一种水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置及方法

摘要

本发明公开了一种水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置及方法，所述观测装置的电主轴与主轴螺纹连接，通过在主轴的左端面上机械加工形成推力轴承的螺旋槽，螺旋槽左端设有透明轴瓦，透明轴瓦安装在轴瓦装配部件左半部上，并用橡胶密封圈密封，最后用压紧盖压紧；轴瓦装配部件左半部与右半部通过六角头螺栓压紧，中间通过橡胶密封圈密封，限位导柱将轴瓦装配件左半部与右半部和右端盖支座连接并压紧，用于限制轴瓦装配部件的转动；轴承的轴向力由加载装置施加。推力轴承高速运行时，在螺旋槽表面将形成气泡，采用高速相机，透过透明轴瓦，就可以拍摄并记录空化全过程,以便采用数字图像处理技术，进行定量化的后续分析。

说明书

技术领域

本发明涉及推力轴承的空化观测装置及方法，特别是一种水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置及方法。

背景技术

空化空蚀是存在于高速水润滑螺旋槽轴承中较为棘手的问题。为研究高速水润滑螺旋槽轴承空化气泡的产生机理，有必要对其气泡形成过程进行监测。

目前围绕高速水润滑轴承试验研究工作主要包括：1)依据实验结果，对空蚀的程度采用包括失质法、失体法、面积法等进行定量分析，但以上方法均是针对空蚀结果进行表征，并未涉及空化过程的监测；2)采用声发射技术、振动技术等对空化发生过程进行监测，但属于定性测量，无法对水润滑轴承工作区的空化程度进行可视化观察和定量化表征。

发明内容：

发明目的：本发明提供了一种水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置，利用该装置可以对螺旋槽推力轴承工作区的空化程度进行可视化观察和定量化表征。

发明内容：一种水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置，其变压器与电主轴连接，电主轴与主轴螺纹连接；主轴左侧端部加工有螺旋槽，螺旋槽左侧设有透明轴瓦；透明轴瓦安装在轴瓦装配部件左半部上，左侧的压紧端盖通过螺钉与轴瓦装配部件左半部连接并压紧透明轴瓦，透明轴瓦与压紧端盖之间通过橡胶密封圈密封；轴瓦装配部件右半部紧贴于轴瓦装配部件的左半部的左侧并通过六角头螺栓和螺母配合连接并压紧，中间设有橡胶密封圈进行密封；轴瓦装配部件上、下两侧均留有光孔，两根限位螺柱穿过光孔连接在右端盖支座上，轴瓦装配部件与右端盖支座之间留有轴向间隙，右端盖支座通过六角头螺栓固定连接在电主轴的圆柱台阶的左侧面；

轴瓦装配部件左半部上设有进水口，右半部上设有出水口，所述进、出水口与外部水循环系统连接；轴瓦装配部件与右端盖支座之间设有密封系统；

加载装置与轴瓦装配部件左半部通过轴瓦装配部件左半部水平两侧的拉耳连接，为其提供轴向加载力；高速相机位于空心压紧端盖左侧主轴的中心轴线上。

利用上述水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置进行空化观测的工作原理：

(1)轴瓦装配部件上的进、出水口与外部水循环系统连接为试验轴承供水。

(2)供水稳定之后，通过轴向加载装置为轴瓦装配部件左半部加载轴向力，此时启动电主轴，使用变频器驱动实现大线速度范围内无级变速。

(3)电机到高速状态时，轴瓦与推力盘之间形成动压水膜，轴瓦装配部件在限位导柱的导向和定位的作用下水平移动，而在另外一侧采用氙气灯对空化区域进行照明，并使用高速相机进行空化区域的拍摄。

有益效果：本发明提供一种水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置，采用高速相机和透明轴瓦，可以直接拍摄并记录水润滑螺旋槽推力轴承空化全过程,为后续的数字图像处理奠定基础。

本发明实验装置结构紧凑，易于加工制造；透明轴瓦拆卸简便；采用电主轴直接驱动与非接触注气密封，确保高速水润滑推力螺旋槽轴承高速化运行。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的局部放大图；

