CN102636349B - 滑动轴承测试系统的动态标定装置及动态标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑动轴承测试系统的动态标定装置及动态标定方法，其主要特点是：在滑动轴承试验台上，通过调节使试验轴承保持与轴的物理分离，以该轴承作为标定的质量块对测试系统进行动态标定，在相关算法的基础上获得测试系统的频率响应函数，为后续测试数据处理提供支持。该方法可以使标定工况与实验工况保持高度的一致性，有利于提高滑动轴承测试结果的准确性与精度。

Description

滑动轴承测试系统的动态标定装置及动态标定方法

技术领域

本发明属于轴承试验装置与方法，具体涉及一种滑动轴承动特性测量中测试系统的动态标定装置及动态标定方法。

背景技术

旋转机械振动和稳定性主要是由滑动轴承动特性参数决定，其设计不当可能引发系统的多种故障甚至完全失效，准确确定滑动轴承的动特性参数是精确预测轴承转子系统的动力学性能的基础。滑动轴承测试系统的动特性参数的测定，通常是采用试验的方法实现。合理的测试系统动态特性参数是保证测量结果精确可靠的前提。在滑动轴承试验中由于测试系统的频率响应函数会直接影响测试结果的准确性，故一般需要对滑动轴承测试系统进行动态标定。

传统的滑动轴承测试系统动态标定一般是采用如下方法实现，即给定一附加质量块，在一端通过力传感器及激振器给予一定的激振，在另一端通过位移传感器获取响应信号，通过数据处理算法得到特定工况下测试系统频率响应函数，以此作为后续数据处理的前提。这种方法的不利之处主要在于标定工况与试验工况的一致性很难保证，且操作困难，难于保证滑动轴承测试结果的准确性与精度。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效可靠、简便易行的滑动轴承测试系统的动态标定装置及动态标定方法，利用试验轴承代替附加质量块进行测试系统的动态标定，在相关算法的基础上获得特定工况下测试系统的频率响应函数，为后续测试系统数据处理提供支持，以提高滑动轴承测试结果的准确性与精度。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种滑动轴承测试系统的动态标定装置，其特征在于，包括浮动设置的试验轴承，与该试验轴承配合的轴及与试验轴承相连接的两个力传感器，沿轴承水平、垂直方向分别布置的四个测量试验轴承相对、绝对位移的位移传感器；所述轴前后两端分别由一个滚动轴承支撑，所述四个位移传感器、两个力传感器都通过信号线连接至数据采集处理系统；所述两个力传感器一端连接至试验轴承，另一端连接至激振器座，该激振器座通过功率放大器连接激振器。

上述方案中，所述试验轴承浮动设置是指试验轴承下方设置有对试验轴承动态加载的波纹管，以及沿试验轴承圆周方向均布设置的四条铁链，通过铁链的张紧力及波纹管的施压综合作用而将试验轴承悬浮于轴上。

一种用前述滑动轴承测试系统的动态标定装置实现滑动轴承测试系统的动态标定的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)在滑动轴承试验台上，将试验轴承居中悬空；

(2)激振器通过功率放大器将不同频率的激振信号传递至试验轴承，实现对试验轴承的激振；

(3)以该试验轴承作为标定的质量块对测试系统进行动态标定：数据采集处理系统采集测试系统中试验轴承所受到的力信号、试验轴承的位移信号，并进行数据处理；

(4)在相关算法的基础上获得特定工况下测试系统的频率响应函数，为后续测试系统数据处理提供支持。

上述方法中，所述将试验轴承的居中悬空的具体做法如下：即在铁链的张紧力作用下，由空气压力机给波纹管加压使试验轴承缓慢浮起，参考沿试验轴承水平、垂直方向配置的四个位移传感器的实时信号，通过调整波纹管压力调整试验轴承位置，使试验轴承与轴物理分离并与轴保持同心。

所述相关算法为：

测试系统频率响应函数为：

$H=H_2*\frac{1}{H_3}=\frac{X}{F}/H_1$

其中：H₁为试验轴承质量块系统频率响应函数，H₂为位移传感器系统频率响应函数，H₃为力传感器系统频率响应函数，X代表位移信号，F代表力信号。

本发明与现有技术相比，具有以下优点与突出性效果：通过调节使试验轴承保持与轴的物理分离，以该轴承作为标定的质量块对测试系统进行动态标定，在相关算法的基础上可以获得特定工况下测试系统的频率响应函数，为后续测试系统数据处理提供支持。该装置高效可靠，简便可行，成本低廉，易于推广，可以保持标定工况与实验工况的高度一致性，有利于提高滑动轴承测试结果的准确性与精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明装置的结构原理图。

