CN102032988B - 一种液体动压推力轴承动刚度的解耦测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法,本发明针对轴向静载荷由液压加载实现的液体动压推力轴承,提出在进行动态刚度测试前,先利用辅助装置进行操作简单、测量精确的静刚度测试,从静刚度中得到静压、动压油腔油膜各自对推力轴承整体刚度的影响量;然后,进行轴承系统的动刚度测试,利用静刚度测试中既得的动压油膜对推力轴承整体刚度的影响比率,折算出推力轴承的动刚度值,实现液体静压轴向加载的液体动压推力轴承动刚度的解耦测量。

Description

一种液体动压推力轴承动刚度的解耦测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及液体动压推力轴承动刚度测试方法,具体为一种采用液体静压轴向加载的液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法。
背景技术
[0002] 可靠性问题随着能源问题的重视程度提高而提高。因此限制和减少各种机械的振动显得越来越重要。由于支撑轴承的动力特性对转子的振动状态起着主要作用,研究支撑轴承的动特性显得至关重要。正确预测油膜动特性系数是研究转子——滑动轴承系统动特性的基础和关键。
[0003] 作为平衡推力、固定转子轴向位置的推力轴承,由于与径向轴承、整体动力学系统的耦合,较难将其动特性解耦,使得对推力轴承的研究主要集中在静特性上。近年来对推力轴承的热弹性流体动力润滑性能的研究方兴未艾。西安交通大学将推力轴承对转子——轴承系统横向振动的影响引入到系统动力学分析中。研究轴系振动对外界激励的响应问题, 需要进行理论计算结果和试验结果的对比验证;因此,必须对推力轴承尤其是液体动压推力轴承作动刚度测试。
[0004] 推力滑动轴承油膜动特性系数是由众多参数确定的,不能直接测量,需要作参数识别间接获得。整个测试过程包括对轴承油膜的激振、信号测量、系数识别等步骤。目前滑动轴承动态性能测试主要使用的试验方法有:①时域多工况识别方法;②脉冲激振识别法;③正弦激振法;④多频率激振动法;⑤状态滤波法。这些都可以灵活运用到推力轴承动特性的测量中。
[0005] 上述几种动态性能测试方法,无论是其装置的形状结构还是控制方法现在都有较成熟的技术,并在相关文献中有较详尽的介绍;但每种测试方法对于一定工况下的特定结构推力轴承都存在一些缺陷或不足。因此,针对特定工况具体结构的推力轴承,研究如何在既定条件下准确使用已有的动态性能测试方法,对于液体动压推力轴承精确测量其动刚度参数有着重要的现实意义。
发明内容
[0006] 本发明的目的是解决需要施加较大轴向静载荷的液体动压推力轴承动刚度测试的问题,特别是针对满足工况要求的特定轴承结构,即采用液体静压轴向加载结构的液体动压推力轴承,提供了一种可以解耦推力盘两侧静压、动压油腔油膜特性的测量方法。
[0007] 本发明的技术方案是这样实现的:
[0008] 面向对象为需要施加较大轴向静载、采用了液压轴向加载结构的液体动压推力轴承,包括以下步骤:
[0009] 1)用静压油腔替换原液体动压推力轴承的动压油腔,得到液体静压推力轴承;测量静压推力轴承在给定轴向推力F下对应的膜厚值h,得到推力轴承整体静刚度K,且K = 2kT,其中h为静压油腔油膜刚度;[0010] 2)测量液体动压推力轴承在给定轴向推力F下对应的膜厚值h',得到推力轴承整体静刚度K',且K' =k#kD,其中h为静压油腔油膜刚度、kD为动压油腔油膜刚度;
[0011] 3)对比两次静刚度测量结果K和K',得到动压推力轴承动压油腔油膜对推力轴
承整体刚度的影响量δ,且δ =、;
K
[0012] 4)对动压推力轴承进行动刚度测试,测得推力轴承的耦合动刚度利用动压油腔油膜对推力轴承整体刚度的影响量δ,由Kd = X δ解耦得到此类动压推力轴承的动刚度KD。
[0013] 静压推力轴承是使用特定静压油腔替换原动压推力轴承的动压油腔得到的,并且,此静压油腔与原动压推力轴承液体静压加载油腔结构完全相同并对称于推力盘。
[0014] 本发明所述液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法创新性地将通过部件置换得到的液体静压推力轴承引入原推力轴承的动特性测试中,在推力轴承动刚度测试前,首先对两种推力轴承(液体动压推力轴承、液体静压推力轴承)分别做静刚度测试,以得到推力盘两侧静压、动压油腔各自油膜刚度及其对总测量刚度值的影响量;然后,做液体动压推力轴承的动刚度测试,利用既得的动压腔油膜对总测量刚度的影响量,得到液体动压推力轴承的动刚度,完成解耦测量。该测量方法具有结构简单、操作方便、且制造加工成本较低等特点,可以较为精确地实现液体动压推力轴承动刚度测试,在工程上有一定的实用价值。
附图说明
[0015] 图1为本发明液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法及其控制原理示意图。
[0016] 图2为本发明液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法中,把原液体动压推力轴承做部件替换得到“测量媒介”液体静压推力轴承的示意图。
[0017] 图3为图2部件替换时原液体动压推力轴承中要被替换的动压油腔结构示意图。
[0018] 图4为图2部件替换时用于替换图3以得到“测量媒介”液体静压推力轴承的静压腔结构示意图。
[0019] 图1-图4中的附图标记:1-主轴,2-液体静压加载腔,3-推力盘,4-上轴承座, 5-可倾瓦块,6-可倾瓦支撑板,7-下轴承座,8-结构替换用静压油腔,9-径向支撑轴承, 10-电涡流位移传感器,11-测速传感器。
具体实施方式
[0020] 以下结合附图及实例对本发明作进一步的详细说明。
[0021] 本发明的设计思路如下:由于推力轴承在动刚度测试中获得的油膜动刚度是推力轴承系统对外呈现的整体刚度,对于本发明所特指的采用液体静压轴向加载的液体动压推力轴承,其动刚度测量值必然为液体静压加载油腔油膜刚度和轴承动压油腔油膜刚度的共同作用结果。因此,为了精确测量动压推力轴承的动刚度,发明人提出:通过把原液体动压推力轴承推力盘右侧可倾瓦动压油腔替换为具有左侧静压加载油腔相同腔体结构的液体静压推力轴承,并在动特性测试前分别对两种推力轴承(液体动压推力轴承、液体静压推
4力轴承)做静刚度测试,以达到静压、动压油腔油膜特性解耦测量的目的。
[0022] 参照图1所示,本发明一种液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法,包括支撑选定主轴的两个径向轴承,和位于支撑轴承中间的液体动压推力轴承。推力轴承的油腔结构中、径向轴承的轴向均安装有电涡流位移传感器,外部接信号调理电路。
[0023] 参照图2〜4所示,该测量方法的基本工作原理为:轴承油膜的静刚度测试较其动刚度测试更为简单和精确,故在进行液体动压推力轴承动刚度测试前,先对其进行静刚度测量,并设法从静刚度中解耦静压加载油腔、动压油腔油膜各自对推力轴承整体刚度的影响量。首先,将图2左图原液体动压推力轴承动压油腔结构(图3所示)用图4部件替换,得到图2右图所示“测量媒介”液体静压推力轴承;对此静压推力轴承进行静刚度测试, 得到推力轴承的整体静刚度值K,且K = 2kj。然后,在同样工况下,恢复图2左图液体动压推力轴承结构并进行静刚度测试,得到此时推力轴承的整体静刚度值K',且K' = VkDO 多次测量求平均值后,对比两种推力轴承静刚度测量结果K和K',其变化量必然是由动压油腔油膜的kD引起,由此可推导出动压油腔油膜对推力轴承整体刚度的影响比率δ,且δ =kD/K'。最后,使用正弦激振法(或时域多工况识别方法、脉冲激振识别法、多频率激振法等)进行图1所示轴承系统的动刚度测试,测得推力轴承的耦合动刚度利用Kd = K
δ,解耦测得采用液体静压轴向加载的液体动压推力轴承的动刚度值KD。
[0024] 整个液体动压推力轴承动刚度测试的解耦测量方法的控制原理如图1所示:测速传感器11可测量实际工况下主轴1的转速;两个完全相同的轴承9用以支撑主轴系统;推力盘两侧多个高精度电涡流式位移传感器10用来拾取油膜厚度的信号,通过与其连接的信号调理电路,解算出在给定工况下推力盘两侧油膜厚度值h。测量同一转速下给定的一系列轴向推力F所对应的膜厚值h,由F = K· Ah即可得到推力轴承的整体静刚度K。测得静刚度后再进行常规动态特性测试,实现此特定结构推力轴承的动刚度解耦测量。

