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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了碰摩实验装置，包括碰摩部分、竖直驱动部分以及支承部分。竖直驱动部分的竖直导轨和竖直丝杠分别与碰摩部分的竖直导槽以及带丝杠螺纹孔的连接块相连，竖直步进电机可以带动碰摩部分在竖直导轨上运动；支承部分的水平导轨和丝杠分别与竖直驱动部分的水平导槽和连接块相连，水平步进电机可以带动竖直驱动部分与碰摩部分的整体在水平导轨上运动；碰摩部分由固定架、弹簧、碰摩头以及双头螺纹杆等构成，碰摩头可分为单点碰摩头和弧形碰摩头，且碰摩刚度的调节可通过改变弹簧的长度以及材料来实现。本发明可以在不同竖直高度下精准控制水平方向的侵入位移，可实现多种形式碰摩。

主权项：1.碰摩实验装置，包括碰摩部分、竖直驱动部分及支承部分组成，其特征在于：所述支承部分包括通过螺栓与基础固定相连的水平支撑板12，在所述水平支撑板左端安装有水平步进电机8，所述水平步进电机的旋转轴穿过安装在轴承支架9内的轴承并与一根沿水平方向设置的水平丝杠7的左端固定相连，所述的轴承支架9固定在水平支撑板上，在所述水平丝杠的前后两侧的水平支撑板上分别固定有一根水平导轨13；所述竖直驱动部分包含L形板6，在所述L形板上固定有竖直步进电机，所述竖直步进电机的转动轴与一根沿竖直方向设置的竖直丝杠18固定相连，在所述的L形板的水平板的底壁的中间固定有下部连接块，在所述的下部连接块中间沿水平方向开有水平丝杠螺纹孔，在所述的下部连接块前后两侧的水平板的底壁上分别连接有水平导槽11，两根水平导轨分别与同侧的水平导槽左右滑动连接，所述的水平丝杠与水平丝杠螺纹孔螺纹连接，在所述的竖直丝杠左右两侧的L形板的竖直板的上分别沿竖直方向安装有一个竖直导轨2；所述碰摩部分包含固定架4，在所述固定架的后壁的左右两侧分别固定有竖直导槽5，在所述的后壁中间下部固定有中间连接块，在所述的中间连接块的中间沿竖直方向设置有竖直丝杠螺纹孔，两个所述的竖直导轨2分别与竖直导槽上下滑动连接，转动竖直步进电机带动竖直丝杠转动，所述的竖直丝杠18与竖直丝杠螺纹孔螺纹连接，带动中间连接块上下运动，使整个碰摩部分通过竖直导槽在竖直导轨上运动；在每个竖直导槽的侧壁上均开有侧壁通孔，竖直导轨通过穿过侧壁通孔的侧壁锁紧螺栓17固定；所述的碰摩头的中线能够调节至与旋转器械的中线同一水平面后，通过拧紧侧壁锁紧螺栓17将碰摩部分固定在这一水平面上；在所述的固定架的前壁上固定有一个口形结构，在所述的口形结构的左右侧壁上分别左右对称开有五个轴承安装孔，在每个轴承安装孔内均安装有一个直线轴承，所述的口形结构每侧侧壁上的五个轴承安装孔分别设置在该侧侧壁的四角处以及中间位置，碰摩头通过一根或者四根双头螺纹杆19与固定架相连，所述的碰摩头为弧形碰摩头或者单点碰摩头，所述的弧形碰摩头包括矩形块，在所述的矩形块的右壁中间开有弧形槽，所述单点碰摩头的右端为半球形结构，每一根双头螺纹杆与固定架相连的结构为：双头螺纹杆的左右两端分别穿过口形结构左右侧壁处沿同轴线设置的直线轴承，在口形结构左右侧壁外侧的双头螺纹杆上分别套有一根弹簧3，在左端的弹簧外端的双头螺纹杆上螺纹连接有一个紧固螺母；当碰摩头为弧形碰摩头时，所述的双头螺纹杆为四根，四根双头螺纹杆的左右两端分别与四角处的直线轴承连接，在右端的弹簧外端的双头螺纹杆上固定有弧形碰摩头；当碰摩头为单点碰摩头时，所述的双头螺纹杆为一根，所述的双头螺纹杆的左右两端分别与中间位置的两个直线轴承连接，在右端的弹簧外端的双头螺纹杆上固定有单点碰摩头。

