一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统及方法，所述系统包括：励磁系统、驱动系统、轴承固定系统、加载系统、激励系统、信号采集系统及信号分析处理系统；所述被测轴承为磁性液体润滑浮环轴承，在所述励磁系统不开启时，所述系统用于测试磁性液体润滑浮环轴承在不开启磁场状态下的特性，以对比液体在有磁场时对轴承特性影响而采集的参考数据；在所述励磁系统开启后，测试并计算得到磁性液体润滑浮环轴承的动态特性。本发明用于测试用如磁流变液、铁流体等磁性液体润滑的浮环轴承的动态特性。
【专利说明】
一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统及方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及流体动力润滑、智能材料及测试领域，具体地，涉及一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]在现代工业社会中，转子系统得到了大量应用，往往是机械系统中提供动力的关键部件，如内燃机、电机、燃气涡轮机等。在转子系统中，除了轴而外，将轴支撑且确保其运动状态的轴承更是起到关键作用。在许多高转速场合，如涡轮增压器等，浮环轴承正在得到广泛应用。此类轴承基于流体动力润滑原理，相较于普通滑动轴承，由于其有内外两层油膜，其阻尼及热特性更好，更时候高速转子场合。在现有的轴承测试技术中，大多针对普通滑动轴承，无法较好地测试拥有两层油膜的浮环轴承的动态特性。另一方面，智能轴承技术也在同步发展，出现了采用磁流变液或铁流体等磁性液体润滑的轴承。在现今技术中，也出现了采用磁性液体润滑的浮环轴承。此类轴承能根据外加磁场的变化改变自身刚度及阻尼特性，可以实现对转子系统振动的半主动控制。但是，现在还没有针对此类轴承的测试设备及方法，使用现有轴承测试台及技术，无法得到此类轴承的特性。
[0003]如中国发明专利:轴承振动速度测量仪，申请号:201310274282.X，该发明公开了一种轴承振动速度测量仪，“它包括液体静压驱动主轴、加载装置、传感器调节装置、供油系统、测量放大器和机架，液体静压驱动主轴由电动机带动，测试轴承安置在驱动主轴上的芯轴上，加载装置有轴向加载装置和径向加载装置两部分组成，通过气动弹簧加载机构加载载荷，传感器位于测试轴承上方，安装在传感器调整装置上，可以在水平和垂直方向调整，传感器与测量放大器相连，将传感器拾取的振动信号放大，滤波，检波和示值;本发明在高转速，大载荷的测试条件下运行稳定，主轴旋转精度高且发热小，可用于深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承，圆柱滚子轴承及调心滚子轴承的振动测试。”但是该技术同样无法适用于采用磁性液体润滑的浮环轴承的测试。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种针对采用磁性液体润滑的智能浮环轴承动态特性的测试系统和方法，可以测试采用磁性流体润滑的智能浮环轴承，在不同强度磁场、转速及载荷下轴承的动态特性。
[0005]根据本发明的一个方面，提供一种采用磁性液体润滑的智能浮环轴承动态特性的测试系统，所述系统包括:励磁系统、驱动系统、轴承固定系统、加载系统、激励系统、信号采集系统及信号分析处理系统;其中:
[0006]所述励磁系统，用于产生磁场，使被测轴承处于恒稳磁场中；
[0007]所述驱动系统，用于驱动轴转动，模拟被测轴承工作条件；
[0008]所述轴承固定系统，用于固定被测轴承；
[0009]所述加载系统，用于对被测轴承施加需要载荷；
[0010]所述激振系统，用于向被测轴承提供设定频率的激振力；
[0011]所述信号采集系统，分别采集激振力大小、被测轴承加速度响应、浮环转速及浮环振动位移、轴扭矩、外油膜温度信号，并将采集到的信号输出给信号分析处理系统；
[0012]所述信号分析处理系统，接收信号采集系统输入的信号并对信号进行分析处理，计算获得被测轴承的动态特性；
[0013]所述被测轴承为磁性液体润滑浮环轴承，在所述励磁系统不开启时，所述系统用于测试液体润滑浮环轴承在不开启磁场状态下的特性，以对比液体在有磁场时对轴承特性影响而采集的参考数据;在所述励磁系统开启后，测试并计算得到液体润滑浮环轴承的动态特性。
