專利名稱：測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及軸承的性能測試技術領域，尤其涉及一種測試彈性箔片徑 向軸承起飛轉速的裝置。
技術背景起飛轉速是軸頸表面和氣體軸承工作表面間形成完全氣體潤滑的標 志，也是動壓氣體軸承的重要指標之一。目前，彈性箔片軸承的性能測試 主要是進行承載能力和動特性系數的測試實驗，雖然有些文獻中提到軸承 參數和工作條件對軸承起飛轉速有影響，但并沒有給出起飛轉速的測試裝 置和識別方法。現有文獻中有些詳細描述了油膜靜壓徑向軸承起飛轉速的測試方法，如"On the lift—off speed in journal bearings"(干廿于 《Tribology Letters》V0L20, NO. 3-4， 2005. 10， P299-305)提出在軸承座 上安裝懸臂杠桿機構，在不同靜態載荷和供油溫度下，測量軸承表面和軸 頸表面的摩擦系數，通過摩擦系數與轉速的Stribeck曲線判斷軸承的起飛 轉速，也就是摩擦系數法。對氣體軸承而言，軸承和軸頸表面間的間隙要 比油潤滑軸承的間隙小得多，軸承的工作轉速高達幾萬甚至幾十萬轉，隨 著彈性箔片氣體軸承在渦輪機、燃氣輪機等高速旋轉機械中的應用，通過 實驗確定其起飛轉速顯得尤為重要。 發明內容為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的裝置，可以進行彈性箔片徑向軸承的起飛轉速測 試，并通過摩擦力矩法和位移響應頻譜法識別起飛轉速。為了實現上述目的，本發明的技術方案是 一種測試彈性箔片徑向軸 承起飛轉速的裝置，包括異步電機1和與之連接的變頻器17，異步電機1 通過高速柔性聯軸節2與軸頸7 —端連接，軸頸7由滾動軸承6支承，滾動軸承6與油氣潤滑器18相連通，通過油氣潤滑器18對滾動軸承6進行 潤滑，滾動軸承6安裝在滾動軸承座4上；被測試徑向軸承13及其徑向軸 承套12安裝在軸頸7中間段，徑向軸承13及其徑向軸承套12兩端分別用 鋼索14固定在滾動軸承座4上，徑向軸承套12上方與鋼索10的一端相連， 通過鋼索10和滑輪8組成一個滑輪杠桿機構在一端用砝碼11對被測試徑 向軸承13施加靜載荷；在實驗臺基座16上靠近異步電機1端的位置安裝 了一個光電轉速傳感器15測量軸頸7的實際工作轉速。在徑向軸承套12 上通過連接一個扭矩臂23，壓力傳感器24安裝在扭矩臂23端部，通過壓 力傳感器24測試軸頸7表面和被測試徑向軸承13的頂層箔片20表面間的 摩擦力；徑向軸承套12兩側分別成90度安裝有兩個電渦流位移傳感器9， 探頭指向相對坐標方向，分別測試軸頸7和被測試徑向軸承13的中心在水 平方向和垂直方向的相對徑向位移，并以同一方向的兩個電渦流位移傳感 器9的平均值作為徑向相對位移值。數據采集系統由傳感器25及其放大器26和計算機28組成，傳感器25測 得的信號經放大器26放大后經采集卡27采集并輸入計算機28進行存儲，以 便進行分析；所說的傳感器25包括光電轉速傳感器15、壓力傳感器24和電 渦流位移傳感器9。本發明的有益效果是通過電機驅動轉子，并由加載裝置改變軸承的 靜態載荷，可以測定不同載荷下的箔片軸承起飛轉速。
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作詳進一步詳細說明。 圖1是被測試彈性箔片徑向軸承的結構示意圖。圖2是本發明測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速裝置的結構示意圖。 圖3是本發明測試彈性箔片徑向軸承的傳感器設置示意圖。 圖4是本發明數據采集系統的示意圖。圖5是摩擦力矩法識別起飛轉速的例圖；其中橫座標表示軸頸7的轉 速；縱座標表示軸頸7和頂層箔片20表面間的摩擦力。