CN105954035B - 一种微型气体轴承试验机及试验方法 - Google Patents

一种微型气体轴承试验机及试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105954035B
CN105954035B CN201610526871.6A CN201610526871A CN105954035B CN 105954035 B CN105954035 B CN 105954035B CN 201610526871 A CN201610526871 A CN 201610526871A CN 105954035 B CN105954035 B CN 105954035B
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
displacement sensor
laser displacement
miniature
bearing rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610526871.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105954035A (zh
Inventor
贾晨辉
张海江
孟肖
马文锁
邱明
庞焕杰
王振清
高靖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University of Science and Technology
Original Assignee
Henan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University of Science and Technology filed Critical Henan University of Science and Technology
Priority to CN201610526871.6A priority Critical patent/CN105954035B/zh
Publication of CN105954035A publication Critical patent/CN105954035A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105954035B publication Critical patent/CN105954035B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/04—Bearings
    • G01M13/045—Acoustic or vibration analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于微型气体轴承试验装备及测试技术领域，公开了一种微型气体轴承试验机及试验方法，试验机包括：机架、横向轴承座、微型测试轴承转子、空气压缩系统、电磁驱动系统、激振系统和信号检测系统；横向轴承座设置在机架上，横向轴承座上设有气道和供气嘴，气道与供气嘴连通，供气嘴与空气压缩系统连接，微型测试轴承转子设置在横向轴承座上，电磁驱动系统设置在微型测试轴承转子的一端，驱动微型测试轴承转子转动；这种试验机及试验方法，可得到微型测试轴承转子在不同工作状态下静、动态特性曲线和图表，根据微型气体轴承在不同工作状态下静、动态特性曲线和图表，分析研究微型测试轴承转子的稳定性影响因素。

Description

一种微型气体轴承试验机及试验方法
技术领域
本发明涉及微型动静压气体轴承试验装备及测试技术领域，特别涉及一种微型气体轴承试验机及试验方法。
背景技术
近年来随着航空航天、国防装备、高端医疗及空间探测等高端装备的快速发展，高速旋转机械已经成为这些高端装备重要组成部分。作为高端装备不可或缺的重要组成部分，气体轴承具有工作运行时转速高、精度高、摩擦小、无噪声、振动轻微、不产生摩擦热、效率高、寿命长、清洁环保、不受恶劣环境影响等传统轴承不可替代的优点为其提供了解决方案。由于气体轴承的工作机理，当气体轴承超过其稳定工作的临界转速进入高速、超高速区域工作时，其气膜产生振动，气体轴承失稳，限制了高速旋转机械的发展。因此，近几十年来国内外专家进行了一系列研究探索，在气体轴承稳定性理论研究方面取得了丰硕的成果，但是关于这方面的试验却不多。为了测试气体轴承的稳定性，很多专家学者设计出了一系列的气体轴承试验机。分析现有的气体轴承试验机，尤其是对高速微型气体轴承进行测试的试验机，其功能、精度存在较大问题。部分试验机在测量高速微型气体轴承稳定性时，采用高压气体驱动涡轮带动转子旋转，这种试验机受涡轮的影响，振动波峰很大，一般用于测量大气膜间隙的气体轴承，无法测量高速微型气体轴承的稳定性；电主轴驱动一般用于测试轴承反置安装的气体轴承试验台中，主要测量气体轴承的动态特性系数，通常采用砝码和接触式激振器对转子进行激振，通过非接触式位移传感器对测试轴承座的测量、计算，实现对测试轴承动特性系数的计算，但不能对其稳定性进行分析；静态测量试验台将转子重量作为一个静载荷，测量转子的转速和偏心量，计算气体轴承的静态特性，研究气体轴承的静态稳定性，气体轴承高速运行时离心力大，无法加载求解其动态特性，不能进行高速微型气体轴承动态特性和稳定性的研究。因此，目前对高速微型气动轴承静、动态特性和稳定性测量研究还缺乏有效的试验手段。
发明内容
本发明提供一种微型气体轴承试验机及试验方法，可得到微型测试轴承转子在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图，振幅-转速分叉图静、动态特性曲线和图表，根据计算机输出微型测试轴承转子在不同工作状态下转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图，振幅-转速分叉图等静、动态特性曲线和图表，分析研究微型测试轴承转子的稳定性影响因素。