图中：1-激振器；2-功率放大器；3-激振器座；4、5-激振杆；6-力传感器；7-数据采集处理系统；8-水平方向测量试验轴承绝对位移用的位移传感器；9-水平方向测量试验轴承相对位移用的位移传感器；10-波纹管；11-试验轴承；12-轴；13-垂直方向测量试验轴承相对位移用的位移传感器；14-垂直方向测量试验轴承绝对位移用的位移传感器。

图2为本发明测试系统频率响应函数H的结构图。

图3为本发明动态标定系统结果图。其中图3a为北边激振器幅频曲线；图3b为北边激振器相频曲线，3c为南边激振器幅频曲线；图3d为南边激振器相频曲线。

图中：相对y力北-北边激振器作用下垂直方向相对位移；绝对y力北-北边激振器作用下垂直方向绝对位移；相对x力北-北边激振器作用下水平方向相对位移；绝对x力北-北边激振器作用下水平方向绝对位移；相对y力南-南边激振器作用下垂直方向相对位移；绝对y力南-南边激振器作用下垂直方向绝对位移；相对x力南-南边激振器作用下水平方向相对位移；绝对x力南-南边激振器作用下水平方向绝对位移。

具体实施方式

参照图1，一种滑动轴承测试系统的动态标定装置，包括在波纹管10上安置的试验轴承11，与试验轴承11配合的轴12及与试验轴承11相连接的两个力传感器6，沿轴承水平、垂直方向分别布置的四个测量试验轴承相对、绝对位移的位移传感器8、9、13、14；波纹管10用于实现对试验轴承11的动态加载；所述四个位移传感器8、9、13、14通过信号线连接至数据采集处理系统7，将采集的信号传递给数据采集处理系统7；力传感器6一端通过激振杆5连接至试验轴承，另一端通过激振杆4连接至激振器座3，并通过信号线连接至数据采集处理系统7；激振器座3连接有激振器1及与之配套的功率放大器2，通过激振器1及与之配套的功率放大器2将激振信号传递至试验轴承11，实现对试验轴承11的激振；数据采集处理系统7采集测试系统中的力、位移信号并进行数据处理。

试验轴承11两端连接有四条沿圆周方向均布的铁链，通过铁链的张紧力及波纹管10的施压综合作用而悬浮于轴12上；试验轴承11的居中悬空通过如下方法实现，即在铁链的张紧力作用下，由空气压力机给波纹管10加压使试验轴承11缓慢浮起，参考沿试验轴承11水平、垂直方向配置的四个高精度位移传感器8、9、13、14的实时信号，通过精确调整波纹管10压力以调整试验轴承11位置，使试验轴承11与轴12分离并与轴12保持同心。轴12前后两端分别由一个高精度滚动轴承支撑。位移传感器8、14分别由磁性表座固定于试验台上，贴近试验轴承11表面沿垂直、水平方向布置；位移传感器9、13分别由磁性表座固定于轴承套上，贴近试验轴承11表面沿垂直、水平方向布置。

本发明所述的滑动轴承测试系统的动态标定方法，包括：

(1)在图1所示的装置上，通过适当加压将试验轴承11托起并保持与轴12的物理分离，在铁链的张紧力作用下，由空气压力机给波纹管10加压使试验轴承缓慢浮起；

(2)根据数据采集处理系统7参考沿试验轴承水平、垂直方向配置的四个高精度位移传感器的实时测量数据，精确调整波纹管10压力以调整试验轴承位置，使试验轴承与轴分离并与轴保持同心；

(3)激振器1通过与之配套的功率放大器2将不同频率的激振信号传递至试验轴承11，实现对试验轴承11的激振；

(4)以该试验轴承11作为标定的质量块对测试系统进行动态标定，数据采集处理系统7采集测试系统中该试验轴承11的位移信号、所受到的力信号，并进行数据处理，得到测试系统的动态标定数据处理结果数值，并将其绘制成图表，以方便对比分析；

