一種軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置設計

于曉麗 王小會 朱兆春

（中國航發貴州黎陽航空動力有限公司，貴陽 550014）

在航空發動機主軸承軸向間隙試驗過程中，由于各種不確定因素時常會發生軸承軸向間隙試驗機壓力過載造成傳感器損壞的故障。為了避免壓力過載損壞傳感器，設計了一種軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置。它安裝在軸承軸向間隙試驗機的壓力傳感器與被測軸承之間。實驗過程中，當被測壓力低于壓力過載保護裝置設定值時，軸承軸向間隙試驗機處于正常工作狀態。如果當被測介質壓力高于壓力過載保護裝置的設定壓力值時，壓力過載保護裝置能及時切斷軸承軸向間隙試驗機實施壓力的工作電源，實現保護軸承軸向間隙試驗機的傳感器和設備不致因超壓而損壞的目的[1]。它不僅解決了軸承軸向間隙試驗機工作中因壓力過載損壞傳感器和設備難題，還保證了工作質量，且很好地滿足了使用要求。

1 工作原理分析

如圖1所示，軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置工作過程中，當壓力過載保護裝置承受載荷（沿試驗器垂直向下的壓力）達到并超過裝置中重載矩形壓簧預設定彈簧剛度（使壓簧變形的壓力值）時，重載矩形壓簧產生壓縮變形（彈簧剛度即使重載矩形壓縮變形壓力，是根據試驗機工作需要確定的）。這樣上連接體部件隨重載矩形壓簧一起發生向下位移，使上連接體部件與微動開關柱塞的接觸面向下偏離。同時，微動開關柱塞也由被壓縮到復位的位置移動，帶動執行元件。當微動開關執行元件的接觸點從工作位置到非工作位置時，微動開關工作切斷試驗機實施載荷（壓力）的工作電源，使軸承軸向間隙試驗機停止實施載荷（壓力），實現了軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護的目的。

圖1 軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置工作示意圖

2 壓力過載保護裝置設計

通過分析工作原理，設計了一種軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置，如圖2所示。軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置包括下連接體、下端蓋、筒體、重載矩形壓簧、三芯航空插頭、微動開關、內六角平頭螺釘、微動開關、微動開關固定板、上連接體以及上端蓋。根據重載矩形壓簧工作特性[2]，即重載矩形壓簧達到一定的壓力時（彈簧剛度，使壓簧變形的壓力值[3]）彈簧壓縮變形產生位移，這個位移可應用微動開關[4]切斷電源。通過把它安裝在軸承軸向間隙試驗機壓力傳感器與被測軸承之間，用于當被測介質壓力高于壓力過載保護裝置的設定壓力值時能及時切斷軸承軸向間隙試驗機進給電源，從而保護軸承軸向間隙試驗機的傳感器不致因超壓而損壞。當被測壓力低于設定值時，它又能接通使軸承軸向間隙試驗機處于正常顯示被測介質壓力的工作狀態，工作穩定可靠，很好地滿足了使用要求。

圖2 壓力過載保護裝置結構示意圖

結構設計上，為了保證壓力過載保護裝置具有很好的同軸度，減少測量誤差，上連接體與下連接體采用Φ20 mm軸孔的杠桿和缸筒的精密滑動間隙配合[1]。上連接體與上端蓋Φ25 mm軸和孔也同樣采用精密滑動間隙配合。為了便于調節彈簧的壓縮量及精確控制微動開關行程位置，上下端蓋均采用螺紋連接形式[5]方便彈簧安裝和調節。

2.1 下連接體

壓力過載保護裝置下連接體長度為80 mm空心臺階圓柱體型（如圖3所示），其中左端是直徑Φ37.8×15 mm圓柱臺階及Φ64×9 mm圓柱臺，用于與重載矩形壓簧內孔定位及端面支撐固定；Φ64×9 mm圓柱右端為M42×2 mm、長29 mm螺紋，方便調整重載矩形壓簧安裝尺寸；右端為Φ36 mm圓柱體；左邊Φ20H8×25 mm孔為缸筒與上連接體Φ20f（f為軸配合公差）杠桿形成精密滑動配合，滿足上下連接體同軸度要求；右端Φ20H8×30 mm孔用于與軸承軸向間隙試驗機部件Φ20f[5]圓柱面形成精密滑動配合，同樣滿足部件間同軸度要求。