[0014]优选地，所述磁性液体润滑浮环轴承，采用油栗循环供应磁性液体润滑;所述磁性液体润滑浮环轴承的动态特性，包含轴承刚度、轴承阻尼、轴承承载、浮环转速、轴承对轴施加的摩擦矩的轴承关键参数。
[0015]优选地，所述被测轴承的轴承壳及轴承座为青铜、铝合金的非铁磁性材料制作，允许磁场透过。
[0016]优选地，所述励磁系统包括线圈、磁极、磁轭及直流电源，直流电源输出直流励磁电流，线圈通直流励磁电流产生磁场，磁极用于强化磁场，磁轭用于强化磁场通路;其中:
[0017]所述线圈由铜质漆包线绕制；
[0018]所述磁极、磁轭均采用工业纯铁或低碳钢制作，以增强磁场强度；
[0019]所述磁极采用N-S极两两对置方式排列，用于为被测轴承提供均匀磁场。
[0020]优选地，所述驱动系统，包括:伺服驱动器、伺服电机、轴及联轴器，其中:伺服驱动器连接伺服电机，用于给定伺服电机转速;伺服电机通过联轴器与信号采集系统中的动态扭矩传感器相连;轴通过联轴器与动态扭矩传感器连接，被测轴承安装在轴中间轴颈处，通过以不同转速驱动轴模拟被测轴承的不同工况；
[0021 ] 伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机通过联轴器带动动态扭矩传感器转动，动态扭矩传感器转动通过联轴器带动轴转动，从而带动被测轴承转动。
[0022]更优选地，所述伺服电机采用交流伺服电机，较直流伺服电机，交流伺服电机能为轴提供更大的扭矩；
[0023]所述轴采用碳钢制作，以增强被测轴承中的磁场强度；
[0024]所述联轴器采用膜片联轴器，相较刚性联轴器，膜片联轴器允许所连接两轴有更大的不对中量，从而降低安装难度。
[0025]优选地，所述轴承固定系统，包括:一个轴承座、两个轴支座、六个花篮螺栓，其中:
[0026]所述轴承座用于安装被测轴承，在轴承座上设有进油孔和回油孔，进油孔和回油孔用于向被测轴承循环供应磁性液体；
[0027]所述轴支座通过两个滚动轴承支撑驱动系统中的轴，轴支座上安装激振器支架以支撑激振器；
[0028]所述花篮螺栓将轴承座连同励磁系统中线圈、磁极及磁轭与轴支座相连接，以阻止被测轴承随驱动系统中轴转动而转动。
[0029 ]优选地，所述加载系统，包括:钢丝绳、滑轮组及砝码;其中:
[0030]钢丝绳由滑轮组导向，钢丝绳的一端通过吊环螺栓连接于轴承座上、另一端连接砝码，依靠砝码重力为被测轴承提供所需加载力。
[0031]更优选地，所述钢丝绳采用多股钢丝绳，并配合滑轮组及砝码，向被测轴承施加载荷。
[0032]优选地，所述激振系统，包括:激振器、信号放大器及信号发生器;其中:
[0033]激振器为两个，两个激振器均安装于激振器支架上且呈90°分布，用于为测试系统提供激振力；
[0034]信号放大器为两个，分别放大信号发生器发出信号，从而分别为两个激振器提供放大后的激振信号；
[0035]信号发生器为双通道信号发生器，用于分别为每个激振器提供激振信号；信号发生器输出正弦波，以便于信号分析处理系统计算；
[0036]所述信号发生器产生信号，信号经信号放大器放大，放大后的信号供给激振器。
[0037]更优选地，所述激振器采用电磁式激振器，输出高激振频率，以避开轴转动频率，减小信号相互干扰。
[0038]更优选地，所述激振器因系统不同，输出力需求不同，固在可能的情况下，尽量选择输出力较大的型号，使得加速度传感器、位移传感器等采集振动信号的传感器能尽可能采集到较大的信号，提高信噪比，便于提取。
[0039]优选地，所述信号采集系统，包括:力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器、转速传感器及信号采集模块;其中:
[0040]力传感器为两个，两个力传感器分别连接激振器的顶杆和被测轴承，用于采集激振器输出的激振力并将采集到的数据信号传输给信号采集模块;且每个力传感器分别配一个信号放大器，用于放大力传感器信号，以利于信号采集模块采集数据；
[0041 ]加速度传感器为两个，两个加速度传感器分别安装于两个激振器在被测轴承上相对位置，且两个激振器与两个加速度传感器在被测轴承圆周上呈90°分布;两个加速度传感器用于采集被测轴承加速度响应并将采集到的数据信号传输给信号采集模块；