本发明提供了一种微型气体轴承试验机，包括：机架、横向轴承座、微型测试轴承转子、空气压缩系统、电磁驱动系统、激振系统和信号检测系统；横向轴承座设置在机架上，横向轴承座上设有气道和供气嘴，气道与供气嘴连通，供气嘴与空气压缩系统连接，微型测试轴承转子设置在横向轴承座上，电磁驱动系统设置在微型测试轴承转子的一端，驱动微型测试轴承转子转动；所述激振系统包括：X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器，X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器对微型测试轴承转子在X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向进行扰动；所述信号检测系统包括：X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器、Z轴激光位移传感器、非接触式数字转速表、模数转化系统、信号接收器和计算机，X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器分别设置在微型测试轴承转子周围的X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向上，X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器、Z轴激光位移传感器分别与模数转化系统连接，模数转化系统和非接触式数字转速表分别与信号接收器连接，信号接收器和计算机连接，计算机上安装有信号采集分析系统和MATLAB软件，X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器采集微型测试轴承转子X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向上的模拟位移信号，模数转换系统将采集到的模拟位移信号转化为数字位移信号，信号接收器接收数字位移信号和非接触式数字转速表采集的数字速度信号，数字位移信号和数字速度信号经过计算机上的信号采集分析系统处理与MATLAB中所建立的模型方程的计算，得到静、动态下微型测试轴承转子的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图。
进一步地，所述空气压缩系统包括：螺杆式空气压缩机、高温冷冻式干燥机、分离过滤器、主管路过滤器、除油过滤器、压力控制阀及气体管路，螺杆式空气压缩机、高温冷冻式干燥机、分离过滤器、主管路过滤器、除油过滤器依次通过气体管路连接，压力控制阀设置在除油过滤器与供气嘴之间的气体管路上，压力控制阀通过气体管路与供气嘴连接。
进一步地，所述电磁驱动系统包括：微型空心杯转子线圈、微型定子线圈、定子换向电路和对中定子外壳；微型空心杯转子线圈安装在微型测试轴承转子的一端，与微型测试轴承转子作为一个整体转动；微型定子线圈通过过盈配合安装在对中定子外壳的内部，定子换向电路固定在对中定子外壳的端面，微型定子线圈、定子换向电路和对中定子外壳作为一个组件，进行配和对中，对中定子外壳和横向轴承座固定连接，通过微型定子线圈产生的旋转磁场，驱动微型空心杯转子线圈带动微型测试轴承转子转动。
进一步地，所述激振系统还包括：信号发生器、数模转化系统和功率放大器，信号发生器、数模转化系统、功率放大器依次连接，X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器分别与功率放大器连接，信号发生器输出各种函数的数字信号，数模转化系统将数字信号转换为模拟信号，模拟信号经过功率放大器放大，放大后的模拟信号直接输入X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器，产生激振力，在X轴轴向、Y轴轴向、Z轴轴向对微型测试轴承转子进行扰动。
进一步地，还包括：非接触式电磁激振器可调支架和激光位移传感器可调支架，X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器分别通过第一丝杠螺母副设置在非接触式电磁激振器可调支架上，所述X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器分别通过第二丝杠螺母副设置在激光位移传感器可调支架上。
进一步地，所述机架、非接触式电磁激振器可调支架和激光位移传感器可调支架均安装在高精度气浮光学平台上。
进一步地，所述X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器的加载表面与微型测试轴承转子之间的间隙均为0.5-1mm。
进一步地，所述X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器的量程均为500μm、采样频率均为100KHZ，调整所述X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器，使其相对微型测试轴承转子之间的初始测量距离均为150-250μm。
进一步地，所述横向轴承座包括外圈和内圈，微型测试轴承转子设置在内圈上，外圈上设有两个支撑轴承，两个支撑轴承相对套接在微型测试轴承转子的两端，两个支撑轴承的外端设有轴承端盖。
一种微型气体轴承试验机的试验方法，包括以下步骤：
步骤一：启动空气压缩系统；
步骤二：调节空气压缩系统的供气压力，使微型测试轴承转子处于悬浮状态；
步骤三：测算出微型测试轴承转子在Y轴方向上的初始位移量，记为y0；
步骤四：开启X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器、Z轴激光位移传感器、非接触式数字转速表和信号检测系统，将Y轴激光位移传感器赋予初始值为y0，将X轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器均赋予初始值为0，并开始采集数据，X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器、Z轴激光位移传感器采集微型测试轴承转子轴心的实时位移，非接触式数字转速表采集微型测试轴承转子轴心的实时转速；
