一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置制造方法
【专利摘要】一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，属于叶片故障实验模拟【技术领域】。本发明包括底座，在底座上分别设置有叶片旋转系统、涂层机匣进给系统及测试系统；叶片旋转系统包括转轴和电机，转轴通过轴承及轴承支架设置在底座上；转轴的一端通过联轴器与电机的输出轴固定连接，在转轴上固定设置有转盘；涂层机匣进给系统包括导轨支撑，导轨支撑固定设置在底座上；在导轨的上方设置具有连接板的滑台，滑台的下端设置在导轨支撑的导轨内；在导轨支撑的上方或底座的上方设置有丝杠，丝杠与导轨平行设置，丝杠通过丝杠支撑轴承设置在底座上；丝杠的丝杠螺母与滑台固定，丝杠的一端与伺服电机固定连接；三维测力传感器固定设置在连接板面向叶片一侧的外侧壁上。
【专利说明】一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置
【技术领域】
[0001]本发明属于叶片故障实验模拟【技术领域】，特别是涉及一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置。
【背景技术】
[0002]对于旋转机械而言，转定子碰摩是一种常见而又极易引起机械失效的故障，而作为转定子碰摩的一个特例:叶片与机匣之间的碰摩，由于叶片切向速度高、碰撞能量大，更易产生弯曲变形，从而导致叶片局部损伤，如叶片掉角和叶根高周疲劳等故障现象。现有的碰摩实验装置多为单摆碰摩实验装置，该种实验装置模拟的碰摩状况与现实的碰摩状况不符；还有通过调整螺钉数目的变化进行碰摩实验的装置，该种实验装置可以实现点碰摩、局部碰摩和整周碰摩，但其也不能很好的模拟真实的碰摩状况。另外，以上碰摩实验装置均不能准确的确定侵入量的多少，不能准确的测试出三个方向的碰摩力大小，不能测试不同涂层材料下的碰摩状况。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以较为真实地模拟叶片与涂层机匣碰摩过程的叶片-涂层机匣的碰摩实验装置。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，包括底座，在底座上分别设置有叶片旋转系统、涂层机匣进给系统及测试系统；
[0005]所述叶片旋转系统包括转轴和设置在电机支座上的电机，所述电机支座固定设置在底座上，所述转轴通过轴承及轴承支架设置在底座上；转轴的一端通过联轴器与电机的输出轴固定连接，在所述转轴上固定设置具有叶片安装槽的转盘；
[0006]所述涂层机匣进给系统包括具有导轨的导轨支撑，所述导轨支撑固定设置在底座上；在所述导轨的上方设置具有连接板的滑台，滑台的下端设置在导轨支撑的导轨内；在所述导轨支撑的上方或底座的上方设置有丝杠，所述丝杠与导轨平行设置，丝杠通过丝杠支撑轴承设置在导轨支撑上或底座上；所述丝杠的丝杠螺母与滑台固定连接，丝杠的一端与伺服电机的输出轴固定连接；
[0007]所述测试系统包括三维测力传感器、无线遥测应变仪、加速度信号测试装备及高速摄影机，所述三维测力传感器固定设置在连接板面向叶片一侧的外侧壁上。
[0008]所述转盘通过止动垫片固定设置在转轴上。
[0009]在所述转轴非电机侧的轴承外端设置有轴承盖。
[0010]为了便捷安装，在所述底座的上表面设置有T型槽，所述轴承支架、电机支座及导轨支撑均固定设置在底座的T型槽内。
[0011]本发明的有益效果:
[0012](I)本发明采用三维测力传感器测量三个方向的碰摩力，分析不同侵入量、侵入速率和不同涂层材料、涂层厚度等参数对碰摩力的影响规律；通过涂层机匣进给系统精确的控制侵入量，通过叶片旋转系统精确的控制叶片转速，能够较好的模拟真实碰摩情况；
[0013](2)本发明可以检测不同涂层材料对叶片的影响，以及测量叶片刮削涂层后，叶片和涂层的磨损形式及程度，能够为机匣涂层提供参考；
