本发明属于轴承实验，特别是旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机及测试方法。
背景技术：
1、多列串联推力轴承由多个推力轴承以及内隔圈、外隔圈组成，内隔圈位于每级推力轴承的内圈之间，外隔圈位于每级推力轴承的外圈之间，内、外隔圈将多个推力轴承串联在一起，从而使轴向负荷分布到每个轴承上，提高轴向载荷的承载能力，因此具有大轴向载荷承载能力，被广泛应用于螺杆挤出机、涡轮机械、风力发电机、船舶推进系统等轴系结构中。
2、其中，在大轴向载荷作用下轴承轴向刚度、套圈和隔圈等变形直接影响着轴承的使用性能，是多列串联推力轴承设计和装配关键要素，因此获取其轴向载荷作用下刚度、变形具有重要的作用，尤其是旋转态测试试验能够模拟其工况，尤为重要。
3、虽然目前存在一些针对多列串联推力轴承的性能测试实验装置如专利(cn1195209c)，仅是对多列串联推力轴承进行常规的均载性能检测，通过采用电阻应变片测试轴承外隔圈的应变值并计算出其传递的轴向力，从而得出多列串联推力轴承中各级轴承的实际载荷，并未涉及轴承的刚度测试；潘伶在《多排轴承实际均载率及总刚度测试》中提及该轴承的刚度测试，其采用加载时用千分表装置于压力机两压头之间，用其读数来示轴承刚度测试结果；上述试验装备与测试方法仅能或仅开展静止态下的轴承刚度测试，同时未涉及轴承内隔圈的应变等测试，尚不能获得旋转态下的轴承刚度、以及其内、外隔圈应变等测试参数，同时试验机不具有不对中或自调心装置，不能开展不同角度不对中轴向加载状态下的轴承试验，难以开展不对中条件下的轴向加载对轴承参数影响。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本技术的目的为：在多列串联推力轴承承受大轴向载荷作用的条件下，为有效实现多列串联推力轴承在旋转状态下的轴向加载以及轴向加载过程中的不对中定量调整；进一步提供一种多列串联推力轴承内、外隔圈的分布式测量方法，实现多列串联推力轴承刚度及其内、外隔圈沿轴向、周向分布式应变测试；进一步通过平行度调整装置4其内部调心与螺栓定量调整，实现轴向加载过程中的平行度可控状态下的轴承的测试实验，建立不对中、轴向载荷对轴承刚度、内、外隔圈变形的影响，本发明提供一种旋转状态下多列串联推力轴承试验机及测试方法。
2、为达上述部分或全部目的或者其他目的，本技术提供如下的技术方案：旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，包括旋转驱动装置、平行度调整装置、轴向加载装置和试验台支撑机架；所述立式支撑机架包括固定横梁、活动横梁、立柱和支撑工作台；所述立柱从上到下依次连接固定横梁、活动横梁、支撑工作台；所述支撑工作台的下端面设置旋转驱动装置，上端面设置待检测的多列串联推力轴承；所述固定横梁上设置轴向加载装置；所述轴向加载装置连接所述活动横梁上端面，所述活动横梁下端面设置平行度调整装置。
3、进一步地，所述支撑工作台上设置轴承座固定孔；所述活动横梁上设置压力传感器固定孔；所述固定横梁上设置液压缸固定孔；所述轴承座固定孔、压力传感器固定孔、液压缸固定孔同轴设置。
4、进一步地，所述旋转驱动装置包括驱动电机、电机连接座、壳体、联轴器、主轴、推力轴承、内隔圈、轴承座、轴承连接座和电滑环；所述驱动电机的上固定端面通过电机连接座固定于壳体上，所述驱动电机的输出轴与联轴器连接；所述电机连接座安装放置于驱动电机固定端面与壳体下端面之间；所述壳体上端固定于支撑工作台上，下端通过电机连接座对驱动电机进行固定；所述联轴器将驱动电机输出轴与主轴连接；所述推力轴承安装于主轴上，推力轴承三排并列，且相邻两推力轴承之间用内隔圈相连；所述轴承座用螺栓固定连接于支撑工作台上；所述轴承连接座下端与主轴连接，所述轴承连接座上端放置多列串联推力轴承；所述壳体上开设通孔；所述电滑环设置在联轴器和主轴上的通孔之间，并连接于轴承座下端面上；所述推力轴承在轴承座内，所述推力轴承的下圈与轴承座接触，推力轴承的上圈与主轴套-连接，主轴套-套在主轴上，二者之间存在间隙；轴承连接座和主轴套-连接，主轴穿过多列串联推力轴承，二者之间存在间隙；主轴远离驱动电机的一端设置凸环，所述凸环与多列串联推力轴承的上圈接触。
