一种新型中推主轴轴承试验机

　　摘　要：为模拟航空发动机大推力主轴轴承试验，研制了一种新型主轴轴承试验机。阐述了试验机的工作原理和主体结构，并通过试验验证了该试验机的可靠性。
　　关键词：主轴轴承；航空发动机；试验机
　　航空发动机主轴采用滚动轴承作为支承。随着航空技术的不断发展，航空发动机主轴轴承的寿命、可靠性和技术性能要求越来越高，工作条件愈加苛刻，承受高转速、高环境温度、大推力等，轴承失效已归纳为航空发动机的八大故障之一，直接影响到航空发动机的使用可靠性。
　　航空发动机主轴轴承模拟试验是在专用轴承试验机上进行，主要模拟航空发动机在不同工作状态下的转速、载荷、润滑状态、工作环境温度和装配特性。用专用轴承试验机进行的航空发动机主轴轴承性能和寿命试验，虽然忽略了某些因素的影响，但取得的试验数据仍可信、可靠。而且，在专用轴承试验机上获得的试验数据周期短，便于改变试验参数和条件，容易达到试验目的和要求。 
　　为对新研制开发的具有特殊性能的轴承进行所需的性能试验和寿命试验，确保航空主轴轴承的寿命和可靠性，给地面试车提供必要的试验数据和依据。本文介绍了新型高速大推力航空主轴轴承试验机的主体设计及试验情况。
　　1　试验机的组成
　　根据主机实际工作情况，新型中推发动机主轴轴承试验装置由主体部件、电主轴、试验润滑系统、设备润滑系统、液压加载系统、电气系统、计算机监控系统等组成。试验机工作原理如图1所示。 　　试验轴承安装在试验主体上，通过变频器、电主轴以及电气测控系统，模拟发动机主轴轴承的转速。液压加载系统给被测轴承加载，模拟发动机主轴轴承的工作载荷；试验润滑系统为被测轴承提供润滑，并通过其对油箱润滑油加热，从而升高被试轴承温度，模拟发动机主轴轴承的工作温度；设备润滑系统对支点轴承进行冷却润滑；试验参数的记录和处理由数据采集系统完成；监控系统可以对试验过程进行监视，以保证试验正常进行。 
　　2　试验机主体结构
　　试验机主体如图2所示，采用悬臂式结构，即试验轴承安装于主轴的悬臂端，其优点是支承形式模拟性强，便于做各种性能试验 和一些特殊参数的测量（如测内圈温度、保持架转速、油膜厚度等）。试验轴承供油方式可根据需要采用端面喷油、环下供油、喷射油雾等。 　　试验机径向加载装置与右上盖设计成一体；轴向加载装置为封闭式自成一体的组件，以止口形式卡装在底座与上盖之间的一端。拆装试验轴承时，可将上盖与径向加载装置一起取下，方便取出轴向加载组件。试验轴承的轴向、径向加载均采用薄膜式油缸完成。加载系统的油泵将压力油分别送入轴向、径向加载压力腔，通过橡皮薄膜变形使活塞产生位移，将载荷施加在试验轴承的外衬套上，进而传递到试验轴承上。
　　试验机主体的壳体为剖分式铸件，以便于拆装；底座安装在铸铁机座上；试验轴承、支承轴承的供、回油管全部通过底座同侧的侧壁引出。试验轴承采用环下供油和端面喷油，支承轴承采用端面喷油，且都自回油腔，由试验润滑回油泵及设备润滑回油泵抽回油箱。
　　3　传动部件
　　传动部件由变频器、高频主轴电机、联轴器以及冷却润滑装置组成。根据试验机的技术要求，高频电主轴额定电压为380V，额定电流为100A，额定功率为50kW，且具有在高速下运转平稳、可靠，输出功率较高的特性。传动部件配置NX0140变频器，具有超速、过流、过压、短路等保护功能，变频器额定电流100A ，Z大电流110A。由给定变频器的控制信号（手动或计算机发命令）使电主轴运转，电主轴实际转速值由转速传感器经变送器反馈给计算机，计算机对转速的控制量进行PID调节，后经D/A转换输出数据，形成系统闭环控制。
　　4　试验机试验情况
　　对整机进行考核试验，其各部分工作正常，整机运行可靠，系统控制稳定，测试参数准确可靠，整个试验机达到了设计的要求。
　　5　结束语
　　本试验机运转平稳，工作可靠，测试仪表比较先进，经过鉴定，测试准确，对转速、载荷、温度能准确显示，并能按要求实现自动控制。通过试车说明了本试验机可以满足航空发动机大推力主轴轴承试验的要求，具备了完全试验的功能，达到了预期的效果。该航空发动机大推力主轴轴承试验机的研制对我国航空轴承技术水平的提高将起到积极的推动作用。