轴向力平衡装置

1.本发明涉及转动设备的零部件测试技术领域，尤其涉及一种轴向力平衡装置。


背景技术：

2.随着科技发展，可以通过制造一些基础研究装备用于模拟实际工况，以便对转动设备中的一些关键零部件进行性能研究测试。
3.为了测试转动设备一些关键零部件的性能，通过使用电机的输出轴转动轴直接驱动实验装置，以使实验装置待测试零部件进行转动，以便模拟出高转速的工况。由于转动设备中待测试零部件关键零部件摩擦副的相对运动速度与载荷都有很大的提高，相应的用于模拟实际工况进行性能研究的基础研究装备，如高速高载摩擦磨损试验台、高速高载密封试验台通常会产生较大的轴向力，且该轴向力最终会通过待测试零部件试验装置作用在电机的转动轴输出轴上，以使电机承受较大的轴向力。
4.但是，现有技术中电机轴承在轴向力的作用下寿命缩短，导致电机发生故障的风险增高，降低了电机的稳定性和可靠性。


技术实现要素：

5.本发明提供一种轴向力平衡装置，可以平衡电机输出轴上的轴向力，有效提高电机的稳定性和可靠性。
6.本发明提供一种轴向力平衡装置，包括：包括平衡箱和支撑组件；
7.平衡箱内具有封闭的容纳腔，平衡箱用于与电机的外壳连接，且电机的输出轴插设在容纳腔内，支撑组件用于套设在输出轴上，输出轴与支撑组件连接，以驱动支撑组件旋转；
8.支撑组件与容纳腔的内侧壁抵接，支撑组件和输出轴共同将容纳腔分隔为第一腔室和第二腔室，平衡箱上还具有进气口，进气口与第一腔室连通，输出轴的端部朝向第一腔室，进气口用于输入气体，以平衡施加在输出轴上的轴向力，第二腔室与外界连通。
9.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，支撑组件包括抵接件和支撑件，支撑件套设在抵接件内；
10.抵接件的部分外侧壁与容纳腔的内侧壁抵接，输出轴包括同轴连接的连接部和限位部，支撑件和抵接件套在连接部上，且部分连接部位于第一腔室，支撑件朝向限位部的部分端面与限位部抵接。
11.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，还包括连接组件，连接组件包括第一连接件和多个第二连接件，第一连接件套设在位于第一腔室内的连接部上，第二连接件连接第一连接件和连接部。
12.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，第一连接件为压盖，第二连接件为螺钉或螺栓。
13.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，平衡箱包括箱体和箱
盖，容纳腔位于箱体本体内，箱盖盖设在箱体上以封闭容纳腔，箱盖与箱体连接，进气口位于箱盖上，箱体的底部具有安装孔，输出轴部分插设在安装孔内，且与安装孔的内侧壁抵接。
14.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，还包括密封组件，密封组件用于减小抵接件的外侧壁与容纳腔的内侧壁之间的间隙流出的流体。
15.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，密封组件包括第一密封件，抵接件的外侧壁具有第一抵接部和第二抵接部，第一抵接部和第二抵接部相邻，第一密封件位于第一抵接部和容纳腔的内侧壁之间，且第一密封件朝向箱盖的端部与箱盖的内侧面之间具有密封件。
16.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，密封组件还包括多个第二密封件，第二密封件位于第二抵接部和容纳腔的内侧壁之间。
17.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，第二抵接部上具有耐磨层。
18.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，还包括多个软质分隔件，软质分隔件与第二密封件间隔设置。
19.在一种可能的实现方式中，本发明提供的轴向力平衡装置，第一密封件为迷宫密封件，第二密封件为刷式密封件。