[0042]位移传感器为三个，三个位移传感器均安装在轴承座上，其中两个呈90°分布在轴承座的一端，用于测试浮环振动；另外一个安装于轴承座的另一端，用于测试浮环转速;三个位移传感器将采集到的浮环振动数据信号和浮环转速数据信号传输给信号采集模块；
[0043]温度传感器，安装于贯穿轴承座及被测轴承的轴承壳盲孔中，盲孔底部打入被测轴承的轴瓦，用于采集轴瓦温度，并将采集到的温度数据信号传输给信号采集模块；
[0044]动态扭矩传感器，安装于伺服电机与轴之间，用于测量轴转动时的动态扭矩，并将采集到的动态扭矩数据信号传输给信号采集模块；
[0045]转速传感器，安装于伺服电机与轴之间，用于测量轴转速，并将采集到的转速数据信号传输给信号采集模块；
[0046]信号采集模块，分别与力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器、转速传感器连接，用于将力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器、转速传感器采集的数据信号输入给信号分析处理系统。
[0047]更优选地，所述动态扭矩传感器与转速传感器可以整合成一整体，整合一体的动态扭矩传感器及转速传感器的一端通过联轴器与伺服电机连接、另一端通过联轴器与轴连接。
[0048]根据本发明的另一个方面，提供一种磁性液体润滑浮环轴承测试方法，所述方法包含以下步骤:
[0049]第一步、安装被测轴承，并连接力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器及转速传感器、激振器、信息采集模块，开启信号发生器，开启油栗；
[0050]第二步、调节加载系统，对被测轴承施加需要载荷；
[0051]第三步、设定激振频率，调节激振器信号放大器至需要信号强度；
[0052]第四步、进行测试系统参数辨识，S卩:在不开动伺服电机时，对被测轴承进行激振并采集加速度传感器和电涡流位移传感器数据，此数据用于确定测试系统本身刚度及阻尼特性；由于最终测试结果并不是单纯的轴承油膜刚度、阻尼特性，还包含测试系统本身的刚度、阻尼特性，故需在轴未转动时，先进行测试系统的刚度及阻尼参数辨识，最终测试结果需减去此结果才是被测轴承油膜刚度、阻尼特性；
[0053]第五步、通过伺服驱动器给定伺服电机转速，并启动伺服电机；
[0054]第六步、通过观察转速传感器数据，待轴达到需要转速后，激活信号采集模块，采集各传感器数据；
[0055]第七步、对励磁系统供应直流励磁电流，使被测轴承处于恒稳磁场中；
[0056]第八步、控制信号发生器分别先后向两个激振器发送激振信号，期间信号采集模块不间断采集各传感器数据；
[0057]第九步、改变励磁电流强度，信号采集模块采集不同磁场中被测轴承测试数据；
[0058]第十步、改变伺服电机转速，信号采集模块采集不同转速下被测轴承测试数据；
[0059]第十一步、停止伺服电机，重复第二步及第六至十步，获得不同载荷、转速及磁场强度中被测轴承的特性；
[0060]第十二步、利用信号分析处理系统对信号采集模块采集的信号进行计算处理，得到被测轴承动态特性。
[0061]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0062]1.本发明可以实现对磁性流体润滑的浮环轴承动态特性的测量；
[0063]2.本发明可以测量浮环转速及浮环振动，能精确测定浮环轴承中内外油膜各自的动态特性；
[0064]3.本发明可以测量轴动态扭矩，可以考察在外加磁场后，磁性流体润滑轴承对轴产生的摩擦矩，以了解此类轴承的运行效率。
【附图说明】
[0065]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0066]图1为本发明一优选实施例的系统图，
[0067]图中:被测轴承及励磁系统1、激振器支架2、激振器3、力传感器4、轴5、联轴器6、扭矩传感器及转速传感器7、伺服电机8、电机支架9、轴支座10、钢丝绳11、砝码12、滑轮组13、加速度传感器14、花篮螺栓15、激振器放大器16、信号发生器17、油栗18、伺服驱动器19、信号分析处理系统(PC)20、信号采集模块21、进油管22、回油管23;
[0068]图2为本发明一优选实例轴系展示图，
[0069]图中:轴5、联轴器6、扭矩传感器及转速传感器7、伺服电机8、花篮螺栓15，滚动轴承24;
[0070]图3为本发明一优选实施例的剖面图，
