CN107084842B - 水润滑轴承动态特性参数测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水润滑轴承动态特性参数测试装置。它主要由驱动装置、加载与测量装置、辅助装置和水润滑轴承组成。其中，所述的驱动装置主要包括驱动电机、高弹联轴器和联接轴段；所述的加载与测量装置主要包括静态力加载装置、动态力加载装置和动态力及响应测量装置，动态力及响应测量装置可用于测量振动加速度以及动态力；所述的辅助装置主要包括滚子轴承及支撑、动密封装置、加载装置支撑架以及水箱等。本发明装置能够在静态力和动态力加载作用下，实现对水润滑轴承的径向刚度和阻尼的直接测量，且该装置结构简单，测量数据可靠，测量结果可为采用水润滑轴承的轴系振动特性计算评估提供可靠的输入参数以及为水润滑轴承设计提供实验依据。
Description
技术领域
本发明涉及水润滑轴承动态特性参数测试领域，具体涉及一种水润滑轴承的径向刚度和阻尼的动态特性参数测试装置。
背景技术
滑动轴承因其结构简单、在高速重载条件下有较好的动力学性能等优点而广泛应用于现代工业机械中。而在船舶领域，由于其推进轴系工作环境的特殊性，使得采用海水作为直接润滑介质的水润滑轴承得到了广泛应用。
人们对水润滑轴承的润滑机理和润滑特性、轴承结构参数、材料配方、水膜压力和摩擦特性等方面开展了大量的研究。如，华中科技大学(水润滑径向滑动轴承综合性能试验台的研制[D])设计并研制了一种综合性能试验台，主要实现了不同结构参数、润滑方式、工作条件和轴承材料对轴承性能的影响试验；中国船舶重工集团公司第七一九研究所(CN201096619 Y)建立了一套船舶水润滑艉轴承试验装置，用于研究船用艉轴承材料特性、艉轴承结构和润滑特性的综合性试验装置；重庆大学(CN 102269654 A)设计了一种水润滑轴承及传动系统综合性能试验平台，用于研究在复杂工况下水润滑轴承的摩擦特性、水膜压力分布、轴心轨迹、噪声和动态特性等各项参数。
同时作为轴承的一个重要参数—动力特性参数，人们也进行了大量的理论与实验研究工作。在众多的滑动轴承分析模型中，含有八个动力特性系数的线性化模型由于方便转子动力学特性分析、物理意义明确且在轴承偏心较小时有较高的精度，在工程中得到广泛应用。在理论上分析滑动轴承的动力特性参数是将转轴平衡位置的偏心率和偏位角代入到Reynolds方程中，采用无限短轴承、无限长轴承假设或数值方法分析Reynolds方程求得滑动轴承油膜压力分布，积分求得两个相互正交的油膜力，将油膜力对4个扰动项x、y、求偏导数即得到滑动轴承8个线性化动力特性系数，即
在进行理论研究的同时，人们对滑动轴承的动力学特性也进行了试验研究，专利CN 103335843 A公开了一种基于滑动轴承实验台的油膜刚度和阻尼的测试方法，主要针对油润滑轴承进行测试。专利CN 102889990 A公开了一种滚子轴承径向刚度和轴向刚度的动力学测试方法，该方法通过测试由滚子轴承支撑的轴段的固有频率，从而反算轴承的支撑刚度，该方法为滚子轴承刚度的间接测试方法；专利CN 103543012 A也公开了一种滚动轴承刚度测试实验装置及其实验方法，也是一种滚动轴承刚度的间接测试方法。专利CN205749135 U公开了一种测试空气静压轴承刚度的装置，专利CN 204514603 U公开了一种测试静压轴承的实验装置，专利CN102331349 A公开了一种永磁轴承刚度测量装置，专利CN101685043 A公开了一种异型轴承刚度的测量方法和装置。
从已公开资料来看，对于滚动轴承及静压轴承的刚度测试装置比较多，对于更为复杂的水润滑轴承的刚度和阻尼测试装置则比较少见。鉴于水润滑轴系在船舶领域中的大量应用，其径向刚度和阻尼是轴承径向支撑特性当中两个比较重要的参数，不仅会影响其自身的应力、应变、摩擦和磨损特性，还会对整个轴系的振动乃至船体尾部结构的振动产生巨大的影响，进而影响到轴系的推进效率、运转可靠度和营运安全性。因此有必要研制一套试验装置，对水润滑轴承动态特性参数进行测试，从而可以为水润滑轴承设计和轴系振动计算分析中的输入参数提供实验依据。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种水润滑轴承动态特性参数测试装置，实现对水润滑轴承的径向刚度和阻尼参数的测试，从而可以为水润滑轴承设计和轴系振动计算分析中的输入参数提供实验依据。
本发明是通过以下的技术方案实现：
一种水润滑轴承动态特性参数测试装置，该测试装置主要包括驱动装置、加载与测量装置、辅助装置和水润滑轴承组成。其中，所述的驱动装置主要包括驱动电机、高弹联轴器和联接轴段；所述的加载与测量装置主要包括静态力加载装置、动态力加载装置和动态力及响应测量装置，动态力及响应测量装置可用于测量加速度以及动态力；所述的辅助装置主要包括滚子轴承及支撑、动密封装置、加载装置支撑架以及水箱等。
