专利名称：测试弹性箔片径向轴承起飞转速的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴承的性能测试技术领域，尤其涉及一种测试弹性箔片径 向轴承起飞转速的装置。
技术背景起飞转速是轴颈表面和气体轴承工作表面间形成完全气体润滑的标 志，也是动压气体轴承的重要指标之一。目前，弹性箔片轴承的性能测试 主要是进行承载能力和动特性系数的测试实验，虽然有些文献中提到轴承 参数和工作条件对轴承起飞转速有影响，但并没有给出起飞转速的测试装 置和识别方法。现有文献中有些详细描述了油膜静压径向轴承起飞转速的测试方法，如"On the lift—off speed in journal bearings"(干廿于 《Tribology Letters》V0L20, NO. 3-4， 2005. 10， P299-305)提出在轴承座 上安装悬臂杠杆机构，在不同静态载荷和供油温度下，测量轴承表面和轴 颈表面的摩擦系数，通过摩擦系数与转速的Stribeck曲线判断轴承的起飞 转速，也就是摩擦系数法。对气体轴承而言，轴承和轴颈表面间的间隙要 比油润滑轴承的间隙小得多，轴承的工作转速高达几万甚至几十万转，随 着弹性箔片气体轴承在涡轮机、燃气轮机等高速旋转机械中的应用，通过 实验确定其起飞转速显得尤为重要。 发明内容为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速的装置，可以进行弹性箔片径向轴承的起飞转速测 试，并通过摩擦力矩法和位移响应频谱法识别起飞转速。为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种测试弹性箔片径向轴 承起飞转速的装置，包括异步电机1和与之连接的变频器17，异步电机1 通过高速柔性联轴节2与轴颈7 —端连接，轴颈7由滚动轴承6支承，滚动轴承6与油气润滑器18相连通，通过油气润滑器18对滚动轴承6进行 润滑，滚动轴承6安装在滚动轴承座4上；被测试径向轴承13及其径向轴 承套12安装在轴颈7中间段，径向轴承13及其径向轴承套12两端分别用 钢索14固定在滚动轴承座4上，径向轴承套12上方与钢索10的一端相连， 通过钢索10和滑轮8组成一个滑轮杠杆机构在一端用砝码11对被测试径 向轴承13施加静载荷；在实验台基座16上靠近异步电机1端的位置安装 了一个光电转速传感器15测量轴颈7的实际工作转速。在径向轴承套12 上通过连接一个扭矩臂23，压力传感器24安装在扭矩臂23端部，通过压 力传感器24测试轴颈7表面和被测试径向轴承13的顶层箔片20表面间的 摩擦力；径向轴承套12两侧分别成90度安装有两个电涡流位移传感器9， 探头指向相对坐标方向，分别测试轴颈7和被测试径向轴承13的中心在水 平方向和垂直方向的相对径向位移，并以同一方向的两个电涡流位移传感 器9的平均值作为径向相对位移值。数据采集系统由传感器25及其放大器26和计算机28组成，传感器25测 得的信号经放大器26放大后经采集卡27采集并输入计算机28进行存储，以 便进行分析；所说的传感器25包括光电转速传感器15、压力传感器24和电 涡流位移传感器9。本发明的有益效果是通过电机驱动转子，并由加载装置改变轴承的 静态载荷，可以测定不同载荷下的箔片轴承起飞转速。
