专利名称：一种浮环轴承内油膜压力检测方法
技术领域：
本发明涉及物理特征测量技术，具体为一种浮环轴承内油膜压力分布检测方法。
背景技术：
随着涡轮增压技术得到越来越广泛的应用，其高故障率也成为人们关注的焦点。统计显示，装有涡轮增压器的车辆比无涡轮增压器的车辆故障率有显著增加，且随着使用年数的增加而增加。在铁路运输中涡轮增压器故障占总机修量的20%。这些都说明，提高涡轮增压器稳定性是保证各种车辆长期安全运行中一个迫切需要解决的关键科技问题。尽管涡轮增压器故障形式有多种，但国内外的大量统计数据表明，润滑与冷却故障和转子与轴承的碰摩失稳是涡轮增压器的两种主要故障形式。在国际著名涡轮增压器制造商霍尔赛特公司的统计中，更是将浮环轴承失效列为出现最多的故障形式。这说明了对于浮环轴承性能的研究是关键中的关键。 研究表明，内油膜压力分布规律直接影响着所建立模型的可靠性。目前由于涡轮增压器工作在高温、高速和多相流体环境下，其转子和浮环都在转动之中，无法放置传感器，其信号也难以传输出来，致使浮环轴承内油膜压力分布规律目前尚无可行的检测方法，对于浮环轴承的内油膜压力分布规律缺乏试验验证认识，这一缺失也直接制约着对其贫油机理的观测和分析。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种浮环轴承内油膜压力检测方法，该检测方法可在转子和浮环都在转动过程中，真实检测浮环轴承内油膜压力的分布规律，具有方法简单，适用性好，便于推广等特点。本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种浮环轴承内油膜压力检测方法，该检测方法采用以下工艺(I)制作一个特制转子轴；并在该特制转子轴上打至少一个用于安装无线压力传感器的径向盲孔，径向盲孔的直径与深度与无线压力传感器相匹配；(2)在特制转子轴内嵌安装无线压力传感器，该无线压力传感器为基于单片机/ARM的测量数据采集处理装置；(3)将特制转子轴与浮环轴承安装于浮环轴承测量平台上；(4)利用所述无线压力传感器获得该浮环轴承内膜压力数据；(5)通过所述无线压力传感器中无线通讯单元与上位机的无线检测装置中的无线通讯单元完成对无线压力传感器获得数据的传输；或者通过所述无线压力传感器中SD卡存储单元与上位机的SD卡读写单元完成对无线压力传感器获得数据的传输；(6)通过在上位机编写的信号处理软件计算出浮环轴承内油膜压力的径向分布和轴向分布规律。与现有技术相比，本发明浮环轴承内油膜压力检测方法解决了由于涡轮增压器工作在高温、高速和多相流体环境下，其转子和浮环都在转动之中，无法放置传感器，其信号也难以传输出来，致使浮环轴承内油膜压力分布规律无法检测的难题，且具有方法简单，适用性好，便于推广等特点。
图I为本发明浮环轴承内油膜压力检测方法一种实施例的系统结构示意图。其中，图I (I)为特制转子轴上安装多个无线压力传感器的检测方法系统结构示意图；图I
(2)为特制转子轴上只安装I个无线压力传感器的检测方法系统结构示意图。图2为本发明浮环轴承内油膜压力检测方法一种实施例的无线压力传感器模块结构示意图。
图3为本发明浮环轴承内油膜压力检测方法一种实施例的上位机模块结构示意图。图4为本发明浮环轴承内油膜压力检测方法一种实施例的浮环轴承测量平台正视结构示意图。图5为本发明浮环轴承内油膜压力检测方法一种实施例的特制转子结构示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。本发明设计的浮环轴承内油膜压力检测方法(简称检测方法，参见图1-5)，该检测方法包括以下工艺方法为检测浮环轴承内油膜压力的分布规律， (I)制作一个特制转子轴首先，制作一个特制转子轴4 ;该特制转子轴4选择强度和刚度比较高的材料，并需要具有很高的加工精度和装配精度，因为其与浮环轴承I之间的配合精度直接影响到回转精度、油膜压力的形成和该浮环轴承I的静、动特性。