圖6是位移響應頻譜法識別起飛轉速的例圖；其中，圖6 (a)是起飛 前的徑向位移響應頻譜圖；圖6 (b)是起飛后的徑向位移響應頻譜圖；橫 座標表示頻率；縱座標表示位移響應幅值。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的結構原理及工作原理作進一步詳細說明。 參見圖l，被測試徑向軸承13的結構為包括試驗軸承座19和軸承箔片22，軸承箔片22由五片頂層箔片20和拱形波箔21構成，五片頂層箔片 20和拱形波箔21的一端均焊接在試驗軸承座19上并沿試驗軸承座19內壁 面均勻分布，另一端是自由的，光滑的頂層箔片20在預緊力作用下形成圓 弧表面，提供軸承的工作表面，拱形波箔21對頂層箔片20提供彈性支承， 工作時軸頸7沿從焊接端到自由端的方向旋轉。參見圖2、圖3、圖4， 一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的裝置， 包括驅動系統、軸頸部分及其潤滑系統、數據采集系統；驅動系統包括異 步電機1和與之連接的變頻器17，軸頸7由高速中頻異步電機1驅動，一 端通過高速柔性聯軸節2與驅動電機1相連，并可通過調整變頻器17的參 數來調節電機1的轉速；軸頸7為對稱結構，用兩個參數完全相同的滾動 軸承6支承，滾動軸承6安裝在滾動軸承座4中，并用彈簧3對其施加預 載荷，滾動軸承6通過滾動軸承座4上的油氣通道5與一油氣潤滑器18相 連通，潤滑油經油氣潤滑器18氣化后通過油氣通道5送入滾動軸承6對其 進行潤滑，以防止滾動軸承6發生失效損壞，保證其正常工作，延長軸承 使用壽命；數據采集系統由傳感器25及其放大器26和計算機28組成，傳 感器25測得的數據經放大器26放大后經采集卡27采集并輸入計算機28 進行存儲，以便進行分析；被測試徑向軸承13安裝在軸頸7的中間段，處 于懸浮狀態，兩端分別通過銷釘和彈性擋圈固定在徑向軸承套12中，以防 止被測試徑向軸承13與徑向軸承套12發生軸向和周向的相對運動。徑向 軸承套12兩端分別用鋼索14連接在滾動軸承座4上，以限制被測試徑向 軸承13在軸向的旋轉、傾斜和平移運動，并使被測試徑向軸承13及其徑 向軸承套12處于靜止浮動狀態。徑向軸承套12上方與鋼索10的一端相連， 通過鋼索10和滑輪8組成一個滑輪杠桿機構在一端用砝碼11對被測試徑 向軸承13施加靜載荷；在實驗臺基座16上靠近異步電機1端的位置安裝 了一個光電轉速傳感器15測量軸頸7的實際工作轉速。在徑向軸承套12 上通過螺紋連接一個扭矩臂23，壓力傳感器24通過雙頭螺柱安裝在其端部， 通過壓力傳感器24測試軸頸7表面和被測試徑向軸承13的頂層箔片20表面間的摩擦力；徑向軸承套12兩側分別成90度安裝有兩個電渦流位移傳 感器9，探頭指向相對坐標方向，分別測試軸頸7和被測試徑向軸承13的 中心在水平方向和垂直方向的相對徑向位移，并以同一方向的兩個電渦流 位移傳感器9的平均值作為徑向相對位移值。本發明中所有傳感器均有各自的放大器，輸出的放大器信號用高速多功 能采集卡27以一定的采樣頻率進行數據釆集，并用計算機28進行存儲以 便進行離線或在線處理。對徑向軸承而言，可以通過兩種方法識別其起飛 轉速， 一種是摩擦力矩法，即根據壓力傳感器24測得的對應靜載荷下的摩 擦力算得摩擦力矩，繪出軸頸7升速過程中的摩擦力矩和轉速的關系曲線， 曲線的拐點對應的轉速即為徑向軸承的起飛轉速(如圖4中的A點)；另一 種是位移響應頻譜法，逐段截取位移傳感器9測得的位移信號并進行FFT 變換，在頻域觀察譜圖變化以識別起飛轉速，如圖5所示，起飛前后譜圖 由不規則形狀變為規則形狀，轉變點對應的轉速即為起飛轉速。本發明的工作原理是本發明的試驗裝置測試徑向軸承13的起飛轉速 的過程是，將實驗臺各部分安裝調試完畢后，首先調整變頻器17的工作參 數以設定異步電機1的工作轉速和升速時間，并開動油氣潤滑器18對滾動 軸承6進行潤滑，打開計算機28啟動數據采集系統；然后啟動變頻器17 使電機1帶動軸頸7旋轉，此時所有傳感器25開始工作并通過采集卡27 對各傳感器數據進行采樣；當電機1的轉速達到設定的工作轉速時，關閉 變頻器17使電機1逐漸減速直至停止工作，最后用計算機28存儲所有傳 感器的采樣數據以便進行分析。