[0014](3)本发明的叶片安装槽与叶片采用榫连结构进行连接，可以更换叶片；
[0015](4)本发明的涂层机匣进给系统能够达到很高的精度，进给精度I μ m/进给步；
[0016](5)本发明在底座的上表面设置有T型槽，可以实现叶片旋转系统和涂层机匣进给系统的便捷安装，以及两个系统的相对移动，实现叶片局部碰摩等。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的叶片-涂层机匣的碰摩实验装置的结构示意图；
[0018]图中，I—电机,2—联轴器，3—轴承,4一叶片，5—轮盘,6—止动垫片，7—转轴，8—轴承盖，9 一轴承支架，10—隔板，11 一三维测力传感器，12—丝杠，13—丝杠支撑轴承，14一支撑板，15—导轨支撑，16—伺服电机，17 —导轨，18—底座，19一滑台，20—连接板，
21一电机支座，22一涂层机匣。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0020]如图1所示，一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，包括底座18，在底座18上分别设置有叶片旋转系统、涂层机匣进给系统及测试系统；
[0021]所述叶片旋转系统包括转轴7和设置在电机支座21上的电机I，所述电机支座21固定设置在底座18上，所述转轴7通过轴承3及轴承支架9设置在底座18上；转轴7的一端通过联轴器2与电机I的输出轴固定连接，在所述转轴7上固定设置具有叶片安装槽的转盘5，叶片4与叶片安装槽采用榫连结构进行连接；
[0022]所述涂层机匣进给系统包括具有导轨17的导轨支撑15，所述导轨支撑15固定设置在底座18上，导轨支撑15也可通过支撑板14固定设置在底座18上；在所述导轨17的上方设置具有连接板20的滑台19，滑台19的下端设置在导轨支撑15的导轨17内；在所述导轨支撑15的上方或底座18的上方设置有丝杠12，所述丝杠12与导轨17平行设置，丝杠12通过丝杠支撑轴承13设置在导轨支撑15上或底座18上；所述丝杠12的丝杠螺母与滑台19固定连接，丝杠12的一端与伺服电机16的输出轴固定连接，所述伺服电机16固定设置在导轨支撑15上或底座18上或支撑板14上；
[0023]所述测试系统包括三维测力传感器11、无线遥测应变仪、加速度信号测试装备及高速摄影机，所述三维测力传感器11固定设置在连接板20面向叶片4 一侧的外侧壁上。
[0024]所述转盘5通过止动垫片6固定设置在转轴7上。
[0025]在所述转轴7非电机I侧的轴承3外端设置有轴承盖8。
[0026]在所述底座18的上表面设置有T型槽，所述轴承支架9、电机支座21及导轨支撑15均固定设置在底座18的T型槽内；可以实现叶片旋转系统和涂层机匣进给系统的便捷安装，以及两个系统的相对移动，实现叶片局部碰摩等。
[0027]所述三维测力传感器11采用Kistler公司生产的三向测力传感器9367C，所述无线遥测应变仪采用北京世纪兴元科技发展有限公司生产的DDS-1200-8CH，所述加速度信号测试装备采用B&K3560D多分析仪系统，所述高速摄影机选用Y3C 4GB/2000fps。
[0028]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的一次使用过程。
[0029]如图1所示，使用本发明进行叶片-涂层机匣的碰摩实验时，将叶片4装入转盘5的叶片安装槽内，叶片4可以为带有扭角的叶片，将涂层机匣22通过隔板10固定在三维测力传感器11上，使涂层机匣22的涂层与叶片4相对应。将无线遥测应变仪的应变片贴在叶片4的尖部和叶根部，其发射器固定在转轴7上；将加速度信号测试装备放置在涂层机匣
22的后侧，将高速摄影机设置在叶片4与涂层机匣22发生碰撞处的附近。
[0030]通过控制电机I改变其转速，可实现不同转速下运转的叶片4与涂层机匣22的碰摩实验。
