CN105738114A - 球形液体动压轴承浮起测量方法 - Google Patents

球形液体动压轴承浮起测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了球形液体动压轴承浮起测量方法，包括以下步骤：根据转子、外壳之间的间隙设计测浮环；根据转子、测浮环、外壳估算动压轴承未浮起时电容C、动压轴承浮起时电容C’，以及变化ΔC；根据电容C1、C2、C3、C4、C、C’的大小选择适合量程的电容测量设备；在高速旋转机械启动过程中，使用电容测量设备测量电容值，如果有从未浮起到浮起的电容突变ΔC，则动压轴承浮起正常。本发明利用测浮环完成被测电容由不可测量到可测量的转化，从而实现球形动压轴承的运行状态的监测，能够准确的检测动压轴承的浮起状态，监测效果好。

Description

球形液体动压轴承浮起测量方法
技术领域
本发明属于一种运行状态的测量方法，具体涉及球形液体动压轴承浮起测量方法。
背景技术
液体动压轴承是靠液体润滑剂动压力形成的液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。液体润滑剂是被两摩擦面的相对运动带入两摩擦面之间的。机械加工后，两摩擦表面微观是凹凸不平的。在正常运行的液体动压轴承中，最小油膜厚度处的两表面微观凸峰也是不接触的，因而两表面没有磨损。这时的摩擦完全属于油的内摩擦，摩擦系数可小至0.001。油的粘度越低，摩擦系数越小，但最小油膜厚度也越薄。因此，油的最低粘度受到最小油膜厚度的限制，当最小油膜厚度处两表面的微观凸峰接触时，油膜破裂，摩擦和磨损都增大。
综上所述，保证液体动压轴承的油膜正常是保证高速旋转机械正常运行的关键之一。这种运行状态称之为球形液体动压轴承浮起。但对于高速旋转机械而言，其动压轴承的浮起状态是不可见的，动压轴承的浮起时，球轴承和轴承窝形成一个电容，但由于球轴承的高速运行，这个电容无法直接测量。因此，如何判断轴承是否浮起是必须面对的实际问题。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供球形液体动压轴承浮起测量方法。
本发明的技术方案是：球形液体动压轴承浮起测量方法，其球形液体动压轴承包括球轴承和轴承窝，球轴承与转子形成一体，转子外设置有外壳，在转子与外壳之间设置有测浮环，其测量方法包括以下步骤：
（ⅰ）根据转子、外壳之间的间隙设计测浮环
根据转子的外径、外壳的内径设计测浮环，测浮环的高为L、内径为、外径为；轴承窝和测浮环上分别设计测点，并连接引出线，
（ⅱ）根据转子、测浮环、外壳估算动压轴承未浮起时电容C、动压轴承浮起时电容C’，以及变化ΔC
应用平行板电容器公式近似估算球形动压轴承浮起时的电容C1，由于球形动压轴承球轴承和轴承窝不是规则的球形，浮起间隙也未知，只关心两极板面积和极间距离，估算出大致量级
式中：为真空绝对介电常数；动压轴承润滑油相对介电常数；
为球轴承和轴承窝相对面积；d为球轴承和轴承窝之间距离；
应用圆柱形电容器公式，估算转子与测浮环形成的电容C2
应用圆柱形电容器公式，估算测浮环与外壳形成的电容C3
未浮起时总电容C相当于C2、C3与杂散电容C4的并联
浮起时总电容C’相当于相当于C1、C2串联之后与C3和杂散电容C4的并联
计算总电容变化量
（ⅲ）根据电容C1、C2、C3、C4、C、C’的大小选择适合量程的电容测量设备
（ⅳ）在高速旋转机械启动过程中，使用电容测量设备测量电容值，如果有从未浮起到浮起的电容突变ΔC，则动压轴承浮起正常。
步骤（ⅰ）中转子1、测浮环2、外壳3、轴承4、轴承窝5均为金属导电材质。
步骤（ⅰ）中测浮环2、外壳3之间绝缘。
步骤（ⅲ）中的电容测量设备为电桥。
本发明利用测浮环完成被测电容由不可测量到可测量的转化，从而实现球形动压轴承的运行状态的监测，能够准确的检测动压轴承的浮起状态，监测效果好。
附图说明
图1是本发明的测量结构的示意图；
图2是本发明中动压轴承未浮起时的电容等效电路图；
图3是本发明中动压轴承浮起时的电容等效电路图；
其中：
1转子2测浮环
3外壳4轴承窝
5球轴承
C1为当动压轴承浮起时球轴承与轴承窝之间形成的电容
C2为转子与测浮环之间形成的电容
C3为测浮环与外壳之间形成的电容
C4为杂散电容。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1~3所示，球形液体动压轴承浮起测量方法，其球形液体动压轴承包括球轴承5和轴承窝4，球轴承5与转子1形成一体，转子1外设置有外壳3，在转子1与外壳3之间设置有测浮环2。其测量方法包括以下步骤：
（ⅰ）根据转子、外壳之间的间隙设计测浮环
根据转子1的外径、外壳3的内径设计测浮环2，测浮环2的高为L、内径为、外径为；轴承窝5和测浮环2上分别设计电容测点，并连接引出线，
（ⅱ）应用平行板电容器公式近似估算球形动压轴承浮起时的电容C1，由于球形动压轴承球轴承4和轴承窝5不是规则的球形，浮起间隙也未知，只关心两极板面积和极间距离，计算公式为：
式中：为真空绝对介电常数；动压轴承润滑油相对介电常数；
为球轴承4和轴承窝5相对面积；d为球轴承4和轴承窝5之间距离；
应用圆柱形电容器公式，估算转子1与测浮环2形成的电容C2
应用圆柱形电容器公式，估算测浮环2与外壳3形成的电容C3
未浮起时总电容C相当于C2、C3与杂散电容C4的并联，如图2所示；
浮起时总电容C’相当于相当于C1、C2串联之后与C3和杂散电容C4的并联，如图3所示；
计算总电容变化量
（ⅲ）根据电容C1、C2、C3、C4、C、C’的大小选择适合量程的电容测量设备
（ⅳ）在高速旋转机械启动过程中，使用电容测量设备测量电容值，如果有从未浮起到浮起的电容突变ΔC，则动压轴承浮起正常。
步骤（ⅰ）中转子1、测浮环2、外壳3、轴承4、轴承窝5均为金属导电材质。
步骤（ⅰ）中测浮环2、外壳3之间绝缘。
步骤（ⅲ）中的电容测量设备为电桥。
本发明中电容测量设备为同惠TH2828高精度电桥。
实施例
测量转子1、外壳3、轴承4、轴承窝5的相关尺寸，设计测浮环2的尺寸，转子1的外径为155mm，测浮环2的内径为156mm，测浮环2的高度L为75mm，测浮环2的外径为161mm，外壳3的内径为170mm，真空绝对介电常数为，介质相对介电常数四氟为2.55，空气为1，润滑油为2.4，球轴承4和轴承窝5相对面积为4.87×10-5m2，球轴承4和轴承窝5之间距离d为m。
则
未浮起时总电容C
浮起时总电容C’
电容变化量
此结果为估算值，未考虑杂散电容。
上述电容值为nF级，选择同惠TH2828高精度电桥进行测试，测试条件为6kHz1V。
轴承窝5和测浮环2的引出线同惠TH2828高精度电桥相连，进行测量。未浮起时，测得电容为1.984nF，随着转速上升突变到0.948nF。说明球形动压轴承已经浮起。
本发明利用测浮环完成被测电容由不可测量到可测量的转化，从而实现球形动压轴承的运行状态的监测，能够准确的检测动压轴承的浮起状态，监测效果好。