5、进一步地，所述平行度调整装置包括一对固定锁紧螺栓、一对固定螺栓、角度调整装置上板、球状角度调整装置、角度调整装置下板、刻度套筒和锁紧螺母；所述固定锁紧螺栓与固定螺栓将角度调整装置上板、角度调整装置下板共同固定于活动横梁上；所述角度调整装置下板下端设置为套圈，所述套圈与多列串联推力轴承的上圈接触；所述锁紧螺母与固定锁紧螺栓螺纹连接。
6、进一步地，所述轴向加载装置包括液压缸固定座、活塞杆、螺栓和压力传感器；所述液压缸固定座固定于固定横梁上端；所述活塞杆下端安装压力传感器并与活动横梁连接，所述压力传感器由螺栓固定于活动横梁上，所述活塞杆上端贯穿液压缸固定座和固定横梁。
7、进一步地，还包括测试系统；所述测试系统包括位移传感器、外隔圈应变计传感器和内隔圈应变计传感器；所述位移传感器通过螺栓安装在固定横梁侧面，所述位移传感器的拉杆与所述活动横梁侧面设置的固定块相连接；所述外隔圈应变计传感器的测试线路直接连接于采集装置；所述主轴为空心轴，所述主轴侧壁上开设通孔，所述通孔与空心轴的内腔连通；所述内隔圈应变计传感器的测试线路通过多列串联推力轴承的空心轴的内腔和主轴上通孔形成的通路牵引至电滑环的内圈，经电滑环的外圈引出，再通过壳体上通孔将其与采集装置相连接。
8、进一步地，所述外隔圈应变计传感器的应变片和所述内隔圈应变计传感器的应变片沿轴承轴向以及外、内隔圈周向均布粘贴于被测的各个内、外隔圈的中部表面上，每个隔圈上均布六处应变片。
9、进一步地，所述测试方法步骤如下：
10、步骤一：采用位移传感器对轴向载荷下的轴承的位移δ进行测量，结合施加给定的轴向载荷fa，通过刚度公式计算出轴承的刚度k；
11、步骤二：多列串联推力轴承的内隔圈和外隔圈的应变测试采用应变计传感器进行应变测量；通过沿轴向布置应变片直接测量出轴向载荷引起的内、外隔圈的轴向应变；通过沿隔圈周向布置应变片，测量出载荷引起的隔圈周向应变；建立轴向加载下多列串联推力轴承内、外隔圈之间应变ε的关联关系以及内、外隔圈的应变ε与载荷fa之间的关联关系；
12、步骤三：通过平行度调整装置结合轴向加载装置实现不同平行度下轴向加载，同时结合旋转驱动系统中驱动电机工作与否，进行静止状态或旋转态下对多列串联推力轴承的刚度、内隔圈、外隔圈的应变测试实验；
13、步骤四：通过内部调心与螺栓定量调整，实现多列串联轴承的轴向加载过程中的自调心与平行度可控；进一步通过将调心与平行度调整装置安装在实验机活动横梁上，实现不同平行度状态下对多列串联推力轴承的周向变形的测试实验，从而揭示轴向加载过程中平行度对轴承刚度的影响。
14、进一步地，所述测试方法步骤如下：
15、步骤一：通过施加不同的轴向载荷得出相对应的位移δ1、δ2l lδn，得出多列串联推力轴承的刚度k关于轴承在轴向载荷fa和位移δ计算公式：
16、
17、步骤二：每个隔圈上均布六处应变片分别测得各处应变值通过施加给定的轴向载荷fa，获得轴承内、外隔圈的应变分别为ε12、ε23……εi(i+1)，ε1'2'、ε2'3'……εi'(i+1)'；其中，i＝、……n(n为串联的轴承级数)，各应变值εi(i+1)、εi'(i+1)'为内、外隔圈中部处周向均布应变片测试的均值；同样通过施加不同的轴向载荷从而获得内、外隔圈相应的应变
18、fa＝k1×(ε12+ε23+ε34+l+εi(i+1))
19、fa＝k2×(ε1'2'+ε2'3'+ε3'4'+l+εi'(i+1)')
20、式中，k、k为内、隔圈应变复合系数；
21、步骤三：多列串联推力轴承处于静止状态，仅进行平行度对中加载和不对中特定角度θ轴向加载，通过测试系统获得对中加载下轴承位移δ、内外隔圈的应变ε以及不对中特定角度θ加载下轴承的位移δ′、内外隔圈的应变ε′，完成非旋转态下对多列串联推力轴承的轴向、周向变形以及其内、外隔圈沿轴向、周向分布式变形测试实验；从而建立不对中角度θ、轴向载荷fa对轴承刚度k及其隔圈应变ε的关联关系；如下式所示：
22、k＝f1(θ、fa)
23、ε＝f2(θ、fa)
24、式中，f1、f2是通过实验数据建立的函数回归方程，f1(θ、fa)表示轴向加载角度和轴向载荷对轴承刚度影响的函数；f2(θ、fa)表示轴向加载角度和轴向载荷对隔圈应变ε影响的函数；