全文数据：碰摩实验装置技术领域本发明涉及旋转机械故障模拟装置，尤其涉及碰摩实验装置。背景技术在航空发动机以及燃气轮机等高转速的器械中，随着工作效率的提高，转子与静子间的间隙设计的越来越小，使得转静碰摩的概率越来越大。公开号为CN108956068A的中国专利采用间隙调节机构调整转静子间隙，实现不同的碰摩侵入量，通过电磁控制产生质量偏心，产生突发不平衡量，使转子旋转不平衡产生碰摩。通过改变碰摩支撑机构中机匣涂层的材料，实现对不同机匣涂层材料的碰摩测试。公开号为CN109238679A的中国专利公布了一种包含气动系统和碰摩系统的可测碰摩力的气动碰摩装置，通过更换碰摩头可模拟不同材料碰摩情况。公开号为CN108709748A的中国专利公布了一种多点碰摩故障模拟实验装置，可模拟多个位置出现多种形式的碰摩故障。公开号为CN108507775A的中国专利通过多个调节螺栓碰摩接触件，从而模拟不同深度、多局部面接触的转子碰摩故障，模拟微弱到严重的碰摩故障。在以往的碰摩装置中，多以通过调节螺母松紧程度或者间隙调节机构来控制碰摩侵入位移，只能定性判断碰摩的严重程度，而不能定量控制侵入位移。其次，碰摩装置只能安装在同一水平位置而在竖直方向调节较为困难，故在同一套碰摩装置下在不同竖直高度下难以实现碰摩。最后，模拟单点碰摩以及局部碰摩的较难在一个装置上实现，或者精度不够。发明内容本发明的目在于克服以往装置中的不足，提出一种能控制碰摩精度、可实现不同竖直高度下碰摩、以及多种碰摩形式一体化的碰摩实验装置。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明的碰摩实验装置,包括碰摩部分、竖直驱动部分及支承部分组成，所述支承部分包括通过螺栓与基础固定相连的水平支撑板，在所述水平支撑板左端安装有水平步进电机，所述水平步进电机的旋转轴穿过安装在轴承支架内的轴承并与一根沿水平方向设置的水平丝杠的左端固定相连，所述的轴承支架固定在水平支撑板上，在所述水平丝杠的前后两侧的水平支撑板上分别固定有一根水平导轨；所述竖直驱动部分包含L形板，在所述L形板上固定有竖直步进电机，所述竖直步进电机的转动轴与一根沿竖直方向设置的竖直丝杠固定相连，在所述的L形板的水平板的底壁的中间固定有下部连接块，在所述的下部连接块中间沿水平方向开有水平丝杠螺纹孔，在所述的下部连接块前后两侧的水平板的底壁上分别连接有水平导槽，两根水平导轨分别与同侧的水平导槽左右滑动连接，所述的水平丝杠与水平丝杠螺纹孔螺纹连接，在所述的竖直丝杠左右两侧的L形板的竖直板的上分别沿竖直方向安装有一个竖直导轨；所述碰摩部分包含固定架，在所述固定架的后壁的左右两侧分别固定有竖直导槽，在所述的后壁中间下部固定有中间连接块，在所述的中间连接块的中间沿竖直方向设置有竖直丝杠螺纹孔，两个所述的竖直导轨分别与竖直导槽上下滑动连接，所述的竖直丝杠与竖直丝杠螺纹孔螺纹连接，在每个竖直导槽的侧壁上均开有侧壁通孔，