氮的快速气化蒸发吸收大量热的原理对整个试验容腔所涉及的相关部件进行深度冷却，使试验容腔内的环境温度降至-100℃以下后停止浇淋液态氮，冷却过程中缓慢旋转试验主轴使试验轴承冷却均匀，待试验容腔内的环境温度从-100℃回升到-50℃时，启动润滑油泵通过喷油咀对两套试验轴承喷入少量润滑油，此时缓慢旋转试验主轴一周使润滑油均匀喷在两套试验轴承内，关闭润滑油泵不再供油；试验时两套试验轴承处于低温贫油状态，启动液压加载系统，液压加载系统通过轴向加载油缸向两套试验轴承施加一定的轴向载荷，然后启动电主轴并通过联轴器使试验主轴从0r/min升速到42000r/min并保持20～40s的试验时间，在整个试验过程中计算机自动监测并记录试验主轴的转速、轴向加载油缸的载荷值、两套试验轴承的温度变化值、两套试验轴承的振动值、电主轴的功耗电流和两套试验轴承的抗贫油运行时间参数，再关闭电主轴停止试验并拆出两套试验轴承，同时将不同时段所测的参数值以及围绕这些参数值的图像进行计算机数据分析处理并作出试验结论。
2. 实现如权利要求1所述的航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法的试 验装置，其特征在于该试验装置由机架(D、底座(2)、喷油咀(3)、加载套(4)、轴向加载油 缸(5)、螺母(6)、左支承衬套(7)、压盖(8)、试验主轴(9)、隔套(10)、右支承衬套(12)、法 兰压盖(13)、防护罩(14)、联轴器(15)和电主轴(16)构成，机架(1)上固定电主轴(16)， 电主轴(16)通过联轴器(15)联接试验主轴(9)，在试验主轴左、右两端安装有试验轴承 (ll)，两套试验轴承之间用隔套(10)隔开并用螺母(6)备紧试验轴承内圈使其定位在试验 主轴(9)上，试验主轴(9)右端安装的试验轴承由右支承衬套(12)支承，右支承衬套(12) 联接有法兰压盖(13)，试验主轴(9)左端安装的试验轴承由左支承衬套(7)支承，左支承衬 套(7)联接有轴向加载油缸(5)，轴向加载油缸(5)通过加载套(4)顶在左端试验轴承的外 圈；右支承衬套(12)和左支承衬套(7)的上端联接有漏斗状的压盖(8)，右支承衬套(12) 和左支承衬套(7)的下端联接有底座(2)，底座(2)由机架(1)支撑，在底座(2)上配置喷 油咀(3);围绕轴向加载油缸(5)、压盖(S)、底座(2)和联轴器(15)处设置防护罩(14)。
全文摘要
一种航空发动机用轴承低温抗贫油启动性能的试验方法是设计试验装置，将两套试验轴承安装在试验主轴，试验主轴通过联轴器与电主轴联接，右端试验轴承由右支承衬套支承，左端试验轴承由左支承衬套支承，轴向加载油缸通过加载套对试验轴承外圈实施加载。右支承衬套和左支承衬套的上端联接压盖，其下端联接底座并配置喷油咀。将-196℃纯度为99.999％的液态氮通过压盖浇淋到试验容腔内，当试验容腔降至-100℃以下停止浇淋，待试验容腔从-100℃回升到-50℃时通过喷油咀喷入少量润滑油，启动轴向加载油缸，电主轴从0r/min升速到42000r/min并保持20～40s的试验时间，由计算机自动监测并记录。
文档编号G01M15/02GK101738313SQ20091022745
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者张同贺, 张金焕, 王健, 程旭彦, 许冬冬, 陈后清 申请人:洛阳轴研科技股份有限公司