测定组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的方法及试验台与流程

本发明属于摩擦磨损技术研究领域，尤其属于测定组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的方法及其试验台。

背景技术：

在重型燃气轮机组转子中，磨损及其产生的影响等问题一直是制约我国燃气轮机技术发展的关键故障之一，几乎所有的机组都无一例外的发生磨损。对组合转子轮盘连接结构而言，在螺栓预紧力、扭矩、离心力、高温等复杂载荷作用下以及长期服役过程中，微动损伤是最为常见、最普遍的一种损伤形式，而长期的微动损伤会造成轮盘连接面的磨损，擦伤、金属黏附、局部磨损条纹、凹坑、麻点等表面破坏甚至诱发裂纹，从而改变连接结构的刚度和阻尼特性，且接触界面磨损还会伴随产生振动、噪声等，这是燃气轮机甚至所有旋转机械使用中都存在的共性问题，严重制约着我国燃气轮机的发展。

目前针对不同预紧力大小作用下尤其是端面齿连接和环形平面连接轮盘之间微动磨损试验台很少，且相关的试验台结构复杂，需要转子做完整的旋转运动试验，成本大。因此有必要结合盘式拉杆组合转子的结构特点，设计一种简化的轮盘之间连接部分的微动磨损方法及其试验装置，为开展不同的连接结构微动磨损机理试验提供一种简化易实现的思路，对减小考虑实际工况下的界面微动磨损问题，改进相关机械结构，提高寿命，节省能源有着十分重要的意义。

技术实现要素：

为了避免现有技术的不足，本发明提出一种测定组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的方法及试验台。该方法能方便地使预紧组合转子轮盘之间发生微小角度的转动来模拟微动摩擦磨损的发生，并通过压力传感器可以实时的观测预紧力的大小，对预紧组合转子轮盘连接界面微动磨损规律进行可靠准确的测定，简化了相关试验方法。本发明的另一目的是提供一种测定组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的试验台，该装置能够进行不同预紧力，不同材料以及不同连接结构的摩擦磨损试验。

一种测定组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损试验台，由预紧装置，夹持腔装置，组合转子和扭矩施加装置，各装置之间水平依次连接，预紧装置由预紧螺杆，连接螺栓,左侧立板,螺钉，预紧装置外壳，固定螺母，左弹簧卡件，弹簧，右弹簧卡件，预紧装置支座，右侧立板，压力传感器组成，预紧螺杆穿过左侧立板与左弹簧卡件通过固定螺母连接到一起，右弹簧卡件设有一级阶梯螺纹杆穿过右侧立板光通孔与压力传感器连接，弹簧卡在左弹簧卡件和右弹簧卡件之间，左侧立板和右侧立板使用螺钉固定在预紧装置支座，预紧装置外壳通过连接螺栓与左侧立板和右侧立板连接。

预紧螺杆为2级阶梯螺纹杆，左侧立板设有螺纹通孔，右侧立板设有光通孔，左弹簧卡件设有螺纹通孔，右弹簧卡件中心设有一级阶梯光轴，左侧立板设有螺纹通孔，右侧立板设有光通孔，右弹簧卡件的阶梯轴的长度大于右侧立板的厚度，可选的范围是40-50mm，压力传感器的右端设有一根光轴。

夹持腔装置由左支架和右支架组成，左支架和右支架都设有半圆型凹槽，且左支架半圆型凹槽位于中心轴线下方设有直径为10-12mm的光通孔。

组合转子由圆柱销，左夹具，左轮盘，右轮盘，右夹具，周向拉杆组成，轮盘和夹具通过周向拉杆连接到一起，左夹具和左轮盘通过圆柱销进行周向固定，右轮盘和右夹具周向不做固定，左右夹具中心都设有深度为10-12mm的定位沉孔，左右轮盘与夹具接触的一侧中心设有高度为13-15mm的定位凸台，左轮盘另一侧设有高度10-12mm的定位凸环，右轮盘另一侧设有高度为23-25mm的凸台，定位结构的直径都为20-22mm，采用间隙配合，左夹具和左轮盘中心轴线的下方设有直径为10-12mm通孔。

扭矩施加装置由转臂，激振器组成，转臂的大端部用4根螺钉与右夹具连接，小端部用一个螺钉与激振器固结到一起。

一种测定转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的方法，步骤如下：

a、通过拧紧预紧装置左端的螺杆依次挤压弹簧、右弹簧卡件和压力传感器来控制传递给转子的预紧力的大小，右弹簧卡件设有一级阶梯轴穿过右侧立板中心通孔，直接通过压力传感器传力到转子部分的左端；

b、将轮盘和左右夹具通过均布在周围的周向拉杆可拆卸的连接到一起，放置在左右机架的半圆型凹槽上，其中左夹具和左轮盘通过圆柱销限制其周向运动，右夹具和右轮盘不做固定；且拉杆孔和拉杆之间留有40-45微米的间隙；