25、当驱动电机工作，转速为ω，多列串联推力轴承处于旋转态，对其分别进行平行度对中轴向加载和不对中特定角度θ轴向加载，通过测试系统获得对中加载下轴承位移δ、内外隔圈的应变ε以及不对中特定角度θ加载下轴承的位移δ′、内外隔圈的应变ε′，从而建立载荷fa、不对中角度θ、位移δ、应变ε之间的关联关系；进一步通过调节电机转速，进而揭示转速ω对轴承刚度k及其内外隔圈应变ε的影响；如下式所示：
26、k＝f3(ω、θ、fa)
27、ε＝f4(ω、θ、fa)
28、式中，f3、f4是通过实验数据建立的函数回归方程，f3(ω、θ、fa)表示转速ω、轴向加载角度以及轴向载荷对轴承刚度影响的函数；f4(ω、θ、fa)表示转速ω、轴向加载角度以及轴向载荷对隔圈应变ε影响的函数；
29、步骤四：固定锁紧螺栓中段设置刻度表和刻度套筒用于读取调整的角度大小；角度调整装置上板、球状角度调整装置和角度调整装置下板共同构成调心装置，实现在轴向载荷施加过程中载荷的传递，进一步实现调整轴向加载过程中平行度不对中问题以及在不对中角度下的偏心轴向加载；角度调整装置下板下端设置为套圈，当活动横梁上下移动时用于对多列串联推力轴承外圈进行载荷的施加；所述锁紧螺母通过在固定锁紧螺栓上拧紧，实现平行度的控制和锁紧，左右两边分别向下和向上拧紧时角度调整装置下板较角度调整装置上板出现一定的角度θ，实现平行对中轴向加载以及特定角度θ时进行偏心轴向加载；a、b分别是平行对中状态下角度调整装置下板左右两端位置，a、b分别是左端螺母向下拧紧、右端螺母向上拧紧后角度调整装置下板偏转角度位置，角度调整装置下板上套圈较平行对中时偏转了角度θ的位置，d为角度调整装置下板上套圈直径，δ1和δ2为左右端位移，通过公式能够对平行度调整装置的偏转角度θ进行计算：
30、
31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：旋转驱动装置通过电机驱动主轴旋转并将扭矩传递到多列串联轴承，结合轴向加载装置对多列串联推力轴承施加轴向载荷，同时结合支撑轴系，实现对多列串联推力轴承旋转态复合轴向加载，以及对轴向载荷的支撑；在多列串联推力轴承承受大轴向载荷作用的条件下，为有效实现多列串联推力轴承在旋转状态下的轴向加载以及轴向加载过程中的不对中定量调整；进一步提供一种多列串联推力轴承内、外隔圈的分布式测量方法，实现多列串联推力轴承刚度及其内、外隔圈沿轴向、周向分布式应变测试；进一步通过平行度调整装置4其内部调心与螺栓定量调整，实现轴向加载过程中的平行度可控状态下的轴承的测试实验，建立不对中、轴向载荷对轴承刚度、内、外隔圈变形的影响，本发明提供一种旋转状态下多列串联推力轴承试验机及测试方法。
1.旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：包括旋转驱动装置(1)、平行度调整装置(4)、轴向加载装置(5)和试验台支撑机架(6)；所述立式支撑机架(6)包括固定横梁(61)、活动横梁(63)、立柱(66)和支撑工作台(67)；所述立柱(66)从上到下依次连接固定横梁(61)、活动横梁(63)、支撑工作台(67)；所述支撑工作台(67)的下端面设置旋转驱动装置(1)，上端面设置待检测的多列串联推力轴承(3)；所述固定横梁(61)上设置轴向加载装置(5)；所述轴向加载装置(5)连接所述活动横梁(63)上端面，所述活动横梁(63)下端面设置平行度调整装置(4)。
2.根据权利要求1所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：所述支撑工作台(67)上设置轴承座固定孔(68)；所述活动横梁(63)上设置压力传感器固定孔(65)；所述固定横梁(61)上设置液压缸固定孔(62)；所述轴承座固定孔(68)、压力传感器固定孔(65)、液压缸固定孔(62)同轴设置。
