一种轴承轴向间隙试验机压力过载保护装置设计

2021-07-02于晓丽王小会朱兆春

现代制造技术与装备 2021年5期

于晓丽王小会朱兆春

（中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，贵阳 550014）

在航空发动机主轴承轴向间隙试验过程中，由于各种不确定因素时常会发生轴承轴向间隙试验机压力过载造成传感器损坏的故障。为了避免压力过载损坏传感器，设计了一种轴承轴向间隙试验机压力过载保护装置。它安装在轴承轴向间隙试验机的压力传感器与被测轴承之间。实验过程中，当被测压力低于压力过载保护装置设定值时，轴承轴向间隙试验机处于正常工作状态。如果当被测介质压力高于压力过载保护装置的设定压力值时，压力过载保护装置能及时切断轴承轴向间隙试验机实施压力的工作电源，实现保护轴承轴向间隙试验机的传感器和设备不致因超压而损坏的目的[1]。它不仅解决了轴承轴向间隙试验机工作中因压力过载损坏传感器和设备难题，还保证了工作质量，且很好地满足了使用要求。

1 工作原理分析

如图1所示，轴承轴向间隙试验机压力过载保护装置工作过程中，当压力过载保护装置承受载荷（沿试验器垂直向下的压力）达到并超过装置中重载矩形压簧预设定弹簧刚度（使压簧变形的压力值）时，重载矩形压簧产生压缩变形（弹簧刚度即使重载矩形压缩变形压力，是根据试验机工作需要确定的）。这样上连接体部件随重载矩形压簧一起发生向下位移，使上连接体部件与微动开关柱塞的接触面向下偏离。同时，微动开关柱塞也由被压缩到复位的位置移动，带动执行元件。当微动开关执行元件的接触点从工作位置到非工作位置时，微动开关工作切断试验机实施载荷（压力）的工作电源，使轴承轴向间隙试验机停止实施载荷（压力），实现了轴承轴向间隙试验机压力过载保护的目的。

图1 轴承轴向间隙试验机压力过载保护装置工作示意图

2 压力过载保护装置设计

通过分析工作原理，设计了一种轴承轴向间隙试验机压力过载保护装置，如图2所示。轴承轴向间隙试验机压力过载保护装置包括下连接体、下端盖、筒体、重载矩形压簧、三芯航空插头、微动开关、内六角平头螺钉、微动开关、微动开关固定板、上连接体以及上端盖。根据重载矩形压簧工作特性[2]，即重载矩形压簧达到一定的压力时（弹簧刚度，使压簧变形的压力值[3]）弹簧压缩变形产生位移，这个位移可应用微动开关[4]切断电源。通过把它安装在轴承轴向间隙试验机压力传感器与被测轴承之间，用于当被测介质压力高于压力过载保护装置的设定压力值时能及时切断轴承轴向间隙试验机进给电源，从而保护轴承轴向间隙试验机的传感器不致因超压而损坏。当被测压力低于设定值时，它又能接通使轴承轴向间隙试验机处于正常显示被测介质压力的工作状态，工作稳定可靠，很好地满足了使用要求。

图2 压力过载保护装置结构示意图

结构设计上，为了保证压力过载保护装置具有很好的同轴度，减少测量误差，上连接体与下连接体采用Φ20 mm轴孔的杠杆和缸筒的精密滑动间隙配合[1]。上连接体与上端盖Φ25 mm轴和孔也同样采用精密滑动间隙配合。为了便于调节弹簧的压缩量及精确控制微动开关行程位置，上下端盖均采用螺纹连接形式[5]方便弹簧安装和调节。

2.1 下连接体

压力过载保护装置下连接体长度为80 mm空心台阶圆柱体型（如图3所示），其中左端是直径Φ37.8×15 mm圆柱台阶及Φ64×9 mm圆柱台，用于与重载矩形压簧内孔定位及端面支撑固定；Φ64×9 mm圆柱右端为M42×2 mm、长29 mm螺纹，方便调整重载矩形压簧安装尺寸；右端为Φ36 mm圆柱体；左边Φ20H8×25 mm孔为缸筒与上连接体Φ20f（f为轴配合公差）杠杆形成精密滑动配合，满足上下连接体同轴度要求；右端Φ20H8×30 mm孔用于与轴承轴向间隙试验机部件Φ20f[5]圆柱面形成精密滑动配合，同样满足部件间同轴度要求。

图3 压力过载保护装置下连接体示意图

2.2 下端盖

下端盖尺寸为外圆Φ92×30 mm、内孔为M78×2 mm和M42×2 mm的圆柱体型，如图4所示。其中，上端是M78×2 mm、长15 mm螺纹孔，下端是M42×2 mm、长15 mm螺纹孔可连接筒体和下连接。

图4 压力过载保护装置下端盖示意图

2.3 筒体

筒体尺寸为外圆Φ78×85 mm、内孔Φ65 mm圆柱体型，如图5所示。其中，上下两端M78×2 mm、长20 mm螺纹孔，用于连接上下端盖和调整压簧及微动开关。它的长度85 mm是根据重载矩形压簧的设计载荷的弹簧压缩后尺寸确定的。

图5 压力过载保护装置筒体示意图

2.4 重载矩形压簧

重载矩形压簧[2]根据压力过载保护装置最大极限载荷1 000 N（轴承轴向间隙试验机压力传感器最大工作载荷2 000 N）选用TJH63-76型号，弹簧参数为孔径Φ63.0 mm，轴径Φ38 mm，自由长度76 mm；弹簧常数526.3 N·mm-1。

当压力过载保护装置额定压力设置为1 000 N时，弹簧预压缩长度为74 mm左右。微动开关最大工作行程1.9 mm，微动开关触发工作最大位移量0.6 mm。

当载荷大于1 000 N小于1 500 N时，弹簧位移量为0～1 mm，相应微动开关柱塞也移动0～1 mm，满足触发微动开关工作要求。

通过以上设计计算，重载矩形压簧可以实现试验器的传感器工作载荷小于1 500 N（传感器最大工作载荷2 000 N），满足保护传感器和设备要求。

2.5 三芯航空插头

三芯航空插头选用GX12三芯航空插头，安装孔径Φ12 mm，螺纹为M12×1 mm。

2.6 上连接体

压力过载保护装置上连接体长度为160 mm多台阶圆柱体型，如图6所示。其中，左端是直径Φ20f7×45 mm的圆柱台阶，作为缸杆与下连接体Φ20H8孔形成精密滑动配合，满足上下连接体同轴度要求；直径Φ37.8×35 mm圆柱台阶及Φ64×9 mm圆柱台，用于与重载矩形压簧内孔定位及支撑固定；Φ64×9 mm圆柱右端为Φ25f7×27 mm圆柱，与上端盖Φ25H8孔形成精密滑动配合，满足部件间同轴度要求；M24×1.5 mm、长13 mm螺纹用于锁紧螺母固定上连接体与试验机用；右端为Φ20f7×32 mm圆柱体连接试验机用，Φ10H8孔为定位销孔。

图6 压力过载保护装置上连接体示意图

2.7 上端盖

上端盖为外圆Φ92×40 mm、内孔为M78×2 mm和Φ25H8的圆柱体型，如图7所示。其中，上端是M78×2 mm长15 mm螺纹孔，下端是Φ25H8孔与上连接体Φ25f7圆柱与形成精密滑动配合，满足压力过载保护装置同轴度要求。50 mm×31.5 mm×2 mm槽是安装微动开关固定板，16 mm×31.5 mm×25 mm槽用于安装微动开关。