竖直导轨通过穿过侧壁通孔的侧壁锁紧螺栓固定；在所述的固定架的前壁上固定有一个口形结构，在所述的口形结构的左右侧壁上分别左右对称开有五个轴承安装孔，在每个轴承安装孔内均安装有一个直线轴承，所述的口形结构每侧侧壁上的五个轴承安装孔分别设置在该侧侧壁的四角处以及中间位置，碰摩头通过一根或者四根双头螺纹杆与固定架相连，所述的碰摩头为弧形碰摩头或者单点碰摩头，所述的弧形碰摩头的右端具有弧形槽，所述单点碰摩头的右端为半球形结构，每一根双头螺纹杆与固定架相连的结构为：双头螺纹杆的左右两端分别穿过口形结构左右侧壁处沿同轴线设置的直线轴承，在口形结构左右侧壁外侧的双头螺纹杆上分别套有一根弹簧，在左端的弹簧外端的双头螺纹杆上螺纹连接有一个紧固螺母；当碰摩头为弧形碰摩头时，所述的双头螺纹杆为四根，四根双头螺纹杆的左右两端分别与四角处的直线轴承连接，在右端的弹簧外端的双头螺纹杆上固定有弧形碰摩头；当碰摩头为单点碰摩头时，所述的双头螺纹杆为一根，所述的双头螺纹杆的左右两端分别与中间位置的两个直线轴承连接，在右端的弹簧外端的双头螺纹杆上固定有单点碰摩头。与现有技术相比，本发明提供的碰摩实验装置具有以下有益效果：1.本发明的碰摩实验装置，机械结构较为简单，容易拆卸。2.本发明的碰摩实验装置中的竖直驱动部分，可以调节碰摩部分的竖直高度，从而改变碰摩位置。3.本发明的碰摩实验装置中支承部分，通过控制水平方向电机，可以精准控制侵入位移，其中丝杠的螺距为2mm，电机可控制的最小转角为15°。4.本发明的碰摩实验装置中碰摩部分可拆卸，以实现单点碰摩与局部碰摩一体化。5.本发明的碰摩实验装置中的单点碰摩装置以及弧形碰摩装置，碰摩的轴向刚度由单点碰摩头、弧形碰摩头及弹簧决定，但是弹簧刚度较小，所以轴向刚度主要由弹簧决定，通过更换不同的弹簧或者调节弹簧的长度可改变碰摩装置的轴向刚度。6.本发明的碰摩实验装置中的弧形碰摩装置，可通过更换不同的曲率半径来实现不同半径的转子碰摩。附图说明图1为一种实施方式的本发明碰摩实验装置整体结构示意图；图2为另一种实施方式的本发明碰摩实验装置整体结构示意图；图3为本发明图1所示装置中弧形碰摩装置的正面示意图；图4为本发明图1所示装置中弧形碰摩装置的背面示意图；图5为本发明图2所示装置中单点碰摩装置的正面示意图；图6为本发明图5所示装置中双头螺纹杆装配图；图7为本发明图1所示装置中的竖直驱动部分示意图；图8为本发明图1所示装置中的支承部分示意图；图9为本发明图1所示装置中的水平导轨导槽连接示意图；图10为本发明图1所示装置中丝杠与带丝杠螺纹孔连接块的连接示意图。具体实施方式下面结合附图对碰摩装置的结构、原理和工作过程进一步说明。如图1和图2所示，本发明的碰摩实验装置包括碰摩部分、竖直驱动部分及支承部分组成，分别对应图3或图5、图7以及图8。如图8所示，所述支承部分包括通过螺栓与基础固定相连的水平支撑板12，在所述水平支撑板12左端安装有水平步进电机8，所述水平步进电机8的旋转轴穿过安装在轴承支架9内的轴承并与一根沿水平方向设置的水平丝杠7的左端固定相连。所述的轴承支架9固定在水平支撑板12上。在所述水平丝杠7的前后两侧的水平支撑板12上分别固定有一根水平导轨13。如图7所示，所述竖直驱动部分包含L形板6，在所述L形板6上固定有竖直步进电机1，所述竖直步进电机1的转动轴与一根沿竖直方向设置的竖直丝杠18固定相连。