專利名稱：動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置。
背景技術(shù)：
采用浮環(huán)動靜壓軸承作為支承是提高軸承一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的有效手段，受到國內(nèi)外學術(shù)界和企業(yè)界的高度重視。浮環(huán)軸承內(nèi)層油膜是以主軸和浮環(huán)的速度之和工作、外層油膜是以浮環(huán)速度進行工作。由于浮環(huán)動靜壓軸承內(nèi)、外層油膜往往設(shè)置深油腔、淺油腔和封油邊，且工作時浮環(huán)相對主軸、外軸瓦相對浮環(huán)存在偏心，造成不同位置油膜厚度差別較大。隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，內(nèi)層油膜、外層油膜不同位置會呈現(xiàn)不同的流態(tài)，即層流、紊流以及層流紊流的混合流態(tài)。對于不同區(qū)域的流態(tài)，在建立油膜控制方程和邊界條件時要采用不同的數(shù)學模型才能和實際情況相吻合。浮環(huán)軸承內(nèi)、外層油膜不同位置流態(tài)的區(qū)分以及相應(yīng)理論模型的建立需要試驗來支持；油膜流態(tài)可視化試驗裝置能直觀地反映出層流、紊流及過渡區(qū)的變化情況，應(yīng)用圖像采集、識別方法歸納出不同工況條件下的邊界條件及參數(shù)。設(shè)計一種合理的試驗裝置得出試驗結(jié)果，對于驗證理論模型非常重要。目前對于相對固定的管道中流體的流態(tài)可視化容易實現(xiàn)，但對于浮環(huán)軸承內(nèi)層油膜(主軸和浮環(huán)均轉(zhuǎn)動)、外層油膜(浮環(huán)轉(zhuǎn)動、軸瓦靜止)流態(tài)的可視化不太容易實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，可同時進行內(nèi)層油膜、外層油膜流態(tài)的圖像采集，以供分析油膜的不同流態(tài)及流態(tài)轉(zhuǎn)變，比對研究層流、紊流及層流紊流混合流態(tài)轉(zhuǎn)變的情況，由此試驗裝置測試的結(jié)果可驗證理論計算模型及計
晳奸里異知米。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，包括主軸，主軸的兩個限位軸肩之間安裝有一對徑向推力一體浮環(huán)軸承，徑向推力一體浮環(huán)軸承包括浮環(huán)和透明的外軸瓦，主軸兩端設(shè)有試驗臺支撐軸承，主軸最右端設(shè)有驅(qū)動聯(lián)軸器；主軸和浮環(huán)之間形成內(nèi)層油膜，浮環(huán)內(nèi)表面開設(shè)有四組內(nèi)層油腔，每組內(nèi)層油腔均依次設(shè)置深腔、淺腔和封油邊，形成內(nèi)層油膜的動靜壓效應(yīng)；外軸瓦和浮環(huán)之間形成外層油膜，外軸瓦內(nèi)表面開設(shè)有四組外層油腔，每組外層油腔均依次設(shè)置深腔、淺腔和封油邊，形成外層油膜的動靜壓效應(yīng)；外軸瓦和浮環(huán)上設(shè)有給內(nèi)、外層油腔供油的供油系統(tǒng)，主軸和浮環(huán)、外軸瓦和浮環(huán)之間設(shè)有端泄回油系統(tǒng)；主軸的右端軸心處設(shè)置有徑向、軸向孔槽，孔槽內(nèi)開設(shè)孔分別與徑向、軸向內(nèi)層油膜相通所述孔槽內(nèi)設(shè)置有內(nèi)置式光纖攝像機隨主軸轉(zhuǎn)動對內(nèi)層油膜流態(tài)進行攝像；外軸瓦的外面沿圓周方向設(shè)置有轉(zhuǎn)動軌道，轉(zhuǎn)動軌道上設(shè)置外層油膜高速攝像機。供油系統(tǒng)包括浮環(huán)上設(shè)置的連通內(nèi)、外層油腔的深腔的徑向油孔，外軸瓦上設(shè)有與外層油腔連通的供油孔；浮環(huán)上沿軸向設(shè)有軸向供油孔，軸向供油孔內(nèi)端與浮環(huán)上的徑向油孔連通，軸向供油孔外端與外回油腔連通。