步骤五：启动电磁驱动系统，通过改变微型测试轴承转子的转速、空气压缩系统的供气压力和微型测试轴承转子的载荷中的一种或任何几种的组合来改变微型测试轴承转子的工作状态，计算机通过信号采集分析系统将采集到的微型测试轴承转子轴心的实时位移和实时转速进行处理，通过MATLAB中所建立的模型方程进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的静态特性曲线和图表；
步骤六：启动X轴非接触式电磁激振器、Y轴非接触式电磁激振器和Z轴非接触式电磁激振器，在X、Y、Z轴方向上对微型测试轴承转子进行不同形式的激振加载；
步骤七：同时改变微型测试轴承转子的转速、空气压缩系统的供气压力和试轴承转子的载荷中的一种或任何几种的组合来改变测试轴承转子的工作状态，计算机通过信号采集分析系统对X轴激光位移传感器、Y轴激光位移传感器和Z轴激光位移传感器采集到的微型测试轴承转子轴心的实时位移和非接触式数字转速表采集到的微型测试轴承转子轴心的实时转速进行处理，通过MATLAB中所建立的模型方程进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的动态特性曲线和图表。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用的微型电磁驱动系统可以使微型测试轴承转子转速达到10-20万r/min，采用非接触式电磁激振器对微型测试轴承转子进行水平方向、垂直方向和轴向可控动态加载，利用激光位移传感器测量微型测试轴承转子轴心的水平方向、垂直方向和轴向实时位移变化量，非接触式数字转速表测量转子速度，将采集的实时位移数据和实时速度数据经过计算机上的信号采集分析系统进行处理并代入MATLAB中建立模型方程中进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图，振幅-转速分叉图等静、动态特性曲线和图表，根据计算机输出微型测试轴承转子在不同工作状态下转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图，振幅-转速分叉图等静、动态特性曲线和图表，分析研究微型测试轴承转子的稳定性影响因素。
附图说明
图1为本发明提供的一种微型气体轴承试验机的原理示意图。
图2为本发明提供的一种微型气体轴承试验机的结构示意图。
图3为本发明提供的一种微型气体轴承试验机电磁驱动系统的结构示意图。
图4为本发明提供的一种一种微型气体轴承试验机的试验方法的流程图。
附图标记说明：
1-机架，2-横向轴承座，3-供气嘴，4-空气压缩系统，4-1-螺杆式空气压缩机，4-2-高温冷冻式干燥机，4-3-分离过滤器，4-4-主管路过滤器，4-5-除油过滤器，4-6-压力控制阀，5-非接触式数字转速表，6-轴承端盖，7-X轴非接触式电磁激振器，8-微型测试轴承转子，9-Z轴非接触式电磁激振器，10-电磁驱动系统，10-1-微型空心杯转子线圈，10-2-微型定子线圈，10-3-定子换向电路，10-4-对中定子外壳，11-支撑轴承，12-Y轴非接触式电磁激振器，13-X轴激光位移传感器，14-Y轴激光位移传感器，15-Z轴激光位移传感器，16-信号接收器，17-计算机。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种微型气体轴承试验机及试验方法，包括：机架1、横向轴承座2、微型测试轴承转子8、空气压缩系统4、电磁驱动系统10、激振系统和信号检测系统；横向轴承座2设置在机架1上，横向轴承座2上设有气道和供气嘴3，气道与供气嘴3连通，供气嘴3与空气压缩系统4连接，微型测试轴承转子8设置在横向轴承座2上，电磁驱动系统10设置在微型测试轴承转子8的一端，驱动微型测试轴承转子8转动；所述激振系统包括：X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9，X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9对微型测试轴承转子8在X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向进行扰动；所述信号检测系统包括：X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14、Z轴激光位移传感器15、非接触式数字转速表5、模数转化系统、信号接收器16和计算机17，X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15分别设置在微型测试轴承转子8周围的X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向上，X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14、Z轴激光位移传感器15分别与模数转化系统连接，模数转化系统和非接触式数字转速表分别与信号接收器16连接，信号接收器16和计算机17连接，计算机17上安装有信号采集分析系统和MATLAB软件，X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15采集微型测试轴承转子8X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向上的模拟位移信号，模数转换系统将采集到的模拟位移信号转化为数字位移信号，信号接收器16接收数字位移信号和非接触式数字转速表采集的数字速度信号，数字位移信号和数字速度信号经过计算机17上的信号采集分析系统处理与MATLAB中所建立的模型方程的计算，得到静、动态下微型测试轴承转子8的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图，根据静、动态下微型测试轴承转子8的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图分析研究微型测试轴承转子8的稳定性影响因素。
