[发明专利]高温工况滚动轴承试验机加热系统

说明书

技术领域

本发明涉及轴承试验技术领域，尤其涉及一种高温工况滚动轴承试验机的加热系统。

背景技术

工作温度高于120℃的轴承称为高温轴承。高温轴承广泛应用于航空航天、石油化工、机械制造领域，如航空发动机主轴轴承的工作温度在200℃以上；石油化工行业中高温轴承的工作温度为160℃，有些甚至高达350-400℃。由于达到轴承钢的回火温度，轴承各部分硬度将急剧下降；高温工作条件下润滑油的粘度也会受到极大的影响，致使轴承更容易发生失效，可能造成严重的经济损失和安全事故。轴承试验对于准确预测高温轴承寿命，科学合理地安排维修和更换，减少甚至杜绝安全事故的发生，有效保障装备及人员安全具有非常重要的意义。实际上，轴承试验是轴承设计、制造、验收过程中的一个不可缺少的重要的验证过程，在轴承试验机上按照高温轴承的实际安装工况、实际运行状态，即高温轴承的工作环境温度、转速、载荷以及润滑状态等按实际工况给定进行运转，达到预定寿命或到轴承失效。高温轴承的工作环境温度是运行工况的重要参数，轴承试验机对其模拟的准确性直接影响轴承的试验结果。

目前的常规轴承寿命试验机不能模拟高温轴承的工作环境。申请号为201110461997.7的中国发明专利公开了一种航空发动机主轴轴承试验机，包括用于试验轴承加热的加热装置。该加热装置串联在试验轴承的润滑油路上，对润滑油进行加热，加热后的润滑油喷射在试验轴承上，实现试验轴承的加热与润滑。此种加热方式存在的主要不足之处在于对润滑油加热会使润滑油粘度下降，影响润滑性能，使高温轴承实际工况的模拟失真。因此，对润滑油加热的温度不能过高，制约轴承的加热温度。此外，对润滑油进行加热后，润滑油容易产生油烟，对环境及试验人员造成影响。

本发明针对高温轴承试验高温工况模拟问题，在常规轴承寿命试验机的基础上研究了可与常规轴承寿命试验机配合使用的高温工况滚动轴承试验机加热系统。该系统可应用于高温轴承试验，为高温轴承的设计、研制、使用与保障提供硬件支撑。

发明内容

本发明提供了一种可以自动控温且精度高的高温工况滚动轴承试验机加热系统，旨在用一种新的更为精确高效的方式解决轴承试验机的高温环境工况模拟问题。

本发明的高温工况滚动轴承试验机加热系统的技术方案如下：

一种高温工况滚动轴承试验机加热系统，包括温度控制子系统和温度执行子系统；所述温度控制子系统包括用于轴承温度信号采集的温度传感器、用于通断电控制的操作器和用于温度传感器信号分析及操作器指令生成的温度控制器；所述温度执行子系统包括用于将电能转化为热能的加热器以及用于承载所述加热器并与高温试验轴承及试验机配合的支撑衬套，高温试验轴承的轴承外圈位于支撑衬套之中；所述支撑衬套沿周向钻有若干个均匀分布的不通的孔，在孔内分布设置加热器对支撑衬套进行加热，从而实现对轴承外圈的加热。

进一步地，所述加热器的功率P与数量n由下式确定：

nP≥c(m1+m2)(T-T0)ηt]]>

式中，c为加热材料的比热；m₁为所述支撑衬套的质量；m₂为高温试验轴承的质量；T为高温轴承试验温度；T₀为实验室室内环境温度；η为热效率；t为要求的加热时间。

进一步地，所述支撑衬套与高温试验轴承之间采用过盈配合。

进一步地，所述支撑衬套的一个端面具有台阶结构，用于试验轴承的轴向定位。

进一步地，所述台阶结构的高度低于轴承外圈厚度的1/3。