在所述的L形板6的水平板的底壁的中间固定有下部连接块10，在所述的下部连接块10中间沿水平方向开有水平丝杠螺纹孔，在所述的下部连接块10前后两侧的水平板的底壁上分别连接有水平导槽11，两根水平导轨13分别与同侧的水平导槽11左右滑动连接。所述的水平丝杠7与水平丝杠螺纹孔螺纹连接。在所述的竖直丝杠18左右两侧的L形板6的竖直板的上分别沿竖直方向安装有一个竖直导轨2。如图3、图4和图5所示，所述碰摩部分包含固定架4，在所述固定架4的后壁的左右两侧分别固定有竖直导槽5，在所述的后壁中间下部固定有中间连接块16，在所述的中间连接块16的中间沿竖直方向设置有竖直丝杠螺纹孔，两个所述的竖直导轨2分别与竖直导槽5上下滑动连接，所述的竖直丝杠18与竖直丝杠螺纹孔螺纹连接。在每个竖直导槽5的侧壁上均开有侧壁通孔，竖直导轨2通过穿过侧壁通孔的侧壁锁紧螺栓17固定。在所述的固定架4的前壁上固定有一个口形结构，在所述的口形结构的左右侧壁上分别左右对称开有五个轴承安装孔，在每个轴承安装孔内均安装有一个直线轴承15。所述的口形结构每侧侧壁上的五个轴承安装孔分别设置在该侧侧壁的四角处以及中间位置。碰摩头14通过一根或者四根双头螺纹杆19与固定架4相连，所述的碰摩头14为弧形碰摩头或者单点碰摩头，所述的弧形碰摩头的右端具有弧形槽，所述单点碰摩头14的右端为半球形结构。每一根双头螺纹杆19与固定架4相连的结构为：双头螺纹杆19的左右两端分别穿过口形结构左右侧壁处沿同轴线设置的直线轴承15，在口形结构左右侧壁外侧的双头螺纹杆19上分别套有一根弹簧3，在左端的弹簧3外端的双头螺纹杆19上螺纹连接有一个紧固螺母。如图3所示，当碰摩头14为弧形碰摩头包括矩形块，在所述的矩形块的右壁中间开有弧形槽时，所述的双头螺纹杆19为四根，四根双头螺纹杆19的左右两端分别与四角处的直线轴承15连接，在右端的弹簧3外端的双头螺纹杆19上固定有弧形碰摩头14，从而形成弧形碰摩装置，所述弧形碰摩头14可改变弧度以适应不同半径的转子碰摩需求。如图5所示，当碰摩头14为单点碰摩头时，所述的双头螺纹杆19为一根，所述的双头螺纹杆19的左右两端分别与中间位置的两个直线轴承15连接，在右端的弹簧3外端的双头螺纹杆19上固定有单点碰摩头。本装置的使用方法如下：通过竖直步进电机控制器调控所述竖直步进电机1转动，转动的竖直步进电机1带动固定连接的竖直丝杠18转动，所述的竖直丝杠18与竖直丝杠螺纹孔螺纹连接，带动中间连接块16上下运动，使整个碰摩部分通过竖直导槽5在竖直导轨2上运动。将碰摩头的中线调节至与旋转器械的中线同一水平面后，通过拧紧侧壁锁紧螺栓17将碰摩部分固定在这一水平面上。通过水平步进电机控制器调控所述水平步进电机8转动，水平步进电机8的转动轴带动水平丝杠7转动，所述的水平丝杠7与水平丝杠螺纹孔螺纹连接，带动下部连接块10运动，使碰摩部分与竖直驱动部分的整体连接体通过水平导槽11在水平导轨13上左右运动。在旋转器械运转时，通过逐步调节水平步进电机8的转动角度每次调节的最小角度为15°使碰摩头移动，直至碰摩部分与旋转器械刚刚接触，开始记录碰摩头碰摩侵入位移，此时的侵入位移为0；再逐步调节转动角度，控制碰摩头碰摩侵入旋转器械的位移，使得本发明碰摩实验装置与旋转机械碰摩产生振动，通过信号采集系统记录不同转动角度下不同转动角度对应不同侵入位移本发明碰摩实验装置与旋转机械碰摩所产生的振动数据，为旋转器械碰摩故障的诊断提供数据支持，所述的信号采集系统及方法采用现有技术即可，如：泰斯特数据采集系统或LMSSCADAS数据采集系统。