CN107014614A - 一种径向滑动轴承的空化定量测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向滑动轴承的空化定量测试装置及方法，所述测试装置包括变频器、电主轴、主轴、轴颈套圈、透明轴瓦、轴瓦装配部件、橡胶密封圈、水循环系统、空气压缩机、加载装置和高速相机；透明轴瓦套设于轴颈套圈上，其左右两侧设有轴瓦装配部件，并由密封圈密封；轴颈套圈安装在主轴上，主轴连接由变频器驱动的电主轴；加载装置在轴瓦上加载径向力，轴瓦装配部件上设有进出水口，空气压缩机向装置内注入空气；采用高速摄影机记录下轴瓦与轴颈套圈之间生成的气泡，分析计算两相流的空化率。本发明可以直观、定量、可靠地测试高速径向滑动轴承的空化率。

Description

一种径向滑动轴承的空化定量测试装置及方法
技术领域
本发明涉及空化定量测试装置及方法，特别是一种径向滑动轴承的空化定量测试装置及方法。
背景技术
传统的判断径向滑动轴承空化的测试方法包括振动技术和声发射技术。
1)振动技术：在时域中，振动量可以通过总均方根水平，峰值因数，概率密度和峰度等参数进行描述。可以通过滑动轴承在各个转速下的空化振动速率谱，标记滑动轴承所发生的空化，但是该方法也仅能对空化初生做定性的分析，气泡使如何产生的？分布规律如何？不得而知。
2)声发射技术：声发射是通过材料内部的局部源快速释放的能量而产生的瞬态波的一类瞬态应力/位移波的现象。因此，滑动轴承空化过程中，气泡爆炸产生的高冲击力的微射流，将冲击轴承的表面，从而产生短暂弹塑性波。该信号由声发射传感器测得，从而也能确定空化初生的频率大小，但是只能对空化定性分析，对于气泡在滑动轴承表面的分布不能判定。
衡量空蚀程度方法还包括失质法、失体法、面积法等，均是对轴承空蚀量的表征，未涉及空化过程的定量描述。
发明内容：
发明目的：本发明提供了一种径向滑动轴承的空化定量测试装置及方法，能够对径向滑动轴承的空话过程进行定量测试。
技术方案：一种径向滑动轴承的空化定量测试装置，其电主轴通过支撑架固定于底座的底板上，电主轴与主轴螺纹连接，驱动主轴转动；主轴上安装有轴颈套圈，轴颈套圈上套设有透明轴瓦，轴颈套圈与透明轴瓦间隙配合；轴颈套圈左侧的主轴上设有圆螺母用于压紧轴颈套圈；透明轴瓦两端分别设有轴瓦装配件左半部和轴瓦装配件右半部，轴瓦和轴瓦装配件之间设有密封圈，左右两部分轴瓦装配件通过紧固螺栓与螺母连接压紧；所述轴瓦装配件上开设有与透明轴瓦和轴颈套圈连通的进水口和出水口，外部设有与进水口和出水口连接的水循环系统；电主轴靠轴瓦装配件一侧的圆柱台阶侧面上通过六角头螺栓固设有右端支座，所述轴瓦装配件右半部与右端盖支座之间设有密封系统用于实现轴承的轴向非接触密封，以防止通水后，水滴溅入电主轴或从轴瓦装配部件侧面溢出；轴瓦装配部件上下两侧分别留有光孔，两根限位螺钉分别穿过该光孔连接在右端盖支座上；加载装置与轴瓦装配部件侧面的吊钩相连。
为了使得密封轴承右侧的轴向密封性能更好，所述密封系统采用气密封；在轴瓦装配件右半部与右端盖支座上各设有一进气口，在右端盖支座上设有出气口和回气槽。
利用本发明提供的径向滑动轴承的空化定量测试装置进行径向轴承空化定量测试的工作原理：将进、出水口与水循环系统连接通水之后，利用加载装置加载径向力；电主轴启动后，轴颈套圈与透明轴瓦之间形成动压水膜，模拟轴承与轴颈套圈之间的动压水润滑，在加载装置的作用下，轴瓦受到径向力产生偏心，轴瓦与轴颈套圈之间将出现空化气泡；在照明灯的辅助下，高速相机记录空化形成的过程。对高速相机拍摄图片进行数字图像处理，运用图像增强和边缘检测算法，突出气泡的轮廓，使气泡清晰化与可视化；根据图像的气泡面积，分析计算空化率(两相流中气泡体积占流体总体积的百分比)。采用位移传感器测得轴颈套圈的偏心率，进而建立偏心率与空化率之间的关系。