(5)数据采集处理系统7在相关算法的基础上获得特定工况下测试系统的频率响应函数，为后续测试系统数据处理提供支持。

参照图2，本发明将系统频率响应函数分为试验轴承11质量块系统频率响应函数H₁，位移传感器8、9、13、14系统频率响应函数H₂及力传感器6系统频率响应函数H₃。

试验轴承11质量块被视为无刚度阻尼系统，故其动力学方程为：

$F=m*\stackrel{\·\·}{X}$

对上述方程进行傅立叶变换得：

F(jω)＝-jω²m*X(jω)

则频率响应函数为：

$H_1=\frac{X\left(\mathrm{j\ω}\right)}{F\left(\mathrm{j\ω}\right)}=\frac{1}{-j{\mathrm{\ω}}^{2}m}$

由图2可得：

$\frac{X}{F}=H_1*H_2*\frac{1}{H_3}$

则测试系统频率响应函数为：

$H=H_2*\frac{1}{H_3}=\frac{X}{F}/H_1$

故测试系统幅频特性为：

$\left|H\right|=|\frac{X}{F}/H_1|=\left|\frac{X}{F}\right|/\left|\frac{1}{-j{\mathrm{\ω}}^{2}m}\right|$

相频特性为：

图中：F-试验轴承11所受到的力；m-试验轴承11质量；|H|-系统频率响应函数的幅值；

-系统频率响应函数的相角；

-测试系统位移信号相角；

-测试系统力信号相角；ω-角频率；j-虚单位。

本发明的一个优选实施例如下：

(1)将采样频率设为1024Hz，采样时间长度设为3秒。

(2)对原始力信号及位移信号数据进行精细傅里叶变换，得到各频率点处各信号精确的幅值的相位值。

(3)依据上述动态标定原理与方法，激振频率分别取为11、17、33Hz，对(2)中得到的数据进行处理，得到的动态标定数据处理结果绘制图表如图3所示。从图3可以看出，本实施例所得到的幅频/相频曲线与理论的幅频/相频曲线几乎相近，可以使标定工况与实验工况保持高度的一致性。

本发明方法有利于提高滑动轴承测试结果的准确性与精度。该装置高效可靠，简便可行，成本低廉，易于推广，可以保持标定工况与实验工况的高度一致性，有利于提高滑动轴承测试结果的准确性与精度。

Claims (2)

1.一种滑动轴承测试系统的动态标定的方法，采用下述动态标定装置实现：包括试验轴承，与该试验轴承配合的轴及与试验轴承相连接的两个力传感器，沿轴承水平、垂直方向分别布置的四个测量试验轴承相对、绝对位移的位移传感器；所述轴前后两端分别由一个滚动轴承支撑，所述四个位移传感器、两个力传感器都通过信号线连接至数据采集处理系统；所述两个力传感器一端连接至试验轴承，另一端连接至激振器座，该激振器座通过功率放大器连接激振器；所述试验轴承浮动设置，即在试验轴承下方设置有对试验轴承动态加载的波纹管，以及沿试验轴承圆周方向均布设置的四条铁链，通过铁链的张紧力及波纹管的施压综合作用而将试验轴承悬浮于轴上；其特征在于，包括下述步骤：

（1）在滑动轴承试验台上，将试验轴承居中悬空，具体做法如下：即在铁链的张紧力作用下，由空气压力机给波纹管加压使试验轴承缓慢浮起，参考沿试验轴承水平、垂直方向配置的四个位移传感器的实时信号，通过调整波纹管压力调整试验轴承位置，使试验轴承与轴物理分离并与轴保持同心；

（2）激振器通过功率放大器将不同频率的激振信号传递至试验轴承，实现对试验轴承的激振；

（3）以该试验轴承作为标定的质量块对测试系统进行动态标定：数据采集处理系统采集测试系统中试验轴承所受到的力信号、试验轴承的位移信号，并进行数据处理；

（4）在相关算法的基础上获得特定工况下测试系统的频率响应函数，为后续测试系统数据处理提供支持。

2.如权利要求1所述的滑动轴承测试系统的动态标定的方法，其特征在于，所述的相关算法为：

测试系统频率响应函数为：

$H=H_2*\frac{1}{H_3}=\frac{X}{F}/H_1$

其中：H₁为试验轴承质量块系统频率响应函数，H₂为位移传感器系统频率响应函数，H₃为力传感器系统频率响应函数，X代表位移信号，F代表力信号。

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