本发明的技术方案中，所述的联接轴段穿过水箱，该联接轴段两端安装在水箱外侧的滚子轴承及支撑上；水润滑轴承套装在联接轴段与之相对应的位置，并通过安装在加载装置支撑架上的静态力加载装置控制其位置及姿态；联接轴段与水箱之间采用动密封装置用于防止漏水；驱动电机通过高弹联轴器带动联接轴段旋转，联接轴段与水润滑轴承之间会产生一定厚度的水膜，从而保障整个测试装置的正常工作。
本发明的技术方案中，固定在加载装置支撑架上的静态力加载装置包括两组，安装在水润滑轴承两端且可分别独立控制，可用于施加相同或不同载荷的静态力，从而模拟水润滑轴承在各种工况下所受到的静态载荷。
本发明的技术方案中，弹性安装在加载装置支撑架上的动态力加载装置可以沿Y向和Z向同时施加相同或不同载荷的动态力，从而对水润滑轴承进行两个方向的动态加载。
本发明的技术方案中，通过动态力及响应测量装置(7)同时测量得到的Y向和Z向的加速度和动态力，经过特定的关系式，可以直接得到水润滑轴承的径向刚度和阻尼
本发明与现有技术相比所达到的有益效果：
1.建立一套与实船尾轴承运行状况相似的试验装置：采用电机驱动联接轴段，模拟轴系传动，可在不同转速下进行测试；通过静态力加载装置来控制水润滑轴承的姿态，包括控制两端的不同加载力以及轴承与轴的倾角；通过动态力加载装置可以沿Y向和Z向同时施加相同或不同载荷的动态力，从而更全面真实的模拟艉轴承实际运行情况；
2.根据动力学理论，采用直接法测量水润滑轴承的径向刚度和阻尼参数，而现有技术中对轴承刚度多采用间接法，且对阻尼的测量甚少。
附图说明
图1水润滑轴承动态特性参数测试装置总体结构图
图中：1-驱动电机；2-高弹联轴器；3-滚子轴承及支撑；4、动密封装置；5-静态力加载装置；6-动态力加载装置；7-动态力及响应测量装置；8-加载装置支撑架；9-水箱；10-水润滑轴承；11-联接轴段。
具体实施方式：
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
在试验之前，首先需将测试装置安装到位，具体安装方式为：如图1所示，将联接轴段11从水箱9一端穿入，同时吊装水润滑轴承10且保证其与联接轴段11同心，使待测水润滑轴承10套装在联接轴段11上与之相对应的位置，然后将联接轴段11从水箱另一端穿出，并将该联接轴段11两端安装在水箱9外侧的滚子轴承及支撑3(3.1、3.2)上；通过安装在加载装置支撑8上的静态力加载装置5控制调节其位置与姿态；联接轴段11与水箱9之间安装动密封装置4(包括动密封装置4.1及4.2)用于防止漏水；通过高弹联轴器2将驱动电机1输出轴与联接轴段11联接；将动态力及响应测量装置7安装到测试水润滑轴承10上，并将其做好水密处理；将动态力加载装置6弹性安装到加载装置支架8上，并连接到动态力和响应测量装置7上，从而保证可以对水润滑轴承10施加动态载荷；最后将水箱9中加入适量的水，保证水润滑轴承10的润滑和冷却。
在试验时，首先通过驱动电机1按照试验所需的转速带动联接轴段11旋转，使联接轴段11与水润滑轴承10之间形成水膜；然后根据实验所需的加载力，通过静态力加载装置5(包括加载装置5.1、5.2)对水润滑轴承10施加静态力，模拟水润滑轴承10在实际运行中所受到的载荷；最后通过动态力加载装置6，对水润滑轴承10同时施加Y和Z向的动载荷，并通过动态力和响应测量装置7测试所施加的动态力和水润滑轴承10的加速度响应，并记录相关数据。得到相应的测试数据之后，经过特定的关系式，可以直接得到水润滑轴承的径向刚度和阻尼
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
Claims (3)
1.一种水润滑轴承动态特性参数测试装置，其特征在于：包括驱动电机(1)，所述驱动电机(1)通过高弹联轴器(2)连接到联接轴段(11)上；所述联接轴段(11)穿过水箱(9)，并支撑在滚子轴承(3.1)及支撑(3.2)上，所述的滚子轴承(3.1)及支撑(3.2)分别安装在所述联接轴段(11)的两端，并置于水箱(9)的外围两侧；所述水箱(9)与所述联接轴段(11)两端连接处设置有第一动密封装置(4.1)和第二动密封装置(4.2)；所述联接轴段(11)套装有水润滑轴承(10)，所述水润滑轴承(10)浸没在水箱(9)中；所述水润滑轴承(10)两端分别安装有第一静态力加载装置(5.1)和第二静态力加载装置(5.2)；所述第一静态力加载装置(5.1)和第二静态力加载装置(5.2)上端安装在加载装置支撑架(8)上；同时在所述水润滑轴承(10)上还安装有动态力加载装置(6)和动态力及响应测量装置(7)；所述的动态力加载装置(6)的上端弹性安装在所述的加载装置支撑架(8)上。
2.根据权利要求1所述的水润滑轴承动态特性参数测试装置，其特征在于：所述的第一静态力加载装置(5.1)和第二静态力加载装置(5.2)可分别单独对水润滑轴承(10)施加静载荷，从而实现对水润滑轴承位置和角度的调整和控制。
3.根据权利要求1所述的水润滑轴承动态特性参数测试装置，其特征在于：所述的动态力加载装置(6)可以沿Y向和Z向同时施加相同或不同载荷的动态力，从而对水润滑轴承(10)进行两个方向的动态激励。
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