Claims (4)

1.球形液体动压轴承浮起测量方法，其球形液体动压轴承包括球轴承（5）和轴承窝（4），球轴承（5）与转子（1）形成一体，转子（1）外设置有外壳（3），在转子（1）与外壳（3）之间设置有测浮环（2），其特征在于：其测量方法包括以下步骤：
（ⅰ）根据转子、外壳之间的间隙设计测浮环
根据转子（1）的外径、外壳（3）的内径设计测浮环（2），测浮环（2）的高为L、内径为、外径为，轴承窝（5）和测浮环（2）上分别设计测点，并连接引出线，
（ⅱ）应用平行板电容器公式近似估算球形动压轴承浮起时的电容C1，由于球形动压轴承球轴承（4）和轴承窝（5）不是规则的球形，浮起间隙也未知，只关心两极板面积和极间距离，计算公式为：
式中：为真空绝对介电常数；动压轴承润滑油相对介电常数；
为球轴承（4）和轴承窝（5）相对面积；d为球轴承（4）和轴承窝（5）之间距离；
应用圆柱形电容器公式，估算转子（1）与测浮环（2）形成的电容C2
应用圆柱形电容器公式，估算测浮环（2）与外壳（3）形成的电容C3
未浮起时总电容C相当于C2、C3与杂散电容C4的并联
浮起时总电容C’相当于相当于C1、C2串联之后与C3和杂散电容C4的并联
计算总电容变化量
（ⅲ）根据电容C1、C2、C3、C4、C、C’的大小选择适合量程的电容测量设备
（ⅳ）在高速旋转机械启动过程中，使用电容测量设备测量电容值，如果有从未浮起到浮起的电容突变ΔC，则动压轴承浮起正常。
2.根据权利要求1所述的球形液体动压轴承浮起测量方法，其特征在于：步骤（ⅰ）中转子（1）、测浮环（2）、外壳（3）、轴承（4）、轴承窝（5）均为金属导电材质。
3.根据权利要求1所述的球形液体动压轴承浮起测量方法，其特征在于：步骤（ⅰ）中测浮环（2）、外壳（3）之间绝缘。
4.根据权利要求1所述的球形液体动压轴承浮起测量方法，其特征在于：步骤（ⅲ）中的电容测量设备为电桥。
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