[0071]图中:激振器架2、激振器3、力传感器4、轴5、钢丝绳11、砝码12、滑轮组13、油栗18、进油管22、回油管23、线圈25、磁极26、磁轭27、轴承座28、轴承壳29、轴瓦30、浮环31、直流电源32;
[0072]图4为本发明一优选实施例的剖面图，展示了测量浮环振动的两个位移传感器安装方法，
[0073]图中:磁轭27、轴承座28、轴承壳29、浮环31、电涡流位移传感器33;
[0074]图5为本发明一优选实例中电涡流位移传感器对浮环的测量方式，
[0075]图中:浮环31、电涡流位移传感器33;
[0076]图6为本发明一优选实例的剖面图，展示了铂金温度传感器在轴承中的安装位置，
[0077]图中:线圈25、磁极26、磁轭27、轴承座28、轴承壳29、轴瓦30、浮环31、铂金温度传感器34;
[0078]图7为本发明一优选实例的加载系统展示图，
[0079]图中:钢丝绳11、砝码12、滑轮组13。
【具体实施方式】
[0080]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0081]本发明提供一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，所述系统包括:励磁系统、驱动系统、轴承固定系统、加载系统、激励系统、信号采集系统及信号分析处理系统;其中:
[0082]所述励磁系统，用于产生磁场，使被测轴承处于恒稳磁场中；
[0083]所述驱动系统，用于驱动轴转动，模拟被测轴承工作条件；
[0084]所述被测轴承为磁性液体润滑浮环轴承；
[0085]所述轴承固定系统，用于固定被测轴承；
[0086]所述加载系统，用于对被测轴承施加需要载荷；
[0087]所述激振系统，用于向被测轴承提供设定频率的激振力；
[0088]所述信号采集系统，分别采集激振力大小、被测轴承加速度响应、浮环转速及浮环振动位移、轴扭矩、外油膜温度信号，并将采集到的信号输出给信号分析处理系统；
[0089]所述信号分析处理系统，接收信号采集系统输入的信号并对信号进行分析处理，计算获得被测轴承的动态特性；
[0090]在所述励磁系统不开启时，所述系统用于测试液体润滑浮环轴承在不开启磁场状态下的特性，以对比液体在有磁场时对轴承特性影响而采集的参考数据;在所述励磁系统开启后，测试并计算得到液体润滑浮环轴承的动态特性。
[0091 ]以下提供本发明上述磁性液体润滑浮环轴承测试系统的较优实施例:
[0092]如图1-图7所示，图中:被测轴承及励磁系统1、激振器支架2、激振器3、力传感器4、轴5、联轴器6、扭矩传感器及转速传感器7、伺服电机8、电机支架9、轴支座10、钢丝绳11、砝码12、滑轮组13、加速度传感器14、花篮螺栓15、激振器放大器16、信号发生器17、油栗18、伺服驱动器19、信号分析处理系统(PC)20、信号采集模块21、进油管22、回油管23、轴承座28、电涡流位移传感器33、铂金温度传感器34;
[0093]轴承座28、两个轴支座10、六个花篮螺栓15组成用于固定被测轴承的轴承固定系统，其中:轴承座28用于安装被测轴承;两个轴支座10上均装有滚动轴承24(如图2所示)，两个轴支座10通过两个滚动轴承24支撑驱动系统中的轴5，轴5支撑被测轴承，被测轴承安装在轴5中间轴颈处，并在轴支座10上安装激振器支架2以支撑激振器3;六个花篮螺栓15将轴承座28连同励磁系统I连接于两端的轴支座10上，花篮螺栓15拧紧程度以防止被测轴承随轴5转动以及轴向移动为准，不必过于拧紧，以免为测试系统增加额外刚度；
[0094]轴5、联轴器6、伺服电机8、伺服驱动器19组成驱动系统，其中:伺服电机8固定在电机支架9上，伺服驱动器19连接伺服电机8用于给定伺服电机8转速，伺服电机8通过联轴器6与轴5连接，被测轴承安装在轴5中间轴颈处，通过以不同转速驱动轴5模拟被测轴承的不同工况;伺服驱动器19驱动伺服电机8转动，伺服电机8通过联轴器6带动轴5转动，从而带动被测轴承转动；
[0095]钢丝绳11、砝码12及滑轮组13组成加载系统，其中:钢丝绳11由滑轮组13导向，钢丝绳11的一端通过吊环螺栓连接于轴承座28上(被测轴承在轴承座28中)，钢丝绳11的另一端连接砝码12，依靠砝码12重量为被测轴承提供所需加载力；