以上实施例仅用于更加清楚地说明本发明型的技术方案，而不能以此来限制本发明型的保护范围。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的结构、传动以及安装及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

权利要求：1.碰摩实验装置，包括碰摩部分、竖直驱动部分及支承部分组成，其特征在于：所述支承部分包括通过螺栓与基础固定相连的水平支撑板12，在所述水平支撑板左端安装有水平步进电机8，所述水平步进电机的旋转轴穿过安装在轴承支架9内的轴承并与一根沿水平方向设置的水平丝杠7的左端固定相连，所述的轴承支架9固定在水平支撑板上，在所述水平丝杠的前后两侧的水平支撑板上分别固定有一根水平导轨13；所述竖直驱动部分包含L形板6，在所述L形板上固定有竖直步进电机，所述竖直步进电机的转动轴与一根沿竖直方向设置的竖直丝杠18固定相连，在所述的L形板的水平板的底壁的中间固定有下部连接块，在所述的下部连接块中间沿水平方向开有水平丝杠螺纹孔，在所述的下部连接块前后两侧的水平板的底壁上分别连接有水平导槽11，两根水平导轨分别与同侧的水平导槽左右滑动连接，所述的水平丝杠与水平丝杠螺纹孔螺纹连接，在所述的竖直丝杠左右两侧的L形板的竖直板的上分别沿竖直方向安装有一个竖直导轨2；所述碰摩部分包含固定架4，在所述固定架的后壁的左右两侧分别固定有竖直导槽5，在所述的后壁中间下部固定有中间连接块，在所述的中间连接块的中间沿竖直方向设置有竖直丝杠螺纹孔，两个所述的竖直导轨2分别与竖直导槽上下滑动连接，所述的竖直丝杠18与竖直丝杠螺纹孔螺纹连接，在每个竖直导槽的侧壁上均开有侧壁通孔，竖直导轨通过穿过侧壁通孔的侧壁锁紧螺栓17固定；在所述的固定架的前壁上固定有一个口形结构，在所述的口形结构的左右侧壁上分别左右对称开有五个轴承安装孔，在每个轴承安装孔内均安装有一个直线轴承，所述的口形结构每侧侧壁上的五个轴承安装孔分别设置在该侧侧壁的四角处以及中间位置，碰摩头通过一根或者四根双头螺纹杆19与固定架相连，所述的碰摩头为弧形碰摩头或者单点碰摩头，所述的弧形碰摩头的右端具有弧形槽，所述单点碰摩头的右端为半球形结构，每一根双头螺纹杆与固定架相连的结构为：双头螺纹杆的左右两端分别穿过口形结构左右侧壁处沿同轴线设置的直线轴承，在口形结构左右侧壁外侧的双头螺纹杆上分别套有一根弹簧3，在左端的弹簧外端的双头螺纹杆上螺纹连接有一个紧固螺母；当碰摩头为弧形碰摩头时，所述的双头螺纹杆为四根，四根双头螺纹杆的左右两端分别与四角处的直线轴承连接，在右端的弹簧外端的双头螺纹杆上固定有弧形碰摩头；当碰摩头为单点碰摩头时，所述的双头螺纹杆为一根，所述的双头螺纹杆的左右两端分别与中间位置的两个直线轴承连接，在右端的弹簧外端的双头螺纹杆上固定有单点碰摩头。

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