一種采用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架的制作方法
【專利摘要】一種采用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架，屬于船舶軸系實驗臺架，解決現(xiàn)有船舶軸系試驗臺架艉軸承裝卸困難，操作不便的問題。本發(fā)明包括電機、齒輪箱、中間軸承、艉軸承和變頻器，所述艉軸承由軸套、軸瓦和多根鍵條構(gòu)成，軸套由形狀相同的上半軸套和下半軸套組成，上、下半軸套的半圓弧面上具有軸向上通槽；軸瓦由一體的筒體和法蘭盤構(gòu)成，筒體內(nèi)壁具有三道環(huán)形凹腔，筒體外壁開有軸向鍵槽，用于容納所述鍵條；所述鍵條包括剛性鍵條和彈性鍵條，分別用以模擬剛性支撐工況和彈性支撐工況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，能簡單快捷地實現(xiàn)自動調(diào)心艉軸承與普通剛性軸承的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)軸系在兩種不同支撐工況下的靜動態(tài)特性對比試驗研究。
【專利說明】一種采用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶軸系實驗臺架，具體涉及一種采用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶軸系試驗臺架是研究軸系靜動態(tài)特性的重要的實驗室裝置，通常由變頻器、電機、齒輪箱、聯(lián)軸器、中間軸承、艉軸承和變頻器等部分組成，實驗時，待實驗軸系的軸端與聯(lián)軸器連接，待實驗軸系的軸段穿過并由中間軸承、艉軸承支撐，待實驗軸系穿過艉軸承后的軸段懸空；根據(jù)實驗需求和實際條件不同，其設(shè)計參數(shù)有所不同。在電機不輸入能量時，可以通過相應(yīng)實驗方法和傳感器等測量手段，得到軸系的靜態(tài)性能參數(shù)；當電機輸入能量，實現(xiàn)機軸聯(lián)動，可以通過傳感器等測量手段，獲得軸系的動態(tài)性能參數(shù)，從而實現(xiàn)在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，某一工況下，軸系的靜動態(tài)特性實驗研究。
[0003]有一類船舶軸系試驗臺架，在艉軸承處采用自動調(diào)心軸承,利用自動調(diào)心軸承對位移和角度的補償，進而改善整個軸系的性能。
[0004]如圖1所示,傳統(tǒng)自動調(diào)心球軸承，由軸套41、軸瓦42、嵌有鋼球的保持架44幾個部分構(gòu)成，軸套球面滾道中心點與軸承中心點一致，軸瓦具有雙列滾道。旋轉(zhuǎn)時鋼球、保持架、軸瓦對于軸套心軸可作一定程度的自由傾斜，即具有自動調(diào)心功能，因此，可自動調(diào)整軸和軸承箱因加工、安裝不當所產(chǎn)生的軸心偏移，能夠給予一定的角度補償和較小的位移補償。但是，這種自動調(diào)心球軸承軸向負荷能力有限，不適用于軸向負荷大的場合；同時，其水密性不佳，對于水密性要求比較高的場合，比如船舶軸系艉軸承處，通常不太適用。
[0005]在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了一種新型自動調(diào)心軸承，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，該種新型自動調(diào)心軸承在軸套41和軸瓦42之間設(shè)置橡膠層45代替原來嵌有鋼球的保持架，由于橡膠層的剛度較小，當心軸由于加工、安裝不當或在載荷作用下發(fā)生軸心偏移時，橡膠層能夠給予一定的角度補償。此外，由于橡膠與軸瓦軸套之間具有較大的摩擦阻力，能夠承受一定的軸向負荷，給予一定的位移補償。同時，橡膠層具有較佳的水密性，適用于水密性要求較高的場