[0096]激振器3、激振器放大器16及信号发生器17组成激振系统，用于输出设定频率激振力，其中:两个激振器3均安装固定在激振器支架2上且呈90°分布，两个激振器放大器16分别放大信号发生器17发出至每个激振器3的信号，信号发生器17为双通道输出，用于分别为每个激振器3提供激振信号;信号发生器17产生信号，信号经信号放大器16放大，放大后的信号供给激振器3;
[0097]力传感器4、扭矩传感器及转速传感器7、加速度传感器14、电涡流位移传感器33、铂金温度传感器34、信号采集模块21组成信号采集系统，其中:力传感器4用于采集激振器3输出的激振力大小并传输给信号采集模块21;扭矩传感器及转速传感器7分别用于采集轴5转动时的动态扭矩和轴5转速并传输给信号采集模块21;加速度传感器14用于采集被测轴承加速度响应并传输给信号采集模块21;电涡流位移传感器33用于采集浮环31振动位移及浮环31转速并传输给信号采集模块21;铂金温度传感器34用于采集轴瓦30温度(因外油膜形成于轴瓦30表面，故近似认为轴瓦30温度即外油膜温度)并传输给信号采集模块21;信号采集模块21将各传感器采集的信号数据输出给信号分析处理系统(PC)20;
[0098]信号分析处理系统(PC)20接收信号采集系统获得的数据信号并对数据信号进行分析处理，通过计算获得被测轴承的动态特性。
[0099]如图1所示，在部分实施例中，所述被测轴承为浮环轴承且采用油栗18循环供应磁性液体润滑，磁性液体由油栗18通过进油管22和回油管23向被测轴承循环栗入和回流。
[0100]所述轴承座28上设有进油孔和回油孔，进油孔和回油孔用于向被测轴承循环供应磁性液体。
[0101]作为一个优选实施方式，所述轴承座28及被测轴承的轴承壳29为青铜、铝合金的非铁磁性材料制作，允许磁场透过。
[0102]如图3所示，在部分实施例中，所述励磁系统用于为被测轴承提供磁场;励磁系统由线圈25、磁极26、磁轭27组成，并由直流电源32提供直流励磁电流，其中:线圈25通直流励磁电流产生磁场，磁极26用于强化磁场，磁轭27用于强化磁场通路;本实施例采用四线圈25及磁极26均布方式。
[0103]作为一个优选实施方式，所述线圈25由铜质漆包线绕制;所述磁极26、磁轭27用工业纯铁或低碳钢制作，以增强磁场强度。
[0104]作为一个优选实施方式，所述磁极26采用N-S两两对置方式排列并环绕在被测轴承的轴承壳29周围，以提供均匀磁场。
[0105]作为一个优选实施方式，所述被测轴承及励磁系统I安装在一起。
[0106]如图2所示，本实施例所述驱动系统中:
[0107]所述轴5采用碳钢制作，以增强被测轴承中的磁场强度。
[0108]所述联轴器6采用膜片联轴器，允许更大的轴向不对中，降低安装难度；
[0109]所述伺服电机8采用交流伺服电机，较直流伺服电机，交流伺服电机能为轴5提供更大的扭矩。
[0110]如图3所示，在部分实施例中，所述力传感器4有两个，两个力传感器4分别连接激振器3顶杆和被测轴承;且每个力传感器4分别配一个信号放大器17，用于放大力传感器4信号，以利于信号采集模块21采集数据。
[0111]作为一个优选实施方式，所述力传感器4采用应变传感器，可以较精确获得激振器3输出力;或者采用压电传感器，保证在高频率激振下的使用寿命。
[0112]如图3所示，在部分实施例中，所述加速度传感器14有两个，两个加速度传感器14分别安装于两个激振器3在被测轴承上相对位置，且两个激振器3与两个加速度传感器14在被测轴承周向上呈90°均布方式。
[0113]作为一个优选实施方式，所述加速度传感器14采用电容式加速度传感器。
[0114]如图2所示，在部分实施例中，所述扭矩传感器与转速传感器7通过联轴器6安装在轴5和伺服电机8之间，伺服电机8通过联轴器6带动扭矩传感器与转速传感器7转动，扭矩传感器与转速传感器7转动通过联轴器6带动轴5转动，从而带动被测轴承转动;所述扭矩传感器与转速传感器7用于采集伺服电机8的输出扭矩与转速。
[0115]作为一个优选实施方式，所述扭矩传感器与转速传感器7由扭矩传感器和转速传感器整合而成，安装方便，简化系统。
[0116]如图4、图5所示，所述位移传感器采用电涡流位移传感器，采用非接触方式测量浮环振动位移。
[0117]在部分实施例中，所述电涡流位移传感器33有三个，三个电涡流位移传感器33均安装在轴承座28上，具体的:
[0118]用于测量浮环31振动的所述电涡流位移传感器33如图4所示布置，两个电涡流位移传感器33呈90°分布在轴承座28的一端(浮环31的一端无齿盘靠近该端)，且与水平-垂直方向转动12°，并留出励磁系统中磁极26的安装空间；
[0119]用于测量浮环31转速的所述电涡流位移传感器33如图5所示布置，其安装在轴承座28的另一端；
[0120]通过计算单位时间内电涡流位移传感器33测得的位移脉冲数，可以折算成浮环31转速。
[0121]作为一个优选实施方式，所述电涡流位移传感器33采用非接触方式测量浮环31振动位移。
[0122]如图6所示，所述温度传感器采用铂金温度传感器。在部分实施例中，所述铂金温度传感器34探头在轴瓦30内，用于采集轴瓦30温度。
[0123]作为一个优选实施方式，所述铂金温度传感器34安装于贯穿轴承座28及轴承壳29的盲孔中，盲孔底部打入轴瓦30，装入盲孔中的铂金温度传感器34探头的端部在被测轴承的轴瓦30内，测量轴瓦30温度，而轴瓦30与浮环31之间是外油膜，故可以间接测量外油膜温度。
[0124]如图7所示，在部分实施例中，所述钢丝绳11、砝码12、滑轮组13构成的加载系统采用重力为被测轴承提供所需加载力，钢丝绳11由滑轮组13导向，钢丝绳11的一端通过吊环螺栓连接于轴承座28上、另一端连接砝码12，通过钢丝绳11及滑轮组13，将砝码12重力通过钢丝绳11传递，加载到轴承座28上。
[0125]作为一个优选实施方式，所述激振器3采用电磁式激振器，可以输出较高激振频率，以避开轴5转动频率，减小信号相互干扰。
[0126]作为一个优选实施方式，所述信号发生器17输出正弦波，以便于信号分析处理系统(PC) 20计算。
[0127]作为一个优选实施方式，所述信号采集模块采用数据采集卡。
[0128]基于上述的系统描述，一种测试磁性液体润滑浮环轴承动态特性的方法，具体包括如下步骤:
[0129]第一步、安装被测轴承，并连接各传感器(包括力传感器4、扭矩传感器及转速传感器7、加速度传感器14、电涡流位移传感器33、铂金温度传感器34)、激振器3、信息采集模块21，开启信号发生器17，开启油栗18;其中:
[0130]被测轴承及励磁系统I通过六个花篮螺栓15连接于两端轴支座10上，花篮螺栓15拧紧程度以防止被测轴承随轴5转动为准，不必过于拧紧，以免为整个测试系统增加额外刚度，影响最终数据准确性。
[0131]第二步、调节加载系统，对被测轴承施加需要载荷;具体地:
[0132]将所需重量的砝码12连接钢丝绳11，钢丝绳11由滑轮组13导向，靠砝码12重力提供被测轴承载荷。
[0133]第三步、设定激振器3的激振频率，调节信号放大器17至需要信号强度;具体地:
[0134]设定激振器3的激振频率避开轴5的转速频率，以免信号相互干扰，同时查看加速度传感器14信号强度，以加速度传感器14有清晰信号为准。
[0135]第四步、进行测试系统参数辨识，具体的:
[0136]在不开动伺服电机8时，对被测轴承进行激振并采集加速度传感器14和电涡流位移传感器33数据，此数据用于确定测试系统本身刚度及阻尼特性。由于最终测试结果并不是单纯的轴承油膜刚度、阻尼特性，还包含测试系统本身的刚度、阻尼特性，故需在轴5未转动时，先进行测试系统的刚度及阻尼参数辨识，最终测试结果需减去此结果才是被测轴承油膜刚度、阻尼特性。
[0137]第五步、通过伺服驱动器19给定伺服电机8转速，并启动伺服电机8。
[0138]第六步、通过观察转速传感器数据，待轴5达到需要转速后，激活信号采集模块21，采集各传感器数据。
[0139]第七步、接通直流电源32对励磁系统供应直流励磁电流，使被测轴承处于恒稳磁场中。
[0140]第八步、控制信号发生器17分别先后向两个激振器3发送激振信号，期间信号采集模块21不间断采集各传感器数据。
[0141]第九步、改变励磁系统的励磁电流强度，用信号采集模块21采集不同磁场中被测轴承测试数据。
[0142]第十步、改变伺服电机8转速，用信号采集模块21采集不同转速下被测轴承测试数据。
[0143]第十一步、停止伺服电机8，重复第二步及第六至十步，获得不同载荷、转速及磁场强度中被测轴承的特性。
[0144]第十二步、利用信号分析处理系统(PC)20对信号采集模块21采集、输入的信号进行计算处理，得到被测轴承特性。
[0145]本实施例中，所述被测轴承，其轴承座28、轴承壳29及轴瓦30需采用非铁磁性材料制成，使励磁系统磁场能进入被测轴承内部。