[0031]本发明的伺服电机16旋转，可带动丝杠12旋转，再由丝杠12通过丝杠螺母带动滑台19在导轨17上运动；滑台19通过连接板20带动三维测力传感器11运动，三维测力传感器11通过隔板10带动涂层机匣22 —起运动实现进给，从而实现叶片4与涂层机匣22在不同间隙及侵入量下的碰摩实验，进给量可由伺服电机16准确控制。
[0032]通过改变涂层机匣22涂层的材料，可实现叶片4与不同涂层材料的涂层机匣22的碰摩实验。
[0033]在实验过程中，通过测试系统中的无线遥测应变仪对不同碰摩程度下叶片4某些位置的动应力进行非接触测量，分析动应力的频谱规律，并评估叶片4碰摩是否能激发叶片4低阶和高阶振动响应。
[0034]通过测试系统中的加速度信号测试装备测试涂层机匣22的振动加速度，以评估碰摩导致的冲击程度。
[0035]通过测试系统中的三维测力传感器11测量三个方向不同的碰摩力，得到真实的碰摩力大小；测试叶片4与涂层机匣22碰摩产生的法向和切向碰摩力，通过法向和切向碰摩力的比值预估摩擦系数；并通过专用的磨损检测仪器和扫描电镜记录涂层的磨损形貌、识别磨损深度，分析影响磨损程度的关键参数。
[0036]通过测试系统中的高速摄影机记录叶片4与涂层机匣22之间碰撞的反弹过程，分析叶片4的反弹次数，预估冲击程度。
[0037]通过实验测试数据确定和修正必要的模型参数，进而分析不同运行条件下叶片4非线性动力学特性，探索叶片4振动、碰摩和涂层磨损之间的耦合机理。
[0038]本发明的实验装置主要是通过调整涂层机匣进给系统来实现不同的碰摩侵入量，实现叶片4在不同侵入量下碰摩力的测试。然后由测试系统测试出在不同侵入量下的碰摩特性(碰摩力即法向碰撞力与切向摩擦力)以及叶片4的振动特性(叶片4的振动应力)。采用三维测力传感器11测量三个方向的碰摩力，分析不同侵入量、侵入速率和不同涂层材料、涂层厚度等参数对碰摩力的影响规律，并基于测试数据对现有的理论模型进行修正。
【权利要求】
1.一种叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，其特征在于包括底座，在底座上分别设置有叶片旋转系统、涂层机匣进给系统及测试系统； 所述叶片旋转系统包括转轴和设置在电机支座上的电机，所述电机支座固定设置在底座上，所述转轴通过轴承及轴承支架设置在底座上；转轴的一端通过联轴器与电机的输出轴固定连接，在所述转轴上固定设置具有叶片安装槽的转盘； 所述涂层机匣进给系统包括具有导轨的导轨支撑，所述导轨支撑固定设置在底座上；在所述导轨的上方设置具有连接板的滑台，滑台的下端设置在导轨支撑的导轨内；在所述导轨支撑的上方或底座的上方设置有丝杠，所述丝杠与导轨平行设置，丝杠通过丝杠支撑轴承设置在导轨支撑上或底座上；所述丝杠的丝杠螺母与滑台固定连接，丝杠的一端与伺服电机的输出轴固定连接； 所述测试系统包括三维测力传感器、无线遥测应变仪、加速度信号测试装备及高速摄影机，所述三维测力传感器固定设置在连接板面向叶片一侧的外侧壁上。
2.根据权利要求1所述的叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，其特征在于所述转盘通过止动垫片固定设置在转轴上。
3.根据权利要求1所述的叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，其特征在于在所述转轴非电机侧的轴承外端设置有轴承盖。
4.根据权利要求1所述的叶片-涂层机匣的碰摩实验装置，其特征在于在所述底座的上表面设置有T型槽，所述轴承支架、电机支座及导轨支撑均固定设置在底座的T型槽内。
【文档编号】G01M13/00GK103528813SQ201310522812
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】马辉, 太兴宇, 吴志渊, 李朝峰, 闻邦椿 申请人:东北大学