端泄回油系統(tǒng)包括設(shè)置在浮環(huán)兩側(cè)且與外軸瓦圍成的內(nèi)、外回油腔，外軸瓦中央處設(shè)有與內(nèi)回油腔連通的中心回油孔；外軸瓦和徑向推力一體浮環(huán)軸承沿徑向設(shè)有由內(nèi)向外泄油的泄油縫隙。深腔和淺腔之間以及淺腔和封油邊間設(shè)有階梯過渡。還配套設(shè)置有摩擦力矩測試裝置，設(shè)置有徑向、軸向激振加載裝置。外軸瓦采用透明的玻璃材質(zhì)制作。本發(fā)明可同時進行內(nèi)層油膜、外層油膜流態(tài)的圖像采集，以供分析油膜的不同流態(tài)及流態(tài)轉(zhuǎn)變，比對研究層流、紊流及層流紊流混合流態(tài)轉(zhuǎn)變的情況，由此試驗裝置測試的結(jié)果可驗證理論計算模型及計算結(jié)果。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的右視圖。
具體實施例方式實施例:如圖1、2所示，動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，包括主軸3，主軸3的兩個限位軸肩之間安裝有一對徑向推力一體浮環(huán)軸承，徑向推力一體浮環(huán)軸承包括浮環(huán)2和透明的外軸瓦1，外軸瓦I采用透明的玻璃材質(zhì)制作。主軸3兩端設(shè)有試驗臺支撐軸承6，主軸3最右端設(shè)有驅(qū)動聯(lián)軸器7 ;主軸3和浮環(huán)2之間形成內(nèi)層油膜，浮環(huán)2內(nèi)表面開設(shè)有四組內(nèi)層油腔，每組內(nèi)層油腔均依次設(shè)置深腔、淺腔和封油邊，形成內(nèi)層油膜的動靜壓效應(yīng)；外軸瓦I和浮環(huán)2之間形成外層油膜，外軸瓦I內(nèi)表面開設(shè)有四組外層油腔，每組外層油腔均依次設(shè)置深腔、淺腔和封油邊，形成外層油膜的動靜壓效應(yīng)；外軸瓦和浮環(huán)上設(shè)有給內(nèi)、外層油腔供油的供油系統(tǒng)，主軸3和浮環(huán)2、外軸瓦I和浮環(huán)2之間設(shè)有端泄回油系統(tǒng)；主軸3的右端軸心處設(shè)置有徑向、軸向孔槽，孔槽內(nèi)開設(shè)孔分別與徑向、軸向內(nèi)層油膜相通，在該孔槽內(nèi)設(shè)置采集內(nèi)層油膜圖像的內(nèi)置式光纖攝像機5 ;外軸瓦I的外面沿圓周方向設(shè)置有轉(zhuǎn)動軌道9，轉(zhuǎn)動軌道9上設(shè)置外層油膜高速攝像機4，進行外層油膜不同位置油膜流態(tài)的拍攝。徑向內(nèi)層油膜和外層油膜采用四組油腔結(jié)構(gòu)，每組油楔都設(shè)置有深腔和淺腔及封油邊，進油孔與深腔連通，油液由深腔流向淺腔最終流向封油邊。圖1中12為供油方向，13為回油方向。供油系統(tǒng)包括浮環(huán)2上設(shè)置的連通內(nèi)、外層油腔的深腔的徑向油孔，外軸瓦I上設(shè)有與外層油腔連通的供油孔；浮環(huán)2上沿軸向設(shè)有軸向供油孔，軸向供油孔內(nèi)端與浮環(huán)2上的徑向油孔連通，軸向供油孔外端與外回油腔連通。端泄回油系統(tǒng)包括設(shè)置在浮環(huán)2兩側(cè)且與外軸瓦I圍成的內(nèi)、外回油腔，外軸瓦I中央處設(shè)有與內(nèi)回油腔連通的中心回油孔，外軸瓦I和徑向推力一體浮環(huán)軸承沿徑向設(shè)有由內(nèi)向外泄油的泄油縫隙。深腔和淺腔之間以及淺腔和封油邊間設(shè)有階梯過渡。潤滑油經(jīng)外軸瓦I流入內(nèi)、外層油膜，在靜態(tài)情況下就可將軸及浮環(huán)托起，在工作時可保證充足的供油。浮環(huán)軸承深腔和淺腔之間以及淺腔和封油邊間都采用階梯過渡，主軸轉(zhuǎn)動時將產(chǎn)生動壓，使內(nèi)、外層油膜不同位置具有不同的流態(tài)。
本發(fā)明還配套設(shè)置有摩擦力矩測試裝置8，設(shè)置有徑向激振加載裝置11、軸向激振加載裝置10。
權(quán)利要求