實驗結束后，可通過摩擦力矩法和位移響 應頻譜法識別被測試徑向軸承13的起飛轉速，其一是通過壓力傳感器24測得的摩擦力得到軸頸7表面和被測試軸承13工作表面的摩擦力矩，并與 光電轉速傳感器15測得的轉速信號相對應，就可得到摩擦力矩與轉速的關系曲線，這就是摩擦力矩法；其二是取任一個位移傳感器9測得的位移信 號進行分析，逐段截取位移信號進行FFT變換，在頻域觀察譜圖變化以識 別起飛轉速，這就是位移響應頻譜法。
權利要求
1、一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的裝置，被測試徑向軸承(13)及其徑向軸承套(12)安裝在軸頸(7)中間段，徑向軸承(13)及其徑向軸承套(12)兩端分別用鋼索(14)固定在滾動軸承座(4)上，該裝置包括一異步電機(1)和與之連接的變頻器(17)，其特征在于，異步電機(1)通過高速柔性聯軸節(2)與軸頸(7)一端連接，軸頸(7)由滾動軸承(6)支承，滾動軸承(6)安裝在滾動軸承座(4)上；在實驗臺基座(16)上靠近異步電機(1)端的位置安裝了一個光電轉速傳感器(15)測量軸頸(7)的實際工作轉速，在徑向軸承套(12)上連接一個扭矩臂(23)，壓力傳感器(24)安裝在扭矩臂(23)端部，通過壓力傳感器(24)測試軸頸(7)表面和被測試徑向軸承(13)的頂層箔片(20)表面間的摩擦力，徑向軸承套(12)兩側分別成90度安裝有兩個電渦流位移傳感器(9)，探頭指向相對坐標方向，分別測試軸頸(7)和被測試徑向軸承(13)的中心在水平方向和垂直方向的相對徑向位移，并以同一方向的兩個電渦流位移傳感器(9)的平均值作為徑向相對位移值。
2、 根據權利要求l所述的一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的 裝置，其特征在于，所說的徑向軸承套(12)上方與鋼索(10)的一 端相連，通過鋼索(10)和滑輪(8)組成一個滑輪杠桿機構在一端 用砝碼(11)對被測試徑向軸承(13)施加靜載荷。
3、 根據權利要求1所述的一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速 的裝置，其特征在于，所說的滾動軸承(6)與一油氣潤滑器(18)相連通，通過油氣潤滑器(18)對滾動軸承(6)進行潤滑。
4、根據權利要求l所述的一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的 裝置，其特征在于，所說的傳感器(25)包括光電轉速傳感器(15)、 壓力傳感器(24)和電渦流位移傳感器(9)，傳感器(25)測得的信 號經放大器(26)放大后經采集卡(27)采集并輸入計算機(28)進 行存儲。
全文摘要
一種測試彈性箔片徑向軸承起飛轉速的裝置，包括驅動系統、軸頸部分及其潤滑系統、數據采集系統；驅動系統由異步電機和變頻器組成，異步電機通過高速柔性聯軸節與軸頸一端連接，軸頸用兩個滾動軸承支承，并通過油氣潤滑器對滾動軸承進行潤滑，數據采集系統由傳感器及其放大器和計算機組成，傳感器測得的數據經采集卡采集并輸入計算機進行存儲，通過電機驅動轉子，并由加載裝置改變軸承的靜態載荷，可以測定不同載荷下的箔片軸承起飛轉速。
文檔編號G01M13/04GK101226103SQ200810017470
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月1日 優先權日2008年2月1日
發明者恒 劉, 戚社苗, 楊利花, 耿海鵬, 烈 虞 申請人:西安交通大學