进一步地，如图1所示，所述空气压缩系统4包括：螺杆式空气压缩机4-1、高温冷冻式干燥机4-2、分离过滤器4-3、主管路过滤器4-4、除油过滤器4-5、压力控制阀4-6及气体管路，螺杆式空气压缩机4-1、高温冷冻式干燥机4-2、分离过滤器4-3、主管路过滤器4-4、除油过滤器4-5依次通过气体管路连接，压力控制阀4-6设置在除油过滤器4-5与供气嘴3之间的气体管路上，压力控制阀4-6通过气体管路与供气嘴3连接。
螺杆式空气压缩机4-1提供流量为2.2m3/min，压强为0.8MPa的压缩气体。经过高温冷冻式干燥机4-2干燥处理，除去压缩空气中水蒸气，然后经过分离过滤器4-3，过滤掉直径大于3μm的杂质，再经过主管路过滤器4-4过滤掉直径大于0.1μm的杂质，最后经过除油过滤器4-5过滤掉油污和直径大于0.01μm的杂质，生成洁净干燥的压缩空气。
如图3所示，进一步地，所述电磁驱动系统10包括：微型空心杯转子线圈10-1、微型定子线圈10-2、定子换向电路10-3和对中定子外壳10-4；微型空心杯转子线圈10-1安装在微型测试轴承转子8的一端，与微型测试轴承转子8作为一个整体转动；微型定子线圈10-2通过过盈配合安装在对中定子外壳10-4的内部，定子换向电路10-3固定在对中定子外壳10-4的端面，微型定子线圈10-2、定子换向电路10-3和对中定子外壳10-4作为一个组件，进行配和对中，对中定子外壳10-4和横向轴承座2固定连接，通过微型定子线圈10-2产生的旋转磁场，驱动微型空心杯转子线圈10-1带动微型测试轴承转子8转动。
进一步地，所述激振系统还包括：信号发生器、数模转化系统和功率放大器，信号发生器、数模转化系统、功率放大器依次连接，X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9分别与功率放大器连接，信号发生器输出各种函数的数字信号，数模转化系统将数字信号转换为模拟信号，模拟信号经过功率放大器放大，放大后的模拟信号直接输入X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9，产生激振力，在X轴轴向、Y轴轴向、Z轴轴向对微型测试轴承转子8进行扰动。
进一步地，还包括：非接触式电磁激振器可调支架和激光位移传感器可调支架，X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9分别通过第一丝杠螺母副设置在非接触式电磁激振器可调支架上，所述X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15分别通过第二丝杠螺母副设置在激光位移传感器可调支架上。
进一步地，所述机架、非接触式电磁激振器可调支架和激光位移传感器可调支架均安装在高精度气浮光学平台上。
进一步地，所述X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9的加载表面与微型测试轴承转子8之间的间隙均为0.5-1mm。
进一步地，所述X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15的量程均为500μm、采样频率均为100KHZ，调整所述X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15，使其相对微型测试轴承转子8之间的初始测量距离均为150-250μm。
X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15的量程均为500μm，微型测试轴承转子8的振幅最大为20μm，为了使X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15测试数值处于其精度高、测量位移和输出信号线性最好的量程区间内，保证其输出的信号电压适中、便于处理，安装X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15时，要求X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15与微型测试轴承转子之间的距离为150-250μm。X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15和手持非接触式数字转速表均安装在本试验机的一端，来测试轴承转子8在X、Y、Z方向的上实时位移变化量及微型测试轴承转子8的转速，并将检测装置测得的数据信号经过信号接收器16处理后送往计算机17进行数据分析和计算。
进一步地，所述横向轴承座2包括外圈和内圈，微型测试轴承转子8设置在内圈上，外圈上设有两个支撑轴承11，两个支撑轴承11相对套接在微型测试轴承转子8的两端，两个支撑轴承11的外端设有轴承端盖6。
如图4所示，一种微型气体轴承试验机的试验方法，包括以下步骤：
步骤一：启动空气压缩系统4；
步骤二：调节空气压缩系统4的供气压力，使微型测试轴承转子8处于悬浮状态；
步骤三：测算出微型测试轴承转子8在Y轴方向上的初始位移量，记为y0；
步骤四：开启X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14、Z轴激光位移传感器15、非接触式数字转速表和信号检测系统，将Y轴激光位移传感器14赋予初始值为y0，将X轴激光位移传感器13和Z轴激光位移传感器15均赋予初始值为0，并开始采集数据，X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14、Z轴激光位移传感器15采集微型测试轴承转子8轴心的实时位移，非接触式数字转速表采集微型测试轴承转子8轴心的实时转速；