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[0006]但是，無論是傳統(tǒng)的自動調(diào)心球軸承，還是新型自動調(diào)心軸承，應(yīng)用到軸系實驗臺架上后，都具有裝卸困難，操作不便的缺點，尤其是當實驗中需要進行對比實驗時，這種缺陷便顯得更加明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種采用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架，解決現(xiàn)有船舶軸系試驗臺架艉軸承裝卸困難，操作不便的問題。
[0008]本發(fā)明所提供的一種采用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架，包括電機、齒輪箱、中間軸承、艉軸承和變頻器，電機、齒輪箱、中間軸承和艉軸承依次分別通過基座和螺栓固定在地基上，電源通過變頻器為電機供電，電機軸通過第一聯(lián)軸器與齒輪箱的輸入軸連接，齒輪箱的輸出軸與第二聯(lián)軸器連接，實驗時，待實驗軸系的軸端連接所述第二聯(lián)軸器，待實驗軸系的軸段穿過并由中間軸承、艉軸承支撐，待實驗軸系穿過艉軸承后的軸段懸空；其特征在于:
[0009]所述艉軸承由軸套、軸瓦和多根鍵條構(gòu)成，所述軸套由形狀相同的上半軸套和下半軸套組成，上半軸套的內(nèi)壁和下半軸套的內(nèi)壁各自均為半圓弧面，上半軸套半圓弧面上具有N條軸向上通槽，下半軸套的半圓弧面上具有M條軸向下通槽，N>M> I ；
[0010]所述軸瓦由一體的筒體和法蘭盤構(gòu)成，所述筒體為圓筒形，所述法蘭盤位于筒體左端部；所述筒體內(nèi)壁具有三道環(huán)形凹腔:左端環(huán)形凹腔和右端環(huán)形凹腔分別用于嵌入油封氈圈，中間環(huán)形凹腔用于容納潤滑油；所述筒體的筒壁開有連通法蘭盤端面和所述中間環(huán)形凹腔的潤滑油孔；所述筒體外壁開有N+M條軸向鍵槽，其位置和N條軸向上通槽及M條軸向下通槽位置對應(yīng)，用于容納所述鍵條；所述筒體的外徑小于上半軸套和下半軸套半圓弧面之圓弧半徑，以便軸瓦與軸套間隙配合；
[0011 ] 所述鍵條包括N+M根剛性鍵條和N+M根彈性鍵條，分別用以模擬剛性支撐工況和彈性支撐工況；
[0012]裝配時，N+M根剛性鍵條或N+M根彈性鍵條均置入軸向鍵槽后，軸瓦的筒體置于下半軸套的半圓弧面上，將上半軸套和下半軸套通過螺栓與基座相連，構(gòu)成整體的軸套，兩個半圓弧面形成圓形通孔，筒體位于圓形通孔內(nèi)，N根剛性鍵條或彈性鍵條的上、下表面分別與N條所述軸向上通槽及軸向鍵槽底面緊密接觸，M根剛性鍵條或彈性鍵條的上、下表面分別與M條所述軸向下通槽及軸向鍵槽底面緊密接觸。
[0013]所述軸向上通槽、軸向下通槽及軸向鍵槽的橫截面可以為等腰梯形；
[0014]所述剛性鍵條和彈性鍵條的橫截面相同，均與所述軸向上通槽和軸向鍵槽組合后的等腰梯形橫截面以及所述軸向下通槽和軸向鍵槽組合后的等腰梯形橫截面相匹配。
[0015]所述上半軸套的端面可以具有上螺孔或者下半軸套的端面可以具有下螺孔；所述軸瓦的法蘭盤上具有通孔，當軸瓦裝入軸套時，所述通孔的位置與上螺孔或下螺孔的位置對應(yīng)，采用穿過通孔和上螺孔連接的螺栓，或者采用穿過通孔和下螺孔連接的螺栓，限制軸瓦相對于軸套軸向竄動。
[0016]所述剛性鍵條可以采用鋼材制作，所述彈性鍵條可以采用橡膠材料制作。