1.動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，其特征在于:包括主軸，主軸的兩個限位軸肩之間安裝有一對徑向推力一體浮環(huán)軸承，徑向推力一體浮環(huán)軸承包括浮環(huán)和透明的外軸瓦，主軸兩端設(shè)有試驗臺支撐軸承，主軸最右端設(shè)有驅(qū)動聯(lián)軸器；主軸和浮環(huán)之間形成內(nèi)層油膜，浮環(huán)內(nèi)表面開設(shè)有四組內(nèi)層油腔，每組內(nèi)層油腔均依次設(shè)置深腔、淺腔和封油邊，形成內(nèi)層油膜的動靜壓效應(yīng)；外軸瓦和浮環(huán)之間形成外層油膜，外軸瓦內(nèi)表面開設(shè)有四組外層油腔，每組外層油腔均依次設(shè)置深腔、淺腔和封油邊，形成外層油膜的動靜壓效應(yīng)；外軸瓦和浮環(huán)上設(shè)有給內(nèi)、外層油腔供油的供油系統(tǒng)，主軸和浮環(huán)、外軸瓦和浮環(huán)之間設(shè)有端泄回油系統(tǒng)；主軸的右端軸心處設(shè)置有徑向、軸向孔槽，孔槽內(nèi)開設(shè)孔分別與徑向、軸向內(nèi)層油膜相通，所述孔槽內(nèi)設(shè)置有內(nèi)置式光纖攝像機隨主軸轉(zhuǎn)動對內(nèi)層油膜流態(tài)進行攝像；外軸瓦的外面沿圓周方向設(shè)置有轉(zhuǎn)動軌道，轉(zhuǎn)動軌道上設(shè)置外層油膜高速攝像機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，其特征在于:供油系統(tǒng)包括浮環(huán)上設(shè)置的連通內(nèi)、外層油腔的深腔的徑向油孔，外軸瓦上設(shè)有與外層油腔連通的供油孔；浮環(huán)上沿軸向設(shè)有軸向供油孔，軸向供油孔內(nèi)端與浮環(huán)上的徑向油孔連通，軸向供油孔外端與外回油腔連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，其特征在于:端泄回油系統(tǒng)包括設(shè)置在浮環(huán)兩側(cè)且與外軸瓦圍成的內(nèi)、外回油腔，外軸瓦中央處設(shè)有與內(nèi)回油腔連通的中心回油孔；外軸瓦和徑向推力一體浮環(huán)軸承沿徑向設(shè)有由內(nèi)向外泄油的泄油縫隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，其特征在于:深腔和淺腔之間以及淺腔和封油邊間設(shè)有階梯過渡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，其特征在于:還配套設(shè)置有摩擦力矩測試裝置，設(shè)置有徑向、軸向激振加載裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，其特征在于:外軸瓦采用透明的玻璃材質(zhì)制作。
全文摘要
動靜壓浮環(huán)軸承內(nèi)外層油膜流態(tài)可視化試驗裝置，主軸上安裝有一對徑向推力一體浮環(huán)軸承，徑向推力一體浮環(huán)軸承包括浮環(huán)和透明的外軸瓦，主軸兩端設(shè)有試驗臺支撐軸承，主軸最右端設(shè)有驅(qū)動聯(lián)軸器；主軸和浮環(huán)之間形成內(nèi)層油膜，外軸瓦和浮環(huán)之間形成外層油膜；外軸瓦和浮環(huán)上設(shè)有給內(nèi)、外層油腔供油的供油系統(tǒng)，主軸和浮環(huán)、外軸瓦和浮環(huán)之間設(shè)有端泄回油系統(tǒng)；主軸的右端軸心處設(shè)置有徑向、軸向孔槽，孔槽內(nèi)開設(shè)孔分別與徑向、軸向內(nèi)層油膜相通，孔槽內(nèi)設(shè)置有內(nèi)置式光纖攝像機隨主軸轉(zhuǎn)動對內(nèi)層油膜流態(tài)進行攝像；外軸瓦的外面沿圓周方向設(shè)置有轉(zhuǎn)動軌道，轉(zhuǎn)動軌道上設(shè)置外層油膜高速攝像機。本發(fā)明可同時進行內(nèi)層油膜、外層油膜流態(tài)的圖像采集，以供分析。
文檔編號G01N11/00GK103115846SQ20131002645
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者張紹林, 于衛(wèi)東, 郭紅, 夏伯乾, 岑繼東, 李玉生, 李瑞珍, 王迎佳, 李予寅, 程建民, 李峰, 金偉, 郭莉, 唐玲, 岑少起 申請人:鄭州大學