步骤五：启动电磁驱动系统10，通过改变微型测试轴承转子8的转速、空气压缩系统的供气压力和微型测试轴承转子8的载荷中的一种或任何几种的组合来改变微型测试轴承转子8的工作状态，计算机17通过信号采集分析系统将采集到的微型测试轴承转子8轴心的实时位移和实时转速进行处理，通过MATLAB中所建立的模型方程进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子8在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的静态特性曲线和图表；
步骤六：启动X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9，在X、Y、Z轴方向上对微型测试轴承转子8进行不同形式的激振加载；
步骤七：同时改变微型测试轴承转子8的转速、空气压缩系统的供气压力和试轴承转子8的载荷中的一种或任何几种的组合来改变测试轴承转子8的工作状态，计算机17通过信号采集分析系统对X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15采集到的微型测试轴承转子8轴心的实时位移和非接触式数字转速表采集到的微型测试轴承转子8轴心的实时转速进行处理，通过MATLAB中所建立的模型方程进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子8在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的动态特性曲线和图表；
步骤八：根据计算机17输出的微型测试轴承转子8在不同工作状态下的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的静、动态特性曲线和图表，分析研究微型测试轴承转子8的稳定性影响因素。
X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9加载状态下为动态特性测量、不加载为静态特性测量。
打开压力控制阀4-6、调节压力控制阀4-6，使微型测试轴承转子8悬浮起来，开启X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15和手持非接触式数字转速表对微型测试轴承转子8开始实时计数测量，并在此时设置X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15的初始位置。然后启动电磁驱动系统10驱动微型测试轴承转子8转动，采用X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9对微型测试轴承转子8进行或者不进行各种频率的扰动，通过X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15和非接触式数字转速表的精确测量、计算微型测试轴承转子轴心的实时位移和微型测试轴承转子转速并记录和输出微型测试轴承转子转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图，振幅-转速分叉图等等静、动态特性系数变化图表。
本试验机采用微型电磁驱动系统10，可以使微型气体轴承转子的转速达到10-20万r/min，采用X轴非接触式电磁激振器7、Y轴非接触式电磁激振器12和Z轴非接触式电磁激振器9对微型测试轴承转子8进行水平方向、垂直方向和轴向可控动态加载，利用X轴激光位移传感器13、Y轴激光位移传感器14和Z轴激光位移传感器15测量微型测试轴承转子8轴心在水平方向、垂直方向和轴向位移变化量，手持非接触式数字转速表测量微型测试轴承转子8的速度，将所采集的位移数据和实时速度数据进行计算机17软件处理后代入MATLAB模型方程中进行计算，即可实时计算出模型中的18个静、动态特性参数，同时利用计算机17生成时域-波形图、时间-轨迹图、轨迹-转速图、振幅-转速图、载荷-刚度-阻尼变化图、振幅-时间-频率三维谱图及周期-频谱分析图等各种图形，研究测试轴承的稳定性及其影响因素，研究测试轴承同频涡动、半频涡动、倍周期分叉、多周期涡动、混沌运动等非线性运动中的静、动态特性系数和稳定性变化规律的关系，为气体动静压轴承理论研究、设计制造、维护使用及稳定性控制提供解决方案。
本发明的微型动静压气体轴承试验机，采用电磁驱动系统直接驱动转子高速旋转和逆转速切向供气方式给轴承-转子系统供气的试验方案，克服了现有气体轴承试验台的不足，结合本实验的试验方案和测试方法，能同时测试并计算出高速微型气体轴承的启停时段、平稳运行及失稳等各种状态下的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图，振幅-转速分叉图等静、动态特性系数及稳定性，本试验机结构简单、拆装方便，通过更换不同结构参数的测试轴承、转子和改变供气方式，可以测量并计算出测试轴承本身结构参数对气体轴承的静、动态特性及稳定性的影响，对动静压气体轴承润滑分析与理论计算的改进，进一步提高复杂运行环境下气体轴承稳定性，具有重要的理论意义和实际应用价值。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微型气体轴承试验机，包括：机架(1)、横向轴承座(2)、微型测试轴承转子(8)、空气压缩系统(4)、电磁驱动系统(10)和激振系统，其特征在于，还包括信号检测系统；
横向轴承座(2)设置在机架(1)上，横向轴承座(2)上设有气道和供气嘴(3)，气道与供气嘴(3)连通，供气嘴(3)与空气压缩系统(4)连接，微型测试轴承转子(8)设置在横向轴承座(2)上，电磁驱动系统(10)设置在微型测试轴承转子(8)的一端，驱动微型测试轴承转子(8)转动；
所述激振系统包括：X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)，X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)对微型测试轴承转子(8)在X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向进行扰动；