[0017]本發(fā)明針對現(xiàn)有軸系試驗臺架艉軸承裝卸困難，操作不便的缺陷，對艉軸承進行了改進，區(qū)別于普通軸承支撐，為了便于安裝與拆卸，本發(fā)明對軸套進行了剖分設(shè)計，由形狀相同的上半軸套和下半軸套組成，在上、下半軸套及軸瓦上，都開有軸向鍵槽，軸瓦與軸套之間，通過鍵條連接，鍵條的數(shù)目可以根據(jù)支承的剛度要求以及加工精度限制確定，除鍵條連接之外的位置，軸瓦與軸套之間保持有一定的間隙(間隙大小可根據(jù)實際需要確定，如3mm)。軸瓦內(nèi)壁具有三道環(huán)形凹腔，分別用于嵌入油封氈圈和容納潤滑油，保證了軸承的潤滑與密封。在軸瓦末端的法蘭盤與上、下半軸套之間，設(shè)計有限制軸瓦軸向竄動的螺栓。通過這樣的設(shè)計，保證了軸承的正常工作。
[0018]本發(fā)明的鍵條分為剛性鍵條和彈性鍵條兩種，分別用以模擬剛性支撐工況和彈性支撐工況，裝卸簡單，操作便捷。當軸瓦與軸套之間采用剛性鍵條連接時，可以視作剛性支撐條件，在此工況下進行軸系實驗；當軸瓦與軸套之間采用彈性鍵條相連接時，可以視作彈性支撐條件，由于軸瓦與軸套之間保持有一定的間隙，加上彈性鍵條的彈性作用，艉軸承處具備了自動調(diào)心功能，使得該工況下，艉軸承可認為是自動調(diào)心艉軸承支承，在此工況下進行軸系實驗，可以對自動調(diào)心艉軸承支承下軸系的靜動態(tài)特性進行相應(yīng)研究；同時與剛性支承條件下的軸系靜動態(tài)特性，進行對照實驗，從而實現(xiàn)在試驗臺架上進行自動調(diào)心軸承性能研究。
[0019]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，克服了現(xiàn)有軸系試驗臺架艉軸承裝卸困難，操作不便的問題，能簡單快捷地實現(xiàn)自動調(diào)心艉軸承與普通剛性軸承的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)軸系在剛性艉軸承支撐和自動調(diào)心艉軸承彈性支撐兩種不同工況下的靜動態(tài)特性對比試驗研究，具有良好的實驗效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為傳統(tǒng)自動調(diào)心球軸承結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ] 圖2為新型自動調(diào)心軸承結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明的艉軸承結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明的軸瓦結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0026]如圖3所示，本發(fā)明的實施例，包括電機10、齒輪箱20、中間軸承30、艉軸承40和變頻器60，電機10、齒輪箱20、中間軸承30和艉軸承40依次分別通過基座50和螺栓固定在地基上，電源通過變頻器60為電機10供電，電機軸通過第一聯(lián)軸器70與齒輪箱20的輸入軸連接，齒輪箱20的輸出軸與第二聯(lián)軸器80連接，實驗時，待實驗軸系的軸端連接所述第二聯(lián)軸器80，待實驗軸系的軸段穿過并由中間軸承30、艉軸承40支撐，待實驗軸系穿過艉軸承40后的軸段懸空；
[0027]如圖4所示，所述艉軸承40由軸套41、軸瓦42和多根鍵條43構(gòu)成，所述軸套41由形狀相同的上半軸套41-1和下半軸套41-2組成，上半軸套41-1的內(nèi)壁和下半軸套41-2的內(nèi)壁各自均為半圓弧面，本實施例中，上半軸套41-1的半圓弧面上具有3條軸向上通槽
41-1A，徑向分別與水平面成45°、90°、135°;下半軸套41_2的半圓弧面上具有2條軸向下通槽41-2A，徑向分別與水平面成60。,120°。