20.本发明提供的轴向力平衡装置，通过将支撑组件设置在平衡箱的容纳腔内，且支撑组件与插设在容纳腔内电机的输出轴连接，这样输出轴在旋转的时候可以仅驱动支撑组件相对平衡箱转动，以便于平衡箱与电机的外壳固定连接。通过支撑组件和电机的输出轴共同将容纳腔分隔为相互独立的第一腔室和第二腔室，这样可以使得第一腔室和第二腔室内部的压强大小不同，以便形成压强差。通过在第一腔室内输入高压气体，高压气体可以通过支撑组件向电机的输出轴施加朝向电机外壳的轴向力。通过该轴向力以平衡试验腔作用在输出轴上的轴向力，以使电机输出轴达到一个力平衡的状态，可以有效降低电机输出轴的轴向载荷，避免电机轴承在轴向载荷的作用下发生损坏等故障，有效的提高了电机的工作效率，提高了电极的稳定性和可靠性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为现有技术中电机和试验腔的结构示意图；
23.图2为本发明提供的轴向力平衡装置的结构示意图；
24.图3为本发明提供的轴向力平衡装置的使用状态示意图；
25.图4为本发明提供的轴向力平衡装置与电机的连接示意图；
26.图5为本发明提供的轴向力平衡装置中密封组件的结构示意图。
27.附图标记说明：
28.10-电机；20-试验腔；30-轴向力平衡装置；
29.110-输出轴；111-连接部；112-限位部；
30.120-外壳；
31.210-待测试零部件；
32.311-第一腔室；312-第二腔室；313-进气口；314-箱体；315-箱盖；316-单向阀；317-泄压口；
33.321-抵接件；322-支撑件；
34.3211-第一抵接部；3212-第二抵接部；
35.331-第一连接件；332-第二连接件；
36.341-第一密封件；342-第二密封件；343-密封件；344-软质分隔件；
37.f1-轴向力平衡装置施加在输出轴上的轴向力；
38.f2-试验腔施加在输出轴上的轴向力。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
42.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
43.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。
44.随着科技发展，可以通过制造一些基础研究装备用于模拟实际工况，以便对转动设备中的一些关键零部件进行性能研究测试。例如可以制造一些封闭的试验腔，并将待测试零部件放置在试验腔内，以便通过试验腔模拟出一些高转速、高载荷的实际工况。如图1所示，试验腔20用于模拟待测试零部件210的实际工况，将待测试零部件210放置在试验腔20的内部，试验腔20的一端与电机10连接，且通过电机10的输出轴110直接驱动试验腔20内部的待测试零部件210进行转动，这样便可以模拟出高转速的工况。另外在试验腔20背离电
机10的另一端通入高压气体，高压气体在与待测试零部件210的一侧端面接触并向待测试零部件210的一侧端面施加压力(图1中虚线箭头所指的方向)，压力汇聚到一起之后就形成作用在待测试零部件210上的轴向力，这样便可以模拟出高载荷的工况。
45.由于转动设备中关键零部件摩擦副的相对运动速度与载荷都有很大的提高，相应的用于模拟实际工况进行性能研究的基础研究装备，如高速高载摩擦磨损试验台、高速高载密封试验台通常会产生较大的轴向力，且该轴向力最终会通过待测试零部件210作用在电机10的输出轴110上，这样就使得电机10承受较大的轴向力。而且该轴向力会导致电机10的轴承寿命缩短，导致电机发生故障的风险增高，降低了电机10的稳定性和可靠性。
46.基于此，本技术提供一种轴向力平衡装置，通过将该轴向力平衡装置安装在电机10输出轴110背离试验腔20的另一端，并通过该轴向力平衡装置产生朝向电机10的输出轴110的轴向力，这样就可以与试验腔20产生的轴向力达到平衡，以使电机10的输出轴110始终处于一个力平衡的状态。以便提高电机10的轴承寿命，进而提高电机10的稳定性和可靠性。
47.实施例