[0146]本发明所述系统和方法可以实现对磁性流体润滑的浮环轴承动态特性的测量;可以测量浮环转速及浮环振动，能精确测定浮环轴承中内外油膜各自的动态特性;可以测量轴动态扭矩，可以考察在外加磁场后，磁性流体润滑轴承对轴产生的摩擦矩，以了解此类轴承的运行效率。
[0147]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述系统包括:励磁系统、驱动系统、轴承固定系统、加载系统、激励系统、信号采集系统及信号分析处理系统;其中: 所述励磁系统，用于产生磁场，使被测轴承处于恒稳磁场中； 所述驱动系统，用于驱动轴转动，模拟被测轴承工作条件； 所述轴承固定系统，用于固定被测轴承； 所述加载系统，用于对被测轴承施加需要载荷； 所述激振系统，用于向被测轴承提供设定频率的激振力； 所述信号采集系统，分别采集激振力大小、被测轴承加速度响应、浮环转速及浮环振动位移、轴扭矩、外油膜温度信号，并将采集到的信号输出给信号分析处理系统； 所述信号分析处理系统，接收信号采集系统输入的信号并对信号进行分析处理，计算获得被测轴承的动态特性； 所述被测轴承为磁性液体润滑浮环轴承，在所述励磁系统不开启时，所述系统用于测试液体润滑浮环轴承在不开启磁场状态下的特性，以对比液体在有磁场时对轴承特性影响而采集的参考数据;在所述励磁系统开启后，测试并计算得到液体润滑浮环轴承的动态特性。2.根据权利要求1所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述磁性液体润滑浮环轴承采用油栗循环供应磁性液体润滑； 所述磁性液体润滑浮环轴承的动态特性，包含轴承刚度、轴承阻尼、轴承承载、浮环转速、轴承对轴施加的摩擦矩的轴承关键参数。3.根据权利要求1所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述励磁系统包括线圈、磁极、磁轭及直流电源，直流电源输出直流励磁电流，线圈通直流励磁电流产生磁场，磁极用于强化磁场，磁轭用于强化磁场通路;其中: 所述线圈由铜质漆包线绕制； 所述磁极、磁轭均采用工业纯铁或低碳钢制作，以增强磁场强度； 所述磁极采用N-S极两两对置方式排列，用于为被测轴承提供均匀磁场。4.根据权利要求1所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述驱动系统，包括:伺服驱动器、伺服电机、轴及联轴器，其中:伺服驱动器连接伺服电机，用于给定伺服电机转速;伺服电机通过联轴器与信号采集系统中的动态扭矩传感器相连;轴通过联轴器与动态扭矩传感器连接，被测轴承安装在轴中间轴颈处，通过以不同转速驱动轴模拟被测轴承的不同工况； 伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机通过联轴器带动动态扭矩传感器转动，动态扭矩传感器转动通过联轴器带动轴转动，从而带动被测轴承转动。5.根据权利要求1所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述轴承固定系统，包括:一个轴承座、两个轴支座、六个花篮螺栓，其中: 所述轴承座用于安装被测轴承，在轴承座上设有进油孔和回油孔，进油孔和回油孔用于向被测轴承循环供应磁性液体； 所述轴支座通过两个滚动轴承支撑驱动系统中的轴，轴支座上安装激振器支架以支撑激振器； 所述花篮螺栓将轴承座连同励磁系统中线圈、磁极及磁轭与轴支座相连接，以阻止被测轴承随驱动系统中轴转动而转动。6.根据权利要求1所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述加载系统，包括:钢丝绳、滑轮组及砝码;其中: 钢丝绳由滑轮组导向，钢丝绳的一端通过吊环螺栓连接于轴承座上、另一端连接砝码，依靠砝码重力为被测轴承提供所需加载力。7.根据权利要求1所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述激振系统，包括:激振器、信号放大器及信号发生器;其中: 激振器为两个，两个激振器均安装于激振器支架上且呈90°分布，用于为测试系统提供激振力； 信号放大器为两个，分别放大信号发生器发出信号，从而分别为两个激振器提供放大后的激振信号； 信号发生器为双通道信号发生器，用于分别为每个激振器提供激振信号；信号发生器输出正弦波，以便于信号分析处理系统计算； 所述信号发生器产生信号，信号经信号放大器放大，放大后的信号供给激振器。