[0028]如圖5所示，所述軸瓦42由一體的筒體42-1和法蘭盤42_2構(gòu)成，所述筒體42_1為圓筒形，所述法蘭盤42-2位于筒體42-1左端部；所述筒體42-1內(nèi)壁具有三道環(huán)形凹腔:左端環(huán)形凹腔42-1A和右端環(huán)形凹腔42-1C分別用于嵌入油封氈圈，中間環(huán)形凹腔42-1B用于容納潤滑油；所述筒體42-1的筒壁開有連通法蘭盤42-2端面和所述中間環(huán)形凹腔
42-1B的潤滑油孔42-1D;所述筒體42_1外壁開有5條軸向鍵槽42-1E，其位置和3條軸向上通槽41-1A及2條軸向下通槽41-2A位置對應(yīng)，用于容納所述鍵條43 ;所述筒體42_1的外徑小于上半軸套41-1和下半軸套41-2的半圓弧面之圓弧半徑，以便軸瓦42與軸套41間隙配合；
[0029]所述鍵條43包括5根剛性鍵條和5根彈性鍵條，分別用以模擬剛性支撐工況和彈性支撐工況；[0030]裝配時，5根剛性鍵條或5根彈性鍵條均置入軸向鍵槽42-1E后，軸瓦42的筒體42-1置于下半軸套41-2的半圓弧面上，將上半軸套41-1和下半軸套41_2通過螺栓與基座相連，構(gòu)成整體的軸套，兩個半圓弧面形成圓形通孔，筒體42-1位于圓形通孔內(nèi)，3根剛性鍵條或彈性鍵條的上、下表面分別與3條所述軸向上通槽41-1A及軸向鍵槽42-1E底面緊密接觸，2根剛性鍵條或彈性鍵條的上、下表面分別與2條所述軸向下通槽41-2A及軸向鍵槽42-1E底面緊密接觸。
[0031]本實施例中，所述軸向上通槽41-1A、軸向下通槽41-2A及軸向鍵槽42-1E的橫截面為等腰梯形；
[0032]所述剛性鍵條和彈性鍵條的橫截面相同，均與所述軸向上通槽41-1A和軸向鍵槽42-1E組合后的等腰梯形橫截面以及所述軸向下通槽41-2A和軸向鍵槽42-1E組合后的等腰梯形橫截面相匹配。
[0033]本實施例中，所述上半軸套41-1的端面具有上螺孔41-1B ;所述軸瓦42的法蘭盤
42-2上具有通孔42-2A，當軸瓦裝入軸套時，所述通孔42-2A的位置與上螺孔41-1B的位置對應(yīng)，采用穿過通孔42-2A和上螺孔41-1B連接的螺栓，限制軸瓦42相對于軸套41軸向竄動。
[0034]本實施例中，所述剛性鍵條采用鋼材制作，所述彈性鍵條采用橡膠材料制作，選擇某標準型號的V型橡膠皮帶并分段截取作為彈性鍵條；剛性鍵條和彈性鍵條的長度與所述軸向鍵槽42-1E相配合。
[0035]本實施例中，電機10選用標稱功率3KW，同步轉(zhuǎn)速為O?1500rpm變頻調(diào)速電機；齒輪箱20選用圓柱齒輪減速器，減速比為1: 3.15 ;中間軸承30選用船用滾動式中間軸承；變頻器60選型與電機匹配，額定功率為3KW ;基座50選用材料Q235A ;第一聯(lián)軸器70和第二聯(lián)軸器80選用彈性聯(lián)軸器；試驗臺架的總體尺寸:長X寬X高=2779mmX 430mmX 600mm,總重 416.3Kg。
[0036]在進行軸系實驗時，可根據(jù)實際實驗需要，在軸系上布置傳感器來獲得數(shù)據(jù)的采集。艉軸承處，根據(jù)實驗要求選擇剛性鍵條連接或者彈性鍵條連接，在更換鍵條時，可先將軸進行支撐，然后向左側(cè)退出軸瓦，完成鍵條的更換，簡單方便，易于操作。
【權(quán)利要求】