48.图2为本发明提供的轴向力平衡装置的结构示意图；图3为本发明提供的轴向力平衡装置的使用状态示意图，图4为本发明提供的轴向力平衡装置与电机的连接示意图。如图2-图4所示，本技术提供一种轴向力平衡装置30，包括平衡箱(图中未标识)和支撑组件(图中未标识)；平衡箱内具有封闭的容纳腔(图中未标识)，平衡箱用于与电机10的外壳120连接，且电机10的输出轴110插设在容纳腔内，支撑组件用于套设在输出轴110上，输出轴110与支撑组件连接，以驱动支撑组件旋转；支撑组件与容纳腔的内侧壁抵接，支撑组件和输出轴110共同将容纳腔分隔为第一腔室311和第二腔室312，平衡箱上还具有进气口313，进气口313与第一腔室311连通，输出轴110的端部朝向第一腔室311，进气口313用于输入气体，以平衡施加在输出轴110上的轴向力，第二腔室312与外界连通。
49.具体实现时，平衡箱和支撑组件可以均为圆柱状结构，设置在平衡腔内部的容纳腔也可以为圆柱状，支撑组件设置在容纳腔内部，且支撑组件、容纳腔和平衡箱三者的轴线重合。平衡箱的一端可以通过螺纹连接、铆接或者焊接等方式与电机10的外壳120连接。电机10输出轴110的轴线可以与容纳腔的轴线重合，这样，电机10的输出轴110可以插设在容纳腔内部并与容纳腔内部的支撑组件连接，电机10工作时可以驱动输出轴110转动，输出轴110又可以带动支撑组件旋转。
50.支撑组件的外侧壁可以与容纳腔的内侧壁相抵接，这样当支撑组件套接在输出轴110上之后可以共同将容纳腔分隔成相互独立的第一腔室311和第二腔室312，其中，第一腔室311和第二腔室312分别位于支撑组件的相对两侧，且第二腔室312靠近电机10的外壳120。
51.进气口313可以设置在平衡箱上，进气口313可以位于平衡箱远离电机10的一端。进气口313与第一腔室311连通，这样可以通过进气口313向第一腔室311内部输送高压气体。同时在进气口313上还可以设置有单向阀316，单向阀316用于单向打开或关闭进气口313。可以在进气口313的内侧壁上设置内螺纹，单向阀316可以具有外螺纹，这样通过螺纹连接的方式以使单向阀316连接在进气口313上，可以将单向阀316与气源(图中未标示)连通，这样高压气体可以经过单向阀316持续输入至第一腔室311内部，而且单向阀316还可以
有效防止第一腔室311内部的高压气体回流。
52.高压气体在经过加压后由进气口313输入至第一腔室311内，聚集在第一腔室311内部的高压气体可以对支撑组件施加压力，且压力的作用面为支撑组件背离电机10的一侧端面，压力的作用方向为朝向电机10所在的方向(图4中虚线箭头所指方向)。压力在经过支撑组件的传递之后便汇聚在电机10的输出轴110上，以形成如图3所示沿着输出轴110的轴线方向的轴向力f1，该轴向力f1与试验腔20作用在电机10的输出轴110上的轴向力f2共线，且作用方向相反。可以使输入至第一腔室311内的高压气体的压强大小与输入至试验腔20内高压气体的压强大小相等，这样可以使电机10输出轴110相对两端产生的轴向力f1和轴向力f2的大小相等，方向相反，这样便可以使得电机10的输出轴110能够达到一个力平衡的状态。
53.第二腔室312可以通过泄压口317与外界环境连通，这样可以使第二腔室312内的压强与外界环境中的大气压强保持一致，从而确保第一腔室311内的压强大于第二腔室312内的压强，以使第一腔室311内部的高压气体可以对支撑组件施加压力。
54.本技术提供的轴向力平衡装置30，通过将支撑组件设置在平衡箱的容纳腔内，且支撑组件与插设在容纳腔内电机10的输出轴110连接，这样输出轴110在旋转的时候可以仅驱动支撑组件相对平衡箱转动，以便于平衡箱与电机10的外壳120固定连接。通过支撑组件和电机10的输出轴110共同将容纳腔分隔为相互独立的第一腔室311和第二腔室312，这样可以使得第一腔室311和第二腔室312内部的压强大小不同，以便形成压强差。通过在第一腔室311内输入高压气体，高压气体可以通过支撑组件向电机10的输出轴110施加朝向电机10外壳120的轴向力f1，并通过该轴向力f1以平衡试验腔20作用在输出轴110上的轴向力f2，以使电机10的输出轴110达到一个力平衡的状态，可以有效减小电机10的输出轴110上的轴向载荷，避免电机10的轴承在轴向载荷的作用下发生损坏等故障，有效的提高了电机10的工作效率，提高了电机10的稳定性和可靠性。