图3为本发明的向视图。

1.工作台 2.底板 3.水循环系统 4.高速相机 5.空气压缩机 6.支撑7.电主轴8.变频器 9.加载装置 10.轴瓦装配部件左半部 11.压紧端盖12.橡胶密封圈1 13.橡胶密封圈2 14.回水腔 15.透明轴瓦 16.内六角螺钉 17.六角头螺栓 18.压紧螺母 19.垫圈20.限位导柱 21.轴瓦装配部件右半部 22.进气口1 23.进气口2 24.右端盖支座 25.六角头螺栓 26.拉耳 27.小内六角螺钉 28.出水口 29.回气槽 30.出气口 31.主轴 32.水气出口 33.进水口

具体实施方式

如图1所示：本发明提供的水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置，其电主轴7通过支撑6固定安装于底座1的底板2上，变频器8与电主轴7连接，电主轴7另一端与主轴31螺纹连接；主轴31左侧端面上机械加工有螺旋槽，螺旋槽左侧设有透明轴瓦15，透明轴瓦15安装于轴瓦装配部件左半部10的中间位置，轴瓦装配部件左半部10左侧设有压紧端盖11，压紧端盖11通过内六角螺钉16与轴瓦装配部件左半部连接，并将透明轴瓦15压紧，压紧端盖11与透明轴瓦15之间采用橡胶密封圈13进行密封；轴瓦装配部件右半部21紧贴左半部10设置并通过螺栓17与螺母18将轴瓦装配部件左、右半部连接并压紧，螺母18下方设置有垫圈19，轴瓦装配部件左、右半部之间设有橡胶密封圈12用于密封；轴瓦装配部件上下两侧均设有光孔，限位导柱20穿过所述光孔将轴瓦装配部件与右端盖支座24连接，限定轴瓦装配部件的转动，右端盖支座24通过六角头螺栓25固定安装于电主轴7左侧圆柱台阶的侧面上，右端盖支座与轴瓦装配部件之间留有轴向间隙；加载装置9通过钢丝绳与轴瓦装配部件左半部10水平两侧的拉耳26相连接，为轴瓦装配部件提供轴向加载力；高速相机4位于空心压紧端盖11左侧主轴31的中心轴线上。

如图2所示，轴瓦装配部件上设有进、出水口，进水口(33)为轴瓦装配部件左半部上的径向通孔，出水口(28)、(32)分别为设置在轴瓦装配部件左半部和右半部上的径向通孔。进、出水口与外部水循环系统(3)连接，进、出水口与透明轴瓦15和螺旋槽连通。

如图2所示，轴瓦装配部件与右端盖支座之间设有气密封系统，包括进气口22、23，出气口30和回气槽29；所述进气口22设于轴瓦装配部件右半部21上，进气口23设于右端盖支座24上；进气口22与23均为通孔且与空气压缩机5连接，回气槽29设于右端盖支座24右端面上并与出气口30连通。

一种利用上述水润滑动压螺旋槽推力轴承的空化观测装置实现的空化观测方法，具体步骤如下：

(1)按照部件连接关系组装好实验装置，将进气口22、23与外部供气系统空气压缩机相连，进水口33、出水口28、32与外部水循环装置相连接；

(2)先在进气口22、23采用注气密封实现轴承的轴向非接触密封，以防止通水后，水滴溅入电主轴或从轴瓦装配部件侧面溢出；

(3)从轴瓦装配部件的左侧的进水口33向试验轴承供水，出水口28、32将水气传输回水循环系统，待通水稳定后，通过加载装置9在轴瓦装配部件的轴向施加载荷，启动电主轴7，使用变频器8驱动实现大线速度范围内无级变速；

(4)电机到高速状态时，透明轴瓦15与螺旋槽推力盘之间形成动压水膜，轴瓦装配部件在限位导柱的导向和定位的作用下水平移动，而在另外一侧采用氙气灯对空化区域进行照明，并使用高速相机4进行空化区域的拍摄。