1.一種米用自動調(diào)心軸承的軸系實驗臺架，包括電機(10)、齒輪箱(20)、中間軸承(30)、艉軸承(40)和變頻器(60)，電機(10)、齒輪箱(20)、中間軸承(30)和艉軸承(40)依次分別通過基座(50)和螺栓固定在地基上，電源通過變頻器(60為電機(10)供電，電機軸通過第一聯(lián)軸器(70)與齒輪箱(20)的輸入軸連接,齒輪箱(20)的輸出軸與第二聯(lián)軸器(80)連接，實驗時，待實驗軸系的軸端連接所述第二聯(lián)軸器(80)，待實驗軸系的軸段穿過并由中間軸承(30、艉軸承(40支撐，待實驗軸系穿過艉軸承(40)后的軸段懸空；其特征在于: 所述艉軸承(40)由軸套(41)、軸瓦(42)和多根鍵條(43)構(gòu)成，所述軸套(41)由形狀相同的上半軸套(41-1)和下半軸套(41-2)組成，上半軸套(41-1)的內(nèi)壁和下半軸套(41-2)的內(nèi)壁各自均為半圓弧面，上半軸套(41-1)的半圓弧面上具有N條軸向上通槽(41-1A)，下半軸套(41-2)的半圓弧面上具有M條軸向下通槽(41-2A)，N>M> I ； 所述軸瓦(42)由一體的筒體(42-1)和法蘭盤(42-2)構(gòu)成，所述筒體(42_1)為圓筒形，所述法蘭盤(42-2)位于筒體(42-1)左端部；所述筒體(42-1)內(nèi)壁具有三道環(huán)形凹腔:左端環(huán)形凹腔(42-1A)和右端環(huán)形凹腔(42-1C)分別用于嵌入油封氈圈，中間環(huán)形凹腔(42-1B用于容納潤滑油；所述筒體(42-1)的筒壁開有連通法蘭盤(42-2)端面和所述中間環(huán)形凹腔(42-1B)的潤滑油孔(42-1D);所述筒體(42_1)外壁開有N+M條軸向鍵槽(42-1E)，其位置和N條軸向上通槽(41-1A)及M條軸向下通槽(41-2A)位置對應(yīng)，用于容納所述鍵條(43);所述筒體(42-1)的外徑小于上半軸套(41-1)和下半軸套(41-2)的半圓弧面之圓弧半徑，以便軸瓦(42)與軸套(41)間隙配合； 所述鍵條(43)包括N+M根剛性鍵條和N+M根彈性鍵條，分別用以模擬剛性支撐工況和彈性支撐工況； 裝配時，N+M根剛性鍵條或N+M根彈性鍵條均置入軸向鍵槽(42-1E)后，軸瓦(42)的筒體(42-1)置于下半軸套(41-2)的半`圓弧面上，將上半軸套(41-1)和下半軸套(41_2)通過螺栓與基座相連，構(gòu)成整體的軸套，兩個半圓弧面形成圓形通孔，筒體(42-1)位于圓形通孔內(nèi)，N根剛性鍵條或彈性鍵條的上、下表面分別與N條所述軸向上通槽(41-1A)及軸向鍵槽(42-1E)底面緊密接觸，M根剛性鍵條或彈性鍵條的上、下表面分別與M條所述軸向下通槽(41-2A)及軸向鍵槽(42-1E)底面緊密接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的軸系實驗臺架，其特征在于: 所述軸向上通槽(41-1A)、軸向下通槽(41-2A)及軸向鍵槽(42-1E)的橫截面為等腰梯形； 所述剛性鍵條和彈性鍵條的橫截面相同，均與所述軸向上通槽(41-1A)和軸向鍵槽(42-1E)組合后的等腰梯形橫截面以及所述軸向下通槽(41-2A)和軸向鍵槽(42-1E)組合后的等腰梯形橫截面相匹配。
3.如權(quán)利要求1或2所述的軸系實驗臺架，其特征在于: 所述上半軸套(41-1)的端面具有上螺孔或者下半軸套(41-2)的端面具有下螺孔；所述軸瓦(42)的法蘭盤(42-2)上具有通孔(42-2A)，當軸瓦裝入軸套時，所述通孔(42-2A)的位置與上螺孔或下螺孔的位置對應(yīng)，采用穿過通孔(42-2A)和上螺孔連接的螺栓，或者采用穿過通孔(42-2A)和下螺孔連接的螺栓，限制軸瓦(42)相對于軸套(41)軸向竄動。
4.如權(quán)利要求3所述的軸系實驗臺架，其特征在于:所述剛性鍵條采用鋼材制作，·所述彈性鍵條采用橡膠材料制作。
【文檔編號】G01M13/04GK103852257SQ201410106881
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】李天勻, 朱翔, 黃西玲, 韓兵強, 周歡歡, 李亞, 朱顯明 申請人:華中科技大學, 武漢船用機械有限責任公司