55.请继续参见图4所示，支撑组件包括抵接件321和支撑件322，支撑件322套设在抵接件321内，抵接件321的部分外侧壁与容纳腔的内侧壁抵接，输出轴110包括同轴连接的连接部111和限位部112，支撑件322和抵接件321套在连接部111上，且部分连接部111位于第一腔室311，支撑件322朝向限位部112的部分端面与限位部112抵接。
56.具体的，支撑组件可以包括抵接件321和支撑件322，抵接件321和支撑件322可以均为圆柱状结构，且抵接件321和支撑件322的轴线重合。在抵接件321上可以设置圆形凹槽(图中未标识)，圆形凹槽的轴线与抵接件321的线重合。可以将支撑件322套设在圆形凹槽内。抵接件321的外侧壁可以与容纳腔的内侧壁相抵接，这样可以使抵接件321和支撑件322共同形成支撑组件，通过抵接件321、支撑件322和输出轴110的共同作用以使第一腔室311和第二腔室312可以相互独立。
57.在一些实施例中，支撑组件可以为一体成型的构件，即可以将抵接件321和支撑件322整合成为一个部件，这样可以有效减少轴向力平衡装置的装配工序，提高了轴向力平衡装置的装配效率。可以将支撑组件与输出轴110抵接，这样可以由支撑组件和输出轴110共同将容纳腔分隔为第一腔室311和第二腔室312。
58.支撑组件可以具有相互连通的第一安装孔(图中未标识)和第二安装孔(图中未标识)，第一安装孔的内径与第二安装孔的内径相等，且第一安装孔和第二安装孔的轴线均与
电机10的输出轴110的轴线重合。第一安装孔可以位于抵接件321上，第二安装孔可以位于支撑件322上，这样可以通过第一安装孔和第二安装孔共同套接输出轴110，以使输出轴110与支撑组件连接。
59.输出轴110可以包括同轴连接的连接部111和限位部112，连接部111可以套接在第一安装孔和第二安装孔内，限位部112可以与支撑件322上与限位部112相邻的一侧端部抵接，以对支撑件322进行限位。
60.支撑件322可以为镂空结构，以减小支撑件322的重量，这样可以有限减小支撑件322在高转动速时产生的转动惯量。
61.请继续参见图4所示，本技术提供的轴向力平衡装置30还包括连接组件(图中未标识)，连接组件包括第一连接件331和多个第二连接件332，第一连接件331套设在位于第一腔室311内的连接部111上，第二连接件332连接第一连接件331和连接部111。第一连接件331为压盖，第二连接件332为螺钉或螺栓。
62.在一些实施例中，还可以通过设置连接组件将支撑组件连接在输出轴110上。连接组件可以包括第一连接件331和第二连接件332，其中第一连接件331可以套接在位于第一腔室311内部的输出轴110连接部111的端部，且第一连接件331同时与抵接件321背离支撑件322的一侧相抵接，以便对抵接件321进行限位，这样，可以通过第一连接件331和第二连接件332的共同作用将支撑组件限位固定在连接部111上。
63.第二连接件332可以用于将第一连接件331固定连接在连接部111的端部，第二连接件332的数量可以为多个。具体的，第一连接件331可以为压盖，第二连接件332可以为螺钉，相应的在连接部111的端部还设置有与第二连接件332相对应的螺纹孔(图中未标识)，这样，可以通过螺纹连接的方式以使压盖固定连接在连接部111的端部。
64.在一些实施例中，第二连接件332可以为螺栓，螺栓可以为两个圆螺母与螺杆共同旋接形成具有双圆螺母的螺栓，通过将螺栓旋接在连接部111的螺纹孔中，这样，可以通过螺栓连接的方式以使压盖固定连接在连接部111的端部。另外，双圆螺母在拧紧后，两个圆螺母之间会产生轴向力，该轴向力可以使双圆螺母的螺牙与螺杆的螺牙之间的摩擦力增大而防止双圆螺母自动松动脱落。
65.螺栓还可以为单个圆螺母和止动垫圈与螺杆共同旋接形成具有圆螺母的螺栓，在圆螺母拧紧后，止动垫圈可以有效防止圆螺母松动脱落，提高了螺栓连接的可靠性能。
66.请继续参见图4所示，平衡箱包括箱体314和箱盖315，容纳腔位于箱体314本体内，箱盖315盖设在箱体314上以封闭容纳腔，箱盖315与箱体314连接，进气口313位于箱盖315上，箱体314的底部具有安装孔(图中未标识)，输出轴110部分插设在安装孔内，且与安装孔的内侧壁抵接。
