一种具有轴向力测量功能的水力测功器的制作方法

1.本发明属于动力机械检验测试，具体涉及到一种具有轴向力测量功能的水力测功器。


背景技术：

2.测功器是发电机、电动机、内燃机、燃气轮机和泵等动力机特性试验及传动机械的效率试验中不可缺少的测试设备，水力测功器作为最早的测功器结构形式，因其结构简单，操作方便，调节性能好，工作平稳，价格低廉等特点，得到了广泛的应用。
3.随着测试覆盖性要求越来越高，动力机械高速旋转工作状态下的输出功率、轴向力等参数的无损测量需求日益迫切，航空、航天发动机等高精尖领域对测量精度的要求也更为严格，而在现有技术中，水力测功器均不具备轴向力测量功能，适用范围存在一定局限性。因此，设计出一种具备轴向力测量功能的水力测功器对于动力机械检验测试技术领域而言是一项急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决现有水力测功器不具备轴向力测量功能，适用范围存在一定局限性的技术问题，提出了一种具备轴向力测量功能的水力测功器，实现了在对被测设备进行功率测量的同时直接对轴向力进行测量。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种具有轴向力测量功能的水力测功器，其特殊之处在于：
7.包括支撑架、滑动轴承、支撑轴承、壳体、轴系、轴向力测量装置、止推装置、基座、扭矩测量装置、力臂；
8.所述支撑架、止推装置和扭矩测量装置均固定在基座上；
9.所述轴系包括主轴、转子以及轴套，转子通过轴套固定在主轴上；主轴通过支撑轴承的安装在壳体内且主轴的一端伸出壳体，用于连接被测装置的联轴器；；所述支撑轴承为两个，为面对面安装或者背靠背安装的单向角接触轴承，或者为一个双向角接触轴承和一个深沟球轴承；
10.所述壳体通过滑动轴承安装于两侧的支撑架上；
11.所述壳体沿轴向设置有连接端，连接端与止推装置之间连接有轴向力测量装置；
12.所述力臂沿径向设置在壳体的侧面，扭矩测量装置通过力臂与壳体连接。
13.进一步地，所述主轴的一端为花键和螺纹复合结构，用于连接被测装置的联轴器。
14.进一步地，所述轴向力测量装置采用s型力传感器。
15.进一步地，所述支撑架顶部为空心圆环结构且为板状钢材质，空心圆环结构内部设置有滑动轴承；所述支撑架与滑动轴承之间通过卡箍进行固定。本发明与现有技术相比的有益效果是：
16.(1)本发明通过巧妙设置内外两套轴承的构型，实现了被测设备扭矩、轴向力的同
时测量，解决了国内外目前只能测量扭矩，无法测量轴向力的难题。
17.(2)本发明通过在壳体后设置s型双向力传感器的方式，实现了被试设备轴向拉力、压力的双向测量。
18.(3)本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，使用寿命相对较长，在复杂工况下依然能够良好运转，具有适用范围广的特点，具备良好的市场应用前景。
附图说明
19.图1为本发明的整体结构图；
20.图2为本发明侧视图；
21.图3为本发明中支撑架结构图。
22.其中：1、支撑架；2、滑动轴承；3、支撑轴承；4、壳体；5、轴系；6、轴向力测量装置；7、止推装置；8、基座；9、扭矩测量装置；10、力臂。
具体实施方式
23.为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
24.如图1～3所示，一种具有轴向力测量功能的水力测功器，包括支撑架1、滑动轴承2、支撑轴承3、壳体4、轴系5、轴向力测量装置6和止推装置7、基座8、扭矩测量装置9。
25.轴系5在两个支撑轴承3的支撑下安装在壳体4内，壳体4通过滑动轴承2安装在壳体4两侧的支撑架1上，支撑架1通过螺栓与基座8相连，实现测功器与地面的相对固定；
26.轴系5包括主轴、转子以及轴套；主轴一端采用花键和螺纹结构，与被测装置的联轴器连接，联轴器上设有花键和外套螺母，配对使用后，配对花键能够起到周向固定作用，配对螺纹和螺母能够起到轴向固定作用，从而可以将被试设备的扭矩和轴向力无损失的传递给测功器。
27.支撑架1采用实心板状结构且顶部为空心圆环，空心圆环的内径与轴系5的直径相互配合，支撑架1的高度根据壳体4的直径以及试验系统整体所需高度确定；支撑架1上方安装滑动轴承2的半圆弧形的直径由滑动轴承2的直径确定，滑动轴承2的上方设置有卡箍，用于压紧滑动轴承2，滑动轴承2位于壳体4的两侧，卡箍利用螺栓与支撑架1连接；滑动轴承2具备周向转动和轴向滑动功能，共有两个，可以采用国标，也可以采用非标设计。
28.壳体4内部轴向两端各安装有一个支撑轴承3，支撑轴承3的形式为角接触轴承，两个支撑轴承3可采用两个单向角接触轴承面对面或者背靠背安装，也可以采用一个双向角接触轴承和一个球轴承，其作用是将轴系5有效支撑，支持其稳定可靠运转，并将轴系5上的轴向力传递到壳体4上。
29.轴向力测量装置6的一端与壳体4相连，另一端与止推装置7相连，实现对轴向力的测量，连接方式均为螺纹连接，并使用螺母限制相对位置。
30.轴向力测量装置6采用s型力传感器，可以测量轴向压力或者拉力；止推装置7采用螺栓可靠固定在底座上，承载轴向力测量装置6传递的轴向力。
31.扭矩测量装置9固定在基座8上，实现对扭矩的测量；扭矩测量装置9通过力臂10与壳体4相连
32.本发明的工作原理是：
33.以某被试设备为例，试验开始前，通过联轴器将被试设备与水力测功器连接，保证联轴器和被试设备以及水利测功器的轴向和周向均完全锁紧；在试验过程中，被试设备带动水力测功器轴系5转动，轴系5带动工作轮盘在壳体4组成的腔内旋转，水从轴系5上的轮盘根部进入工作腔，并在离心率的作用下水从轮盘边缘的高压区排出，轴系5与壳体4内部的水形成摩擦，从而将被试设备的力矩传递到测功器壳体4上，由于滑动轴承2在周向方向具有自由度，因此测功器壳体4会有发生旋转的趋势，其力矩值被扭矩测量装置9测量；与此同时，被试设备产生的轴向力通过联轴器传递到测功器轴系5上，轴系产生轴向滑动趋势，支撑轴承3由于选用角接触轴承，将轴系5上的轴向力传递到轴承外圈，进而传递到壳体4上，此时壳体4在轴向力作用下也具有轴向滑动的趋势，由于滑动轴承2同样具备轴向自由度，因此能够将壳体4上的轴向力无损失的传递到轴向力测量装置6上，止推装置7限制了上述装置的轴向移动(本发明公开的测功器仅具有相对运动的趋势)，使得轴向力最终被测量。