有益效果：本发明采用透明轴瓦与高速摄影技术，并借助于数字图像处理技术，可定量化测试滑动轴承在高速工况下的空化率。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部放大图；
图3为本发明的向视图。
1.工作台 2.底板 3.水循环系统 4.空气压缩机 5.支撑 6.电主轴 7.变频器 8.螺母 9.紧固螺栓 10.圆螺母 11.进水口 12.主轴 13.轴颈套圈 14.橡胶密封圈 15.透明轴瓦 16.限位螺钉 17.进气口 18.进气口 19.右端盖支座 20.六角头螺栓 21.吊钩 22.加载装置 23.高速相机 24.回气槽 25.出气口 26.水汽出口 27.轴瓦装配部件右半部28.轴瓦装配部件右半部 29.垫圈
具体实施方式
如图1所示，一种径向滑动轴承的空化定量测试装置，底座1上设有底板2，电主轴6通过支撑5固定于底板2上；主轴12直接与电主轴6螺纹连接，轴颈套圈13安装在主轴12上，由左侧的圆螺母10压紧；透明轴瓦15套设于轴颈套圈13上，并与轴颈套圈13间隙配合；透明轴瓦15左右两侧分别设有轴瓦装配部件左半部28和轴瓦装配部件右半部27，透明轴瓦15与轴瓦装配件之间采用橡胶密封圈14密封；紧固螺栓9与螺母8配合连接并压紧轴瓦装配部件左半部28和轴瓦装配部件右半部27，螺母8下设有垫圈29，从而形成轴瓦装配部件，轴瓦装配部件上留有进水口11、出水口26，与轴瓦15及轴颈套圈13连通，进水口11与出水口26与外部水循环系统3连接；右端盖支座19直接由六角头螺栓20固定于电主轴6的左侧圆柱台阶的侧面，轴瓦装配部件上下两侧分别留有光孔，两根限位螺钉16分别穿过该光孔连接在右端盖支座19上，将轴瓦装配部件与右端盖支座19连接限制轴瓦装配部件的转动，轴瓦装配部件与右端盖支座19之间留有轴向间隙；加载装置22与轴瓦装配部件侧面的吊钩21相连；高速相机23位于透明轴瓦15径向平面上。
作为优选的，轴颈套圈13与透明轴瓦15之间的间隙等于轴颈套圈13直径的千分之一至千分之三。
如图2所示所述进水口11为位于轴瓦装配部件左半部28上的轴向通孔，且中心轴线与主轴12中心轴线相重合；所述出水口26为轴瓦装配部件右半部27上的径向通孔。
如图2所示，为了防止通水后，水滴溅入电主轴或从轴瓦装配部件侧面溢出，轴瓦装配部件右半部27与右端盖支座19之间设有气密封系统；所述气密封系统包括空气压缩机、进气口17、18、出气口25和回气槽24；所述进气口17设于轴瓦装配部件右半部27上，进气口18和出气口25设于右端盖支座19上；所述回气槽24设于右端盖支座19的右端面并与出气口25连通，进气口17、18均为通孔且与外部供气系统连接。
一种基于上述径向滑动轴承空化定量测试装置的径向滑动轴承空话定量测试方法步骤如下：
(1)、按照部件连接关系组装好实验装置，将进气口17、18与外部供气系统空气压缩机相连，进、出水口11、26与外部水循环装置相连接；
(2)在进气口17、18采用注气密封实现轴承的轴向非接触密封，以防止通水后，水滴溅入电主轴或从轴瓦装配部件侧面溢出；
(3)从轴瓦装配部件的左侧的进水口11向试验轴承供水，出水口26将水气传输回水循环系统，待通水稳定后，加载装置22在轴瓦装配部件的一侧施加径向载荷，启动电主轴，使用变频器驱动实现大线速度范围内无级变速；
(4)电机转速达到上万转/分时，轴瓦装配部件浮动起来，与径向加载装置22相对的另外一侧采用氙气灯对空化区域进行照明，并使用高速相机从进行空化区域的拍摄；
(5)对高速相机拍摄图片进行数字图像处理，运用图像增强和边缘检测算法，突出气泡的轮廓，使气泡清晰化与可视化；根据图像的气泡面积，分析计算空化率。
(6)采用位移传感器测得轴颈套圈的偏心率，分析计算出空化率之后，进而建立偏心率与空化率之间的关系。
该空化定量测试装置的径向滑动轴承，其透明轴瓦由有机玻璃制造，其余零件包括加载装置均为常规的机械切削加工件。