67.在一些实施例中，平衡箱可以包括箱体314和箱盖315，容纳腔位于箱体314本体内，在箱体314上还具有与容纳腔连通的敞口(图中未标识)，可以将箱盖315盖设在敞口上，以封闭容纳腔。支撑组件可以经过敞口套设在容纳腔内。
68.箱盖315可以通过螺纹连接、铆接或者卡接等方式与箱体314连接。可以在箱盖315和箱体314之间设置密封垫圈(图中未标识)，这样可以有效提高平衡箱的密封性能。
69.安装孔设置在箱体314背离箱盖315的底部，安装孔与容纳腔连通，且安装孔的轴线与容纳腔的轴线重合。这样可以便于电机10的输出轴110可以经安装孔插设在容纳腔内。
70.图5为本发明提供的轴向力平衡装置中密封组件的结构示意图，如图4和图5所示，本技术提供的轴向力平衡装置30还包括密封组件(图中未标识)，密封组件用于减小抵接件321的外侧壁与容纳腔的内侧壁之间的间隙流出的流体。密封组件包括第一密封件341，抵接件321的外侧壁具有第一抵接部3211和第二抵接部3212，第一抵接部3211和第二抵接部3212相邻，第一密封件341位于第一抵接部3211和容纳腔的内侧壁之间，且第一密封件341朝向箱盖315的端部与箱盖315的内侧面之间具有密封件343。密封组件还包括多个第二密封件342，第二密封件342位于第二抵接部3212和容纳腔的内侧壁之间。
71.在本实施例中，由于抵接件321的外侧壁与容纳腔的内侧壁之间存在间隙，且该间隙内会有流体流出，因此将密封组件设置在抵接件321的外侧壁和容纳腔的内侧壁之间，这样可以有效提高抵接件321外侧壁与容纳腔内侧壁之间的密封性能，从而减小从间隙内流出的流体，以使第一腔室311和第二腔室312之间能够相对独立。需要说明的是，流体可以为液体，也可以为气体，在本实施例中流体为高压气体。
72.密封组件可以包括第一密封件341和多个第二密封件342，第一密封件341和第二密封件342均设置在抵接件321的外侧壁和容纳腔的内侧壁之间，第一密封件341和第二密封件342可以有效提高抵接件321的外侧壁与容纳腔的内侧壁之间的密封性能。
73.第一抵接部3211和第二抵接部3212设置在抵接件321的外侧壁上，第一抵接部3211的外径大于第二抵接部3212的外径，第一密封件341设置在第一抵接部3211和容纳腔的内侧壁之间，多个第二密封件342依次设置在第二抵接部3212和容纳腔的内侧壁之间。这样可以通过第一密封件341和第二密封件342的共同配合，以进一步提高抵接件321的外侧壁和容纳腔内侧壁之间的密封性能。
74.第一密封件341朝向箱盖315的端部与箱盖315的内侧面相抵接，可以在第一密封件341和箱盖315之间可以设置密封件343，这样可以提高第一密封件341和箱盖315之间的密封性能。
75.在本实施例中，第二抵接部3212上具有耐磨层(图中未标识)。具体的，耐磨层可以为氧化镉(cr2o3)镀层或氧化铝(al2o3)镀层，对此，本技术不作具体限定。耐磨层可以有效增大第二抵接部3212的耐磨性，以便减小第二抵接部3212上的摩擦损耗。
76.请继续参见图5所示，本技术提供的轴向力平衡装置30，还包括多个软质分隔件344，软质分隔件344与第二密封件342间隔设置。
77.具体实现时，软质分隔件344可以为橡胶块，软质分隔件344间隔设置在第二密封件342之间，可以有效提高多个第二密封件342之间的密封性能。
78.请继续参见图5所示，第一密封件341为迷宫密封件，第二密封件342为刷式密封件。
79.在本实施例中，第一密封件341可以为迷宫密封件，迷宫密封件在高速条件下具有良好的密封性能，不需润滑，无摩擦，维修简单，使用寿命长，不需要采用其他密封材料。
80.第二密封件342可以为刷式密封件，刷式密封件主要适用于动密封的工况，由于刷式密封件与转动部件的接触面是由多根金属刷丝组成，同时这些刷丝与转动部件有一定的倾斜角度，具有很好的密封效果。
81.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。