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详进一步详细说明。 图1是被测试弹性箔片径向轴承的结构示意图。图2是本发明测试弹性箔片径向轴承起飞转速装置的结构示意图。 图3是本发明测试弹性箔片径向轴承的传感器设置示意图。 图4是本发明数据采集系统的示意图。图5是摩擦力矩法识别起飞转速的例图；其中横座标表示轴颈7的转 速；纵座标表示轴颈7和顶层箔片20表面间的摩擦力。图6是位移响应频谱法识别起飞转速的例图；其中，图6 (a)是起飞 前的径向位移响应频谱图；图6 (b)是起飞后的径向位移响应频谱图；横 座标表示频率；纵座标表示位移响应幅值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理及工作原理作进一步详细说明。 参见图l，被测试径向轴承13的结构为包括试验轴承座19和轴承箔片22，轴承箔片22由五片顶层箔片20和拱形波箔21构成，五片顶层箔片 20和拱形波箔21的一端均焊接在试验轴承座19上并沿试验轴承座19内壁 面均匀分布，另一端是自由的，光滑的顶层箔片20在预紧力作用下形成圆 弧表面，提供轴承的工作表面，拱形波箔21对顶层箔片20提供弹性支承， 工作时轴颈7沿从焊接端到自由端的方向旋转。参见图2、图3、图4， 一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速的装置， 包括驱动系统、轴颈部分及其润滑系统、数据采集系统；驱动系统包括异 步电机1和与之连接的变频器17，轴颈7由高速中频异步电机1驱动，一 端通过高速柔性联轴节2与驱动电机1相连，并可通过调整变频器17的参 数来调节电机1的转速；轴颈7为对称结构，用两个参数完全相同的滚动 轴承6支承，滚动轴承6安装在滚动轴承座4中，并用弹簧3对其施加预 载荷，滚动轴承6通过滚动轴承座4上的油气通道5与一油气润滑器18相 连通，润滑油经油气润滑器18气化后通过油气通道5送入滚动轴承6对其 进行润滑，以防止滚动轴承6发生失效损坏，保证其正常工作，延长轴承 使用寿命；数据采集系统由传感器25及其放大器26和计算机28组成，传 感器25测得的数据经放大器26放大后经采集卡27采集并输入计算机28 进行存储，以便进行分析；被测试径向轴承13安装在轴颈7的中间段，处 于悬浮状态，两端分别通过销钉和弹性挡圈固定在径向轴承套12中，以防 止被测试径向轴承13与径向轴承套12发生轴向和周向的相对运动。径向 轴承套12两端分别用钢索14连接在滚动轴承座4上，以限制被测试径向 轴承13在轴向的旋转、倾斜和平移运动，并使被测试径向轴承13及其径 向轴承套12处于静止浮动状态。径向轴承套12上方与钢索10的一端相连， 通过钢索10和滑轮8组成一个滑轮杠杆机构在一端用砝码11对被测试径 向轴承13施加静载荷；在实验台基座16上靠近异步电机1端的位置安装 了一个光电转速传感器15测量轴颈7的实际工作转速。在径向轴承套12 上通过螺纹连接一个扭矩臂23，压力传感器24通过双头螺柱安装在其端部， 通过压力传感器24测试轴颈7表面和被测试径向轴承13的顶层箔片20表面间的摩擦力；径向轴承套12两侧分别成90度安装有两个电涡流位移传 感器9，探头指向相对坐标方向，分别测试轴颈7和被测试径向轴承13的 中心在水平方向和垂直方向的相对径向位移，并以同一方向的两个电涡流 位移传感器9的平均值作为径向相对位移值。本发明中所有传感器均有各自的放大器，输出的放大器信号用高速多功 能采集卡27以一定的采样频率进行数据釆集，并用计算机28进行存储以 便进行离线或在线处理。对径向轴承而言，可以通过两种方法识别其起飞 转速， 一种是摩擦力矩法，即根据压力传感器24测得的对应静载荷下的摩 擦力算得摩擦力矩，绘出轴颈7升速过程中的摩擦力矩和转速的关系曲线， 曲线的拐点对应的转速即为径向轴承的起飞转速(如图4中的A点)；另一 种是位移响应频谱法，逐段截取位移传感器9测得的位移信号并进行FFT 变换，在频域观察谱图变化以识别起飞转速，如图5所示，起飞前后谱图 由不规则形状变为规则形状，转变点对应的转速即为起飞转速。