所述信号检测系统包括：X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)、Z轴激光位移传感器(15)、非接触式数字转速表(5)、模数转化系统、信号接收器(16)和计算机(17)，X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)和Z轴激光位移传感器(15)分别设置在微型测试轴承转子(8)周围的X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向上，X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)、Z轴激光位移传感器(15)分别与模数转化系统连接，模数转化系统和非接触式数字转速表分别与信号接收器(16)连接，信号接收器(16)和计算机(17)连接，计算机(17)上安装有信号采集分析系统和MATLAB软件，X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)和Z轴激光位移传感器(15)采集微型测试轴承转子(8)X轴轴向、Y轴轴向和Z轴轴向上的模拟位移信号，模数转换系统将采集到的模拟位移信号转化为数字位移信号，信号接收器(16)接收数字位移信号和非接触式数字转速表采集的数字速度信号，数字位移信号和数字速度信号经过计算机(17)上的信号采集分析系统处理与MATLAB中所建立的模型方程的计算，得到静、动态下微型测试轴承转子(8)的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图。
2.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述空气压缩系统包括：螺杆式空气压缩机(4-1)、高温冷冻式干燥机(4-2)、分离过滤器(4-3)、主管路过滤器(4-4)、除油过滤器(4-5)、压力控制阀(4-6)及气体管路，螺杆式空气压缩机(4-1)、高温冷冻式干燥机(4-2)、分离过滤器(4-3)、主管路过滤器(4-4)、除油过滤器(4-5)依次通过气体管路连接，压力控制阀(4-6)设置在除油过滤器(4-5)与供气嘴(3)之间的气体管路上，压力控制阀(4-6)通过气体管路与供气嘴(3)连接。
3.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述电磁驱动系统(10)包括：微型空心杯转子线圈(10-1)、微型定子线圈(10-2)、定子换向电路(10-3)和对中定子外壳(10-4)；微型空心杯转子线圈(10-1)安装在微型测试轴承转子(8)的一端，与微型测试轴承转子(8)作为一个整体转动；微型定子线圈(10-2)通过过盈配合安装在对中定子外壳(10-4)的内部，定子换向电路(10-3)固定在对中定子外壳(10-4)的端面，微型定子线圈(10-2)、定子换向电路(10-3)和对中定子外壳(10-4)作为一个组件，进行配和对中，对中定子外壳(10-4)和横向轴承座(2)固定连接，通过微型定子线圈(10-2)产生的旋转磁场，驱动微型空心杯转子线圈(10-1)带动微型测试轴承转子(8)转动。
4.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述激振系统还包括：信号发生器、数模转化系统和功率放大器，信号发生器、数模转化系统、功率放大器依次连接，X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)分别与功率放大器连接，信号发生器输出各种函数的数字信号，数模转化系统将数字信号转换为模拟信号，模拟信号经过功率放大器放大，放大后的模拟信号直接输入X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)，产生激振力，在X轴轴向、Y轴轴向、Z轴轴向对微型测试轴承转子(8)进行扰动。
5.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，还包括：非接触式电磁激振器可调支架和激光位移传感器可调支架，X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)分别通过第一丝杠螺母副设置在非接触式电磁激振器可调支架上，所述X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)和Z轴激光位移传感器(15)分别通过第二丝杠螺母副设置在激光位移传感器可调支架上。
6.如权利要求5所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述机架、非接触式电磁激振器可调支架和激光位移传感器可调支架均安装在高精度气浮光学平台上。
7.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)的加载表面与微型测试轴承转子(8)之间的间隙均为0.5-1mm。
8.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)和Z轴激光位移传感器(15)的量程均为500μm、采样频率均为100KHZ，调整所述X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)和Z轴激光位移传感器(15)，使其相对微型测试轴承转子(8)之间的初始测量距离均为150-250μm。
9.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机，其特征在于，所述横向轴承座(2)包括外圈和内圈，微型测试轴承转子(8)设置在内圈上，外圈上设有两个支撑轴承(11)，两个支撑轴承(11)相对套接在微型测试轴承转子(8)的两端，两个支撑轴承(11)的外端设有轴承端盖(6)。