8.根据权利要求1-7任一项所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述信号采集系统，包括:力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器、转速传感器及信号采集模块;其中: 力传感器为两个，两个力传感器分别连接激振器的顶杆和被测轴承，用于采集激振器输出的激振力并将采集到的数据信号传输给信号采集模块;且每个力传感器分别配一个信号放大器，用于放大力传感器信号，以利于信号采集模块采集数据； 加速度传感器有两个，分别安装于两个激振器在被测轴承上相对位置，且两个激振器与两个加速度传感器在被测轴承圆周上呈90°分布;两个加速度传感器用于采集被测轴承加速度响应并将采集到的数据信号传输给信号采集模块； 位移传感器为三个，三个位移传感器均安装在轴承座上，其中两个呈90°分布在轴承座的一端，用于测试浮环振动；另外一个安装于轴承座的另一端，用于测试浮环转速;三个位移传感器将采集到的浮环振动数据信号和浮环转速数据信号传输给信号采集模块； 温度传感器，安装于贯穿轴承座及被测轴承的轴承壳盲孔中，盲孔底部打入被测轴承的轴瓦，用于采集轴瓦温度，并将采集到的温度数据信号传输给信号采集模块； 动态扭矩传感器，安装于伺服电机与轴之间，用于测量轴转动时的动态扭矩，并将采集到的动态扭矩数据信号传输给信号采集模块； 转速传感器，安装于伺服电机与轴之间，用于测量轴转速，并将采集到的转速数据信号传输给信号采集模块； 信号采集模块，分别与力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器、转速传感器连接，用于将力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器、转速传感器采集的数据信号输入给信号分析处理系统。9.根据权利要求8所述一种磁性液体润滑浮环轴承测试系统，其特征在于，所述动态扭矩传感器与转速传感器整合成一整体，整合一体的动态扭矩传感器及转速传感器的一端通过联轴器与伺服电机连接、另一端通过联轴器与轴连接。10.—种采用权利要求1?9任一项所述系统的磁性液体润滑浮环轴承测试方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤: 第一步、安装被测轴承，并连接力传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器、动态扭矩传感器及转速传感器、激振器、信息采集模块，开启信号发生器，开启油栗； 第二步、调节加载系统，对被测轴承施加需要载荷； 第三步、设定激振频率，调节激振器信号放大器至需要信号强度； 第四步、进行测试系统参数辨识，即:在不开动伺服电机时，对被测轴承进行激振并采集加速度传感器和电涡流位移传感器数据，此数据用于确定整个测试系统本身刚度及阻尼特性；由于最终测试结果并不是单纯的轴承油膜刚度、阻尼特性，还包含测试系统本身的刚度、阻尼特性，故需在轴未转动时，先进行测试系统的刚度及阻尼参数辨识，最终测试结果需减去此结果才是被测轴承油膜刚度、阻尼特性； 第五步、通过伺服驱动器给定伺服电机转速，并启动伺服电机； 第六步、通过观察转速传感器数据，待轴达到需要转速后，激活信号采集模块，采集各传感器数据； 第七步、对励磁系统供应直流励磁电流，使被测轴承处于恒稳磁场中； 第八步、控制信号发生器分别先后向两个激振器发送激振信号，期间信号采集模块不间断采集各传感器数据； 第九步、改变励磁电流强度，信号采集模块采集不同磁场中被测轴承测试数据； 第十步、改变伺服电机转速，信号采集模块采集不同转速下被测轴承测试数据； 第十一步、停止伺服电机，重复第二步及第六至十步，获得不同载荷、转速及磁场强度中被测轴承的特性； 第十二步、利用信号分析处理系统对信号采集模块采集的信号进行计算处理，得到被测轴承动态特性。
【文档编号】G01M13/04GK105954032SQ201610349487
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王小虎, 李鸿光, 孟光
【申请人】上海交通大学