技术特征：
1.一种具有轴向力测量功能的水力测功器，其特征在于：包括支撑架(1)、滑动轴承(2)、支撑轴承(3)、壳体(4)、轴系(5)、轴向力测量装置(6)、止推装置(7)、基座(8)、扭矩测量装置(9)、力臂(10)；所述支撑架(1)、止推装置(7)和扭矩测量装置(9)均固定在基座(8)上；所述轴系(5)包括主轴、转子以及轴套，转子通过轴套固定在主轴上；主轴通过支撑轴承(3)的安装在壳体(4)内且主轴的一端伸出壳体(4)，用于连接被测装置的联轴器；所述支撑轴承(3)为两个，为面对面安装或者背靠背安装的单向角接触轴承，或者为一个双向角接触轴承和一个深沟球轴承；所述壳体(4)通过滑动轴承(2)安装于两侧的支撑架(1)上；所述壳体(4)沿轴向设置有连接端，连接端与止推装置(7)之间连接有轴向力测量装置(6)；所述力臂(10)沿径向设置在壳体(4)的侧面，扭矩测量装置(9)通过力臂(10)与壳体(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种具有轴向力测量功能的水力测功器，其特征在于：所述主轴的一端为花键和螺纹复合结构，用于连接被测装置的联轴器。3.根据权利要求1或2所述的一种具有轴向力测量功能的水力测功器，其特征在于：所述轴向力测量装置(6)采用s型力传感器。4.根据权利要求3所述的一种具有轴向力测量功能的水力测功器，其特征在于：所述支撑架(1)顶部为空心圆环结构且为板状钢材质，空心圆环结构内部设置有滑动轴承(2)；所述支撑架(1)与滑动轴承(2)之间通过卡箍进行固定。

技术总结
本发明具体涉及一种具有轴向力测量功能的水力测功器，其实现了在对被测设备进行功率测量的同时直接对轴向力进行测量。本发明包括支撑架、滑动轴承、支撑轴承、壳体、轴系、轴向力测量装置、止推装置、基座、扭矩测量装置、力臂，支撑架、止推装置和扭矩测量装置均固定在基座上，轴系在两个支撑轴承的支撑下安装在壳体内，支撑架的圆环顶部外弧面设置有滑动轴承，主轴与止推装置之间连接有轴向力测量装置；所述扭矩测量装置通过力臂与壳体连接。述扭矩测量装置通过力臂与壳体连接。述扭矩测量装置通过力臂与壳体连接。


技术研发人员：郭进兴 边东伟 杜永清 张晨曦 罗军 李鹏
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8