c、通过激振器带动装置右端的转臂做微小角度的往复圆弧运动，从而使轮盘接触面之间发生已设定的转速ω，可取0-0.5°/s，转角θ，取0-0.2°和往复运动次数n，取10³-10⁵的相对往复扭动，实现轮盘之间的微动摩擦磨损。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、预紧装置中设有弹簧，弹簧的右端顶到带有一级阶梯光轴的弹簧卡件，光轴穿过右侧立板的通孔，再直接挤压到左夹具上，其目的是：通过左侧螺杆旋进挤压弹簧，再传力到轮盘的方式来施加预紧力，此过程不需要预紧装置做横向的运动，结构简单，另外此过程施加的力直接传递到轮盘上，几乎没有能量的损失。

二、采用激振器带动转臂做微小角度的往复运动，从而使左右轮盘发生已设定的转速ω，转角θ和往复运动次数n的相对往复扭动，转角代替了现有技术中通过电动机使转子轮盘做完整的旋转运动，大大简化了组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的试验。

附图说明

图1是本发明实施例试验台的结构示意图。

图2是本发明实施例预紧装置的结构示意图。

图3是本发明实施例预紧装置左端的结构示意图。

图4是本发明实施例预紧装置右端的结构示意图。

图5是本发明实施例组合转子连接的结构示意图。

图6是本发明实施例右夹具和转臂连接结构的右视结构示意图。

具体实施方式

本实施例是测定组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的试验台。参阅图1至图4，本实施例组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的试验台由预紧螺杆1，连接螺栓2,左侧立板3,螺钉4，预紧装置外壳5，固定螺母6，左弹簧卡件7，弹簧8，右弹簧卡件9，预紧装置支座10，右侧立板11，压力传感器12，左支架13，圆柱销14，左夹具15，左轮盘16，右轮盘17，右夹具18，周向拉杆19，右支架20，转臂21，激振器22组成；左侧立板3设有与预紧螺杆1配合的螺纹，预紧螺杆1穿过左侧立板3与左弹簧卡件7通过固定螺母6连接到一起；右弹簧卡件9设有一级阶梯螺纹杆穿过右侧立板11中心光孔，右弹簧卡件9的螺纹杆与压力传感器12连接；左弹簧卡件7和右弹簧卡件9都设有弹簧8径向和轴向定位的结构，弹簧8卡在左弹簧卡件7和右弹簧卡件9之间，通过拧紧预紧螺杆1依次挤压弹簧8、右弹簧卡件9和压力传感器12来控制传递给转子的预紧力的大小。

左侧立板3和右侧立板11都是通过螺钉安装在预紧装置支座10上，其目的是便于整个装置的安装和拆卸。

本实施例中压力传感器12的右端设有一根光轴，光轴直接顶在转子最左端的阶梯轴上。

右弹簧卡件9的阶梯轴的长度大于右侧立板11的厚度，本实施例为40mm，其目的是使在施加预紧力的过程过右弹簧卡件9一直未和右侧立板11发生接触，且弹簧8一直处于工作状态中，因此右侧立板11就不会受到预紧力的作用。

左夹具15，左轮盘16，右轮盘17，右夹具18通过周向拉杆连接到一起组成组合转子，本实施例为8根，组合转子放置在夹持腔装置上，夹持腔装置由左支架13和右支架20组成，左支架13和右支架20都设有可供组合转子两端的阶梯轴放置的半圆型凹槽。拉杆孔和拉杆之间留有40微米的间隙。左右夹具中心都设有深度为10mm的定位沉孔，左右轮盘与夹具接触的一侧中心设有高度为15mm的凸台，左轮盘16另一侧设有高度12mm的定位凸环，右轮盘17另一侧设有高度为25mm的凸台，定位结构的直径都为20-22mm，采用间隙配合。其目的是再实现定位对中的功能前提下不增加额外的接触摩擦面。左夹具15和左轮盘16中心轴线的下方也留有通孔，其目的是通过使用圆柱销14将左夹具15和左轮盘16周向固定。

转臂21的大端部用4根螺钉与右夹具18最右端的轴连接，小端部用一根螺钉和激振器22固结到一起。

工作时，各装置与待测轮盘安装完毕后，通过拧紧预紧螺杆1施加给组合转子已设定的预紧力，再使激振器22带动转臂21做微小角度的往复圆弧运动，本试验台组合转子的左夹具15和左轮盘16相对右轮盘17和右夹具18是固定不动的，因此可达到转臂带动左右轮盘接触摩擦面发生已设定的转速ω，转角θ和往复运动次数n的相对往复扭动的效果，转角代替了现有技术中通过电动机使转子轮盘做完整的旋转运动，大大简化了组合转子轮盘连接界面微动摩擦磨损的试验，本试验台可以进行多组转速、转角和次数的试验，具体可根据要求而定。