本发明的工作原理是本发明的试验装置测试径向轴承13的起飞转速 的过程是，将实验台各部分安装调试完毕后，首先调整变频器17的工作参 数以设定异步电机1的工作转速和升速时间，并开动油气润滑器18对滚动 轴承6进行润滑，打开计算机28启动数据采集系统；然后启动变频器17 使电机1带动轴颈7旋转，此时所有传感器25开始工作并通过采集卡27 对各传感器数据进行采样；当电机1的转速达到设定的工作转速时，关闭 变频器17使电机1逐渐减速直至停止工作，最后用计算机28存储所有传 感器的采样数据以便进行分析。实验结束后，可通过摩擦力矩法和位移响 应频谱法识别被测试径向轴承13的起飞转速，其一是通过压力传感器24测得的摩擦力得到轴颈7表面和被测试轴承13工作表面的摩擦力矩，并与 光电转速传感器15测得的转速信号相对应，就可得到摩擦力矩与转速的关系曲线，这就是摩擦力矩法；其二是取任一个位移传感器9测得的位移信 号进行分析，逐段截取位移信号进行FFT变换，在频域观察谱图变化以识 别起飞转速，这就是位移响应频谱法。
权利要求
1、一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速的装置，被测试径向轴承(13)及其径向轴承套(12)安装在轴颈(7)中间段，径向轴承(13)及其径向轴承套(12)两端分别用钢索(14)固定在滚动轴承座(4)上，该装置包括一异步电机(1)和与之连接的变频器(17)，其特征在于，异步电机(1)通过高速柔性联轴节(2)与轴颈(7)一端连接，轴颈(7)由滚动轴承(6)支承，滚动轴承(6)安装在滚动轴承座(4)上；在实验台基座(16)上靠近异步电机(1)端的位置安装了一个光电转速传感器(15)测量轴颈(7)的实际工作转速，在径向轴承套(12)上连接一个扭矩臂(23)，压力传感器(24)安装在扭矩臂(23)端部，通过压力传感器(24)测试轴颈(7)表面和被测试径向轴承(13)的顶层箔片(20)表面间的摩擦力，径向轴承套(12)两侧分别成90度安装有两个电涡流位移传感器(9)，探头指向相对坐标方向，分别测试轴颈(7)和被测试径向轴承(13)的中心在水平方向和垂直方向的相对径向位移，并以同一方向的两个电涡流位移传感器(9)的平均值作为径向相对位移值。
2、 根据权利要求l所述的一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速的 装置，其特征在于，所说的径向轴承套(12)上方与钢索(10)的一 端相连，通过钢索(10)和滑轮(8)组成一个滑轮杠杆机构在一端 用砝码(11)对被测试径向轴承(13)施加静载荷。
3、 根据权利要求1所述的一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速 的装置，其特征在于，所说的滚动轴承(6)与一油气润滑器(18)相连通，通过油气润滑器(18)对滚动轴承(6)进行润滑。
4、根据权利要求l所述的一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速的 装置，其特征在于，所说的传感器(25)包括光电转速传感器(15)、 压力传感器(24)和电涡流位移传感器(9)，传感器(25)测得的信 号经放大器(26)放大后经采集卡(27)采集并输入计算机(28)进 行存储。
全文摘要
一种测试弹性箔片径向轴承起飞转速的装置，包括驱动系统、轴颈部分及其润滑系统、数据采集系统；驱动系统由异步电机和变频器组成，异步电机通过高速柔性联轴节与轴颈一端连接，轴颈用两个滚动轴承支承，并通过油气润滑器对滚动轴承进行润滑，数据采集系统由传感器及其放大器和计算机组成，传感器测得的数据经采集卡采集并输入计算机进行存储，通过电机驱动转子，并由加载装置改变轴承的静态载荷，可以测定不同载荷下的箔片轴承起飞转速。
文档编号G01M13/04GK101226103SQ200810017470
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者恒 刘, 戚社苗, 杨利花, 耿海鹏, 烈 虞 申请人:西安交通大学