10.如权利要求1所述的微型气体轴承试验机的试验方法，包括以下步骤：
步骤一：启动空气压缩系统(4)；
步骤二：调节空气压缩系统(4)的供气压力，使微型测试轴承转子(8)处于悬浮状态；
步骤三：测算出微型测试轴承转子(8)在Y轴方向上的初始位移量，记为y0；
步骤四：开启X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)、Z轴激光位移传感器(15)、非接触式数字转速表和信号检测系统，将Y轴激光位移传感器(14)赋予初始值为y0，将X轴激光位移传感器(13)和Z轴激光位移传感器(15)均赋予初始值为0，并开始采集数据，X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)、Z轴激光位移传感器(15)采集微型测试轴承转子(8)轴心的实时位移，非接触式数字转速表采集微型测试轴承转子(8)轴心的实时转速；
步骤五：启动电磁驱动系统(10)，通过改变微型测试轴承转子(8)的转速、空气压缩系统的供气压力和微型测试轴承转子(8)的载荷中的一种或任何几种的组合来改变微型测试轴承转子(8)的工作状态，计算机(17)通过信号采集分析系统将采集到的微型测试轴承转子(8)轴心的实时位移和实时转速进行处理，通过MATLAB中所建立的模型方程进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子(8)在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的静态特性曲线和图表；
步骤六：启动X轴非接触式电磁激振器(7)、Y轴非接触式电磁激振器(12)和Z轴非接触式电磁激振器(9)，在X、Y、Z轴方向上对微型测试轴承转子(8)进行不同形式的激振加载；
步骤七：同时改变微型测试轴承转子(8)的转速、空气压缩系统的供气压力和试轴承转子(8)的载荷中的一种或任何几种的组合来改变测试轴承转子(8)的工作状态，计算机(17)通过信号采集分析系统对X轴激光位移传感器(13)、Y轴激光位移传感器(14)和Z轴激光位移传感器(15)采集到的微型测试轴承转子(8)轴心的实时位移和非接触式数字转速表采集到的微型测试轴承转子(8)轴心的实时转速进行处理，通过MATLAB中所建立的模型方程进行计算，即可得到并输出微型测试轴承转子(8)在不同工作状态下所对应的转速、偏心量、刚度、阻尼、振动波形图、频谱图、轨迹图、振幅-时间-频率三维图和振幅-转速分叉图的动态特性曲线和图表。
CN201610526871.6A 2016-06-25 2016-06-25 一种微型气体轴承试验机及试验方法 Active CN105954035B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610526871.6A CN105954035B (zh) 2016-06-25 2016-06-25 一种微型气体轴承试验机及试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610526871.6A CN105954035B (zh) 2016-06-25 2016-06-25 一种微型气体轴承试验机及试验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105954035A CN105954035A (zh) 2016-09-21
CN105954035B true CN105954035B (zh) 2018-07-06

Family

ID=56899589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610526871.6A Active CN105954035B (zh) 2016-06-25 2016-06-25 一种微型气体轴承试验机及试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105954035B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106644475B (zh) * 2016-10-12 2018-12-14 河南科技大学 一种微型气体轴承静动态特性及稳定性测试方法
CN106525425A (zh) * 2016-12-05 2017-03-22 江苏大学 一种静压空气径向轴承承载测试装置及方法
CN108225655B (zh) * 2017-12-22 2019-11-26 河南科技大学 一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置与测试方法
CN109297709A (zh) * 2018-10-29 2019-02-01 河南科技大学 一种气体轴承碰磨测试装置及检测方法
CN113092111B (zh) * 2020-01-09 2022-02-15 珠海格力电器股份有限公司 用于检测气体轴承磨损的方法及系统
CN113834654B (zh) * 2020-06-05 2024-06-28 中国科学院金属研究所 一种轴承服役性能与寿命测试装置
CN113834653B (zh) * 2020-06-05 2024-06-28 中国科学院金属研究所 一种轴承测试台架一体化驱动装置
CN111999059B (zh) * 2020-09-02 2022-06-28 洛阳轴承研究所有限公司 一种轴承打滑率测试用装置及使用该装置的测试系统
CN114877828B (zh) * 2022-06-14 2023-12-05 中国航天标准化研究所 一种用于航天轴承测试的试验机及测试方法