圖3 壓力過載保護裝置下連接體示意圖

2.2 下端蓋

下端蓋尺寸為外圓Φ92×30 mm、內孔為M78×2 mm和M42×2 mm的圓柱體型，如圖4所示。其中，上端是M78×2 mm、長15 mm螺紋孔，下端是M42×2 mm、長15 mm螺紋孔可連接筒體和下連接。

圖4 壓力過載保護裝置下端蓋示意圖

2.3 筒體

筒體尺寸為外圓Φ78×85 mm、內孔Φ65 mm圓柱體型，如圖5所示。其中，上下兩端M78×2 mm、長20 mm螺紋孔，用于連接上下端蓋和調整壓簧及微動開關。它的長度85 mm是根據重載矩形壓簧的設計載荷的彈簧壓縮后尺寸確定的。

圖5 壓力過載保護裝置筒體示意圖

2.4 重載矩形壓簧

重載矩形壓簧[2]根據壓力過載保護裝置最大極限載荷1 000 N（軸承軸向間隙試驗機壓力傳感器最大工作載荷2 000 N）選用TJH63-76型號，彈簧參數為孔徑Φ63.0 mm，軸徑Φ38 mm，自由長度76 mm；彈簧常數526.3 N·mm-1。

當壓力過載保護裝置額定壓力設置為1 000 N時，彈簧預壓縮長度為74 mm左右。微動開關最大工作行程1.9 mm，微動開關觸發工作最大位移量0.6 mm。

當載荷大于1 000 N小于1 500 N時，彈簧位移量為0～1 mm，相應微動開關柱塞也移動0～1 mm，滿足觸發微動開關工作要求。

通過以上設計計算，重載矩形壓簧可以實現試驗器的傳感器工作載荷小于1 500 N（傳感器最大工作載荷2 000 N），滿足保護傳感器和設備要求。

2.5 三芯航空插頭

三芯航空插頭選用GX12三芯航空插頭，安裝孔徑Φ12 mm，螺紋為M12×1 mm。

2.6 上連接體

壓力過載保護裝置上連接體長度為160 mm多臺階圓柱體型，如圖6所示。其中，左端是直徑Φ20f7×45 mm的圓柱臺階，作為缸桿與下連接體Φ20H8孔形成精密滑動配合，滿足上下連接體同軸度要求；直徑Φ37.8×35 mm圓柱臺階及Φ64×9 mm圓柱臺，用于與重載矩形壓簧內孔定位及支撐固定；Φ64×9 mm圓柱右端為Φ25f7×27 mm圓柱，與上端蓋Φ25H8孔形成精密滑動配合，滿足部件間同軸度要求；M24×1.5 mm、長13 mm螺紋用于鎖緊螺母固定上連接體與試驗機用；右端為Φ20f7×32 mm圓柱體連接試驗機用，Φ10H8孔為定位銷孔。

圖6 壓力過載保護裝置上連接體示意圖

2.7 上端蓋

上端蓋為外圓Φ92×40 mm、內孔為M78×2 mm和Φ25H8的圓柱體型，如圖7所示。其中，上端是M78×2 mm長15 mm螺紋孔，下端是Φ25H8孔與上連接體Φ25f7圓柱與形成精密滑動配合，滿足壓力過載保護裝置同軸度要求。50 mm×31.5 mm×2 mm槽是安裝微動開關固定板，16 mm×31.5 mm×25 mm槽用于安裝微動開關。

圖7 壓力過載保護裝置上端蓋示意圖

3 結語

通過實際應用軸承軸向間隙試驗機壓力過載保護裝置，實現了保護軸承軸向間隙試驗機的傳感器和設備不致因超壓而損壞的目的。不僅解決了軸承軸向間隙試驗機工作中因壓力過載損壞傳感器和設備難題，而且節約了成本，保證了工作質量，且很好地滿足了使用要求，可為今后的工程設計提供借鑒。