其次，在该特制转子轴4上打至少一个用于安装无线压力传感器3的径向盲孔41，径向盲孔41的直径、深度和数量与无线压力传感器2的外形和数量相匹配。该特制转子轴4实施例中的材料采用40Cr。考虑到安装浮环轴承轴承I和联轴器8的配合方便，该特制转子轴4形状设计为阶梯轴。(2)在特制转子轴的径向至少嵌装一个无线压力传感器将无线压力传感器3放置在或内嵌于特制转子轴4的径向盲孔41 (参见图5)中，并采用螺纹联接方式固定在特制转子轴4上。本发明无线压力传感器3的使用数量依据设计要求确定。实施例的无线压力传感器3的个数可以为I个。它适用于对无线压力传感器3的对应位置处浮环轴承轴承I的径向或周向的二维检测；当采用2个以上无线压力传感器3时(参见图I (1))，无线压力传感器3可以沿轴向均布安装在特制转子轴4上。这也意味着径向盲孔41的数量和分布与无线压力传感器3—致。它适用于对无线压力传感器3的对应位置处浮环轴承I的轴向二维检测；当无线压力传感器3的数量和安装设计可以同时检测浮环轴承I的周向和轴向时，即可实现浮环轴承I内油膜压力的三维检测。当然，在采用I个无线压力传感器3进行径向二维检测时，可以设计特制转子轴4做轴向往复运动(参见图I (2))，从而完成浮环轴承I内油膜压力的三维检测。所述无线压力传感器3是一个基于单片机/ARM的测量数据采集处理装置，其具有数据采集、放大调理、A/D转换、存储和无线发送等功能，为现有技术。所述无线压力传感器3的类型可以是基于压电式或基于电容式的无线压力传感器。在本发明中，对无线压力传感器3的材料不作严格规定，实施例采用了压电薄膜材料。当采用一个无线压力传感器3时，这个无线压力传感器3安装在特制转子轴4内，用于将该浮环轴承I所受到的同一截面处油膜压力转换成电信号、并输出该电信号；当采用两个以上无线压力传感器3时，无线压力传感器3沿轴向分布在特制转子轴4内，用于将该浮环轴承所受到的不同截面处油膜压力转换成电信号、并输出该电信号。(3)将该特制转子轴与浮环轴承安装于一个浮环轴承测量平台上本发明浮环轴承测量平台用于提供测量需要的实验环境。该平台基本为现有技术，主要包括电动机7、联轴器8、轴承座2、特制转子轴4、基座6以及供油设备(图中未画出)，其中，轴承座2上设置有一个进油孔9和一个出油孔10，供油设备包括有输油泵。在所述平台中，对轴承座2的个数不作严格限制，但包括至少两个轴承座2，具体的设置个数依
据需要测量的浮环轴承的个数来决定。对于供油设备的个数，本发明也不作严格限制，供油设备的个数与需要测量的浮环轴承的个数有关。其中电动机7、联轴器8、液压缸、变频器、压力控制阀(未在图中画出)都为标准件，根据测量设计要求选取即可。实施例中的浮环轴承测量平台包括一个电动机7、一个联轴器8、两个轴承座2、一个基座6、一个特制转子轴4以及一个供油设备，电动机7的转动通过联轴器8带动特制转子轴4高速旋转，有利于研究油膜的动态压力分布和动态特性；供油设备可以持续提供油压，既可以帮助形成油膜，降低油温，又可以防止特制转子轴4在高速旋转中与无线压力传感器3中MEMS压力传感单元发生干摩擦，提高无线压力传感器3的使用寿命。(4)利用所述无线压力传感器获得该浮环轴承内膜压力数据当该浮环轴承测量平台正常工作时，无线压力传感器3中的MEMS压力传感单元受到浮环轴承I和特制转子轴4的压力之后，会有电荷产生，从MEMS压力传感单元输出的电信号，经过放大调理电路将此微弱电量加以放大，成为幅值适量的连续变化的模拟量，该模拟量经A/D转换电路转换为与其等量的数字量，输入微处理器中进行数字化分析处理，由无线通讯单元完成对此信号的无线发送，同时也可由SD卡存储单元完成对此信号的实时存储。无线发送方法可以采用基于ZIGBEE、红外、蓝牙、Wi-Fi或RF等无线射频技术。具体采用何种无线发送技术没有特别限制，对于SD卡存储技术也没有特别限制。