Claims (2)

1. 一种液体动压推力轴承动刚度的解耦测量方法,面向对象为需要施加较大轴向静载、采用了液压轴向加载结构的液体动压推力轴承,其特征在于:1)用静压油腔替换原液体动压推力轴承的动压油腔,得到液体静压推力轴承;测量液体静压推力轴承在给定轴向推力F下对应的膜厚值h,得到推力轴承整体静刚度K,且K = 2kT,其中h为静压油腔油膜刚度;2)测量液体动压推力轴承在给定轴向推力F下对应的膜厚值h',得到推力轴承整体静刚度K',且K' =k#kD,其中h为静压油腔油膜刚度、kD为动压油腔油膜刚度;3)对比两次静刚度测量结果K和K',得到液体动压推力轴承动压油腔油膜对推力轴承整体刚度的影响量δ,且
Figure CN102032988BC00021
4)对液体动压推力轴承进行动刚度测试,测得推力轴承的耦合动刚度利用动压油腔油膜对推力轴承整体刚度的影响量δ,由Kd = X δ解耦得到此类液体动压推力轴承的动刚度Kd。
2.根据权利要求1所述的一种液体动压推力轴承动刚度的解耦测量方法,其特征在于:液体静压推力轴承是使用特定静压油腔替换原液体动压推力轴承的动压油腔得到的, 并且,此静压油腔与原液体动压推力轴承液体静压加载油腔结构完全相同并对称于推力ο
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