3.根据权利要求1所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：所述旋转驱动装置(1)包括驱动电机(11)、电机连接座(12)、壳体(13)、联轴器(14)、主轴(15)、推力轴承(16)、内隔圈(17)、轴承座(18)、轴承连接座(19)和电滑环(24)；所述驱动电机(11)的上固定端面通过电机连接座(12)固定于壳体(13)上，所述驱动电机(11)的输出轴与联轴器(14)连接；所述电机连接座(12)安装放置于驱动电机(11)固定端面与壳体(13)下端面之间；所述壳体(13)上端固定于支撑工作台(67)上，下端通过电机连接座(12)对驱动电机(11)进行固定；所述联轴器(14)将驱动电机(11)输出轴与主轴(15)连接；所述推力轴承(16)安装于主轴(15)上，推力轴承(16)三排并列，且相邻两推力轴承(16)之间用内隔圈(17)相连；所述轴承座(18)用螺栓固定连接于支撑工作台(67)上；所述轴承连接座(19)下端与主轴(15)连接，所述轴承连接座(19)上端放置多列串联推力轴承(3)；所述壳体(13)上开设通孔(111)；所述电滑环(24)设置在联轴器(14)和主轴(15)上的通孔(112)之间，并连接于轴承座(18)下端面上；所述推力轴承(16)在轴承座(18)内，所述推力轴承(16)的下圈与轴承座(18)接触，推力轴承(16)的上圈与主轴套(15-1)连接，主轴套(15-1)套在主轴(15)上，二者之间存在间隙；轴承连接座(19)和主轴套(15-1)连接，主轴(15)穿过多列串联推力轴承(3)，二者之间存在间隙；主轴(15)远离驱动电机(11)的一端设置凸环，所述凸环与多列串联推力轴承(3)的上圈接触。
4.根据权利要求1所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：所述平行度调整装置(4)包括一对固定锁紧螺栓(41)、一对固定螺栓(42)、角度调整装置上板(43)、球状角度调整装置(44)、角度调整装置下板(45)、刻度套筒(46)和锁紧螺母(47)；所述固定锁紧螺栓(41)与固定螺栓(42)将角度调整装置上板(43)、角度调整装置下板(45)共同固定于活动横梁(63)上；所述角度调整装置下板(45)下端设置为套圈，所述套圈与多列串联推力轴承(3)的上圈接触；所述锁紧螺母(47)与固定锁紧螺栓(41)螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：所述轴向加载装置(5)包括液压缸固定座(51)、活塞杆(52)、螺栓(53)和压力传感器(54)；所述液压缸固定座(51)固定于固定横梁(61)上端；所述活塞杆(52)下端安装压力传感器(54)并与活动横梁(63)连接，所述压力传感器(54)由螺栓(53)固定于活动横梁(63)上，所述活塞杆(52)上端贯穿液压缸固定座(51)和固定横梁(61)。
6.根据权利要求1所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：还包括测试系统(2)；所述测试系统(2)包括位移传感器(21)、外隔圈应变计传感器(22)和内隔圈应变计传感器(23)；所述位移传感器(21)通过螺栓安装在固定横梁(61)侧面，所述位移传感器(21)的拉杆与所述活动横梁(63)侧面设置的固定块(64)相连接；所述外隔圈应变计传感器(22)的测试线路直接连接于采集装置(25)；所述主轴(15)为空心轴，所述主轴(15)侧壁上开设通孔(112)，所述通孔(112)与空心轴的内腔连通；所述内隔圈应变计传感器(23)的测试线路通过多列串联推力轴承(3)的空心轴的内腔和主轴(15)上通孔(112)形成的通路牵引至电滑环(24)的内圈，经电滑环(24)的外圈引出，再通过壳体上通孔(111)将其与采集装置(25)相连接。
7.根据权利要求6所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机，其特征在于：所述外隔圈应变计传感器(22)的应变片和所述内隔圈应变计传感器(23)的应变片沿轴承轴向以及外、内隔圈周向均布粘贴于被测的各个内、外隔圈的中部表面上，每个隔圈上均布六处应变片。
8.根据权利要求6或7所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机的测试方法，其特征在于：所述测试方法步骤如下：
9.根据权利要求8所述的旋转状态下多列串联推力轴承测试试验机的测试方法，其特征在于：所述测试方法步骤如下：