(5)通过所述无线压力传感器3中无线通讯单元与上位机5的无线检测装置中的无线通讯单元完成对无线压力传感器3获得数据的传输；所述的上位机5为基于PC机的无线检测装置中的无线通讯单元，为现有技术；或者通过所述无线压力传感器3中SD卡存储单元与上位机5的SD卡读写单元也可完成对无线压力传感器获得数据的传输，所述的上位机为基于PC的无线检测装置中的SD卡读写单元，为现有技术；(6)通过在上位机编写的信号处理软件，计算出浮环轴承I只安装I个所述无线压力传感器3时内油膜压力的径向分布规律，解决浮环轴承I内油膜压力二维分布检测问题；上位机编写的信号处理软件还可计算出安装多个所述无线压力传感器3时，浮环轴承I中内油膜压力的径向和轴向分布规律，解决浮环轴承I内油膜压力三维分布检测问题。所述的信号处理软件为既有的产品。本发明检测方法的工作原理和过程是本发明采用将无线压力传感器3安装在特制转子轴4的径向盲孔41内，它们随特制转子轴4 一起转动，可以获得无线压力传感器3所在处连续的径向压力和轴向分布。该无线压力传感器3中由MEMS传感元件和基于单片机/ARM的测量数据采集处理装置完成，测量的实时浮环轴承内油膜压力数据存储在SD卡中，同时也可通过该装置中的无线通讯单元和上位机一基于PC机的无线检测装置中无线通讯单元完成将测量实时内油膜压力数据传递到上位机，在上位机中对获得的无线压力传感器3内油膜压力数据进行信息处理，通过在上位机中编写的信号处理软件来实现时间域信号向空间域信号的转换，从而重构浮环轴承内油膜二维或三维压力分布曲线，解决了浮环轴承I内油膜由于内外接触表面都在旋转，其上无法放置无线压力传感器3，信号难以传输出来，无法对浮环轴承I内油膜压力进行测量的难题。本发明虽述及浮环轴承内油膜压力检测方法，但其对于一般旋转机械动态特性的测量，也提供了一种无损检测方法， 本发明未述及之处适用于现有技术。
权利要求
1.一种浮环轴承内油膜压力检测方法，该检测方法采用以下工艺 (1)制作一个特制转子轴；并在该特制转子轴上打至少一个用于安装无线压力传感器的径向盲孔，径向盲孔的直径与深度与无线压力传感器相匹配； (2)在特制转子轴内嵌安装无线压力传感器，该无线压力传感器为基于单片机/ARM的测量数据采集处理装置； (3)将特制转子轴与浮环轴承安装于浮环轴承测量平台上； (4)利用所述无线压力传感器获得该浮环轴承内膜压力数据； (5)通过所述无线压力传感器中无线通讯单元与上位机的无线检测装置中的无线通讯单元完成对无线压力传感器获得数据的传输，或者通过所述无线压力传感器中SD卡存储单元与上位机的SD卡读写单元完成对无线压力传感器获得数据的传输； (6)通过在上位机编写的信号处理软件计算出浮环轴承内油膜压力的径向分布和轴向分布规律。
2.根据权利要求I所述的浮环轴承内油膜压力检测方法，其特征在于所述特制转子轴为阶梯轴。
3.—种权利要求I所述的浮环轴承内油膜压力检测方法，其特征在于该检测方法用于一般旋转机械动态特性的测量。
全文摘要
本发明公开一种浮环轴承内油膜压力检测方法，其采用以下工艺1.制作一特制转子轴；并在该轴上打至少一个用于安装无线压力传感器的径向盲孔，径向盲孔的直径与深度与无线压力传感器相匹配；2.在特制转子轴内安装无线压力传感器；3.将特制转子轴与浮环轴承安装于浮环轴承测量平台上；4.利用无线压力传感器获得该浮环轴承内油膜压力数据；5.通过无线压力传感器中无线通讯单元与上位机的无线通讯单元完成对获得数据的传输；或者通过无线压力传感器中SD卡存储单元与上位机的SD卡读写单元完成对获得数据的传输；6.通过在上位机编写的信号处理软件计算出浮环轴承内油膜压力的径向分布和轴向分布规律。
文档编号G01L9/12GK102944351SQ201210514630
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者杨伟东, 师占群, 张顺心, 张 浩, 姚莉楠 申请人:河北工业大学