Claims (8)

1.一种径向滑动轴承的空化定量测试装置，其特征在于：包括电主轴(6)、变频器(7)、主轴(12)、轴颈套圈(13)、透明轴瓦(15)、轴瓦装配部件左半部(28)、轴瓦装配部件右半部(27)、右端盖支座(19)、加载装置(22)和高速相机(23)；
所述变频器(7)连接电主轴(6)；电主轴(6)连接主轴(12)，主轴(12)上安装有轴颈套圈(13)，透明轴瓦(15)与轴颈套圈(13)间隙配合，轴颈套圈(13)左侧的主轴(12)上设有圆螺母(10)用于压紧轴颈套圈(13)；透明轴瓦(15)左右两侧分别与轴瓦装配部件左半部(28)和轴瓦装配部件右半部(27)连接，相接处设有橡胶密封圈(14)；紧固螺栓(9)连接轴瓦装配部件左半部(28)和右半部(27)，并通过螺母(8)将两者压紧；轴瓦装配部件左、右半部上分别留有进水口(11)、出水口(26)，进水口(11)与出水口(26)与外部水循环系统(3)连接；
所述右端盖支座(19)固定安装于电主轴(6)的圆柱台阶侧面，右端盖支座(19)与轴瓦装配部件右半部(27)之间设有密封系统；左右两个轴瓦装配部件上下两侧均设有光孔，限位螺钉(16)分别穿过该光孔将轴瓦装配部件与右端盖支座(19)连接；
加载装置(22)与轴瓦装配部件的侧面连接，高速相机(23)位于透明轴瓦(15)径向平面上。
2.根据权利要求1所述的径向滑动轴承的空化定量测试装置，其特征在于：所述右端盖支座(19)与轴瓦装配部件右半部(27)之间所述的密封系统为气密封系统。
3.根据权利要求2所述的径向滑动轴承的空化定量测试装置，其特征在于：所述气密封系统包括空气压缩机、进气口(17、18)、出气口(25)和回气槽(24)；所述进气口(17)设于轴瓦装配部件右半部(27)上，进气口(18)和出气口(25)设于右端盖支座(19)上；所述回气槽(24)设于右端盖支座(19)的右端面并与出气口(25)连通，进气口(17、18)与外部供气系统连接。
4.根据权利要求1所述的径向滑动轴承的空化定量测试装置，其特征在于：所述进水口(11)为位于轴瓦装配部件左半部(28)上的轴向通孔，且中心轴线与主轴(12)中心轴线相重合。
5.根据权利要求4所述的一种径向滑动轴承的空化定量测试装置，其特征在于：所述出水口(26)为轴瓦装配部件右半部(27)上的径向通孔。
6.根据权利要求1所述的一种径向滑动轴承的空化定量测试装置，其特征在于：所述轴瓦装配部件侧面设有吊钩(21)，加载装置(22)与吊钩(21)相连。
7.一种径向滑动轴承的空化定量测试方法，具体步骤如下：
(1)将进气口(17、18)与外部供气系统空气压缩机相连，进、出水口(11、26)与外部水循环装置相连接；
(2)在进气口(17、18)采用注气密封实现轴承的轴向非接触密封，以防止通水后，水滴溅入电主轴(6)或从轴瓦装配部件侧面溢出；
(3)从轴瓦装配部件的左侧的进水口(11)向试验轴承供水，出水口(26)将水气传输回水循环系统，待通水稳定后，通过加载装置(22)在轴瓦装配部件的一侧施加径向载荷，启动电主轴(6)，使用变频器(7)驱动实现大线速度范围内无级变速；
(4)电机转速达到上万转/分时，轴瓦装配部件浮动起来，与径向加载装置(22)相对的另外一侧采用氙气灯对空化区域进行照明，并使用高速相机(23)进行空化区域的拍摄；
(5)对高速相机拍摄图片进行数字图像处理，运用图像增强和边缘检测算法，突出气泡的轮廓，使气泡清晰化与可视化；根据图像的气泡面积，分析计算空化率。
8.根据权利要求7所述的一种径向滑动轴承的空化定量测试方法，其特征在于：采用位移传感器测得轴颈套圈的偏心率，分析计算出空化率之后，进而建立偏心率与空化率之间的关系。
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