CN117191395A (zh) * 2023-08-15 2023-12-08 上海大学 一种空气箔片径向与推力组合轴承联合实验测试装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU518672A1 (ru) * 1975-02-03 1976-06-25 Предприятие П/Я А-3513 Стенд дл испытани газостатических радиальных подшипников и уплотнений
CN101865772A (zh) * 2010-06-03 2010-10-20 西安交通大学 一种测试弹性箔片气体径向轴承性能的试验装置
CN102121875A (zh) * 2010-12-17 2011-07-13 大连理工大学 气体轴承-转子系统动态加载综合实验台
CN102809485A (zh) * 2012-07-16 2012-12-05 西安交通大学 一种集成高速联轴器的径向弹性箔片气体轴承试验台
CN103323248A (zh) * 2013-07-04 2013-09-25 南京理工大学 角接触球轴承动、静态特性参数测试装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU518672A1 (ru) * 1975-02-03 1976-06-25 Предприятие П/Я А-3513 Стенд дл испытани газостатических радиальных подшипников и уплотнений
CN101865772A (zh) * 2010-06-03 2010-10-20 西安交通大学 一种测试弹性箔片气体径向轴承性能的试验装置
CN102121875A (zh) * 2010-12-17 2011-07-13 大连理工大学 气体轴承-转子系统动态加载综合实验台
CN102809485A (zh) * 2012-07-16 2012-12-05 西安交通大学 一种集成高速联轴器的径向弹性箔片气体轴承试验台
CN103323248A (zh) * 2013-07-04 2013-09-25 南京理工大学 角接触球轴承动、静态特性参数测试装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN105954035A (zh) 2016-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105954035B (zh) 一种微型气体轴承试验机及试验方法
CN101639395B (zh) 一种改进的高速主轴全息动平衡方法
CN106644475B (zh) 一种微型气体轴承静动态特性及稳定性测试方法
CN102169046B (zh) 一种磁悬浮机电设备弹性模态在线测试系统
Koene et al. Internet of things based monitoring of large rotor vibration with a microelectromechanical systems accelerometer
CN102095555B (zh) 高速电主轴在线自动平衡实验系统
CN108225655B (zh) 一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置与测试方法
CN107314893A (zh) 一种模块化多功能转子实验台
CN108918069B (zh) 一种螺栓法兰联接结构转子试验台及测试方法
CN106768749A (zh) 一种主轴轴承结合部动刚度测试装置
CN107271126B (zh) 基于磁悬浮技术的转子模态频率及模态振型在线测试装置
CN105699074A (zh) 一种叶片-转子系统流固耦合动态特性试验装置
CN106840668A (zh) 一种磁悬浮轴承的刚度测试装置及测试方法
CN106092577A (zh) 高速角接触球轴承保持架动态特性测试装置
CN106017758A (zh) 一种电机动静态转矩同步在线测试装置与测试方法
CN105973269A (zh) 用于惯性仪表校准的振动离心复合试验装置及测试方法
CN201166597Y (zh) 一种轴系动平衡实验台
CN107607320A (zh) 用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置及方法
CN206756223U (zh) 一种水电机组动态信号测试分析装置
Pedotti et al. Instrument based on MEMS accelerometer for vibration and unbalance analysis in rotating machines
CN101520963B (zh) 单盘转子综合实验装置
Chen et al. Identification of linearized dynamic characteristics of rolling element bearings
CN205620086U (zh) 一种用于动平衡机的智能动平衡测试系统
CN108168776B (zh) 微转子不平衡量测量装置与测量方法
CN207280753U (zh) 用于测试平衡鼓转子涡动特性的实验台装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20160921

Assignee: Kaifeng Zhongkai bearing factory

Assignor: Henan University of Science and Technology

Contract record no.: X2019980000411

Denomination of invention: Micro gas bearing test machine and test method

Granted publication date: 20180706

License type: Common License

Record date: 20191101