CN108645617A - 一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法 - Google Patents

一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法 Download PDF

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李冰
徐武彬
周德俭
葛原珲
张继尧
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Abstract

本发明公开一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，包括以下步骤：(1)利用普通外圆磨床制备轴颈椭圆度误差由小到大的系列转子；通过三坐标测量仪测量出实际尺寸和误差，确定其圆度误差等级；(2)将各个转子逐一安装于与转子测试实验台上，转子通过轴瓦和滑动轴承连接，滑动轴承通过万向联轴器与转速转矩测量仪连接，转速转矩测量仪与动力机构连接；启动动力结构，带动转子转动，分别对各个转子进行测试；(3)将各个测试数据进行分析，获得圆度误差等级转子的工作状态模拟数据。本发明能够通过试验直接获得带有形位误差的滑动轴承转子系统的各项动力学特征信号，如转速、轴心轨迹、温度、频谱图、振幅图、相位等。

Description

一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法
技术领域
本发明属于转子动力学技术领域，具体涉及一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法。
背景技术
现阶段国内外关于转子动力学的实验研究众多，但其中对于考虑制造误差的滑动轴承转子系统的研究文献少之又少，而制造误差是影响转子系统工作特性的重要因素，且在实际生产和制造中是无法避免并且是随机产生的，而针对制造误差对滑动轴承稳定性的影响，更是需要大量的实验数据的验证。
目前所有的滑动轴承具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法的研究对象均是标准圆轴颈转子，故对于带有形位误差轴颈的转子对滑动轴承系统工作特性的影响研究结果并不直观。
发明内容
本发明提供一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，能够通过试验直接获得带有形位误差的滑动轴承转子系统的各项动力学特征信号，如转速、轴心轨迹、温度、频谱图、振幅图、相位等。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，包括以下步骤：
(1)利用普通外圆磨床制备轴颈椭圆度误差由小到大的系列转子；通过三坐标测量仪测量出实际尺寸和误差，确定其圆度误差等级；
(2)将各个转子逐一安装于与转子试验台上，转子通过轴瓦和滑动轴承连接，滑动轴承通过万向联轴器与转速转矩测量仪连接，转速转矩测量仪与动力机构连接；启动动力结构，带动转子转动，分别对各个转子进行测试，具体测试过程包括以下步骤：
①通过改变滑动轴承内润滑油的温度，调节润滑油动态粘度，对应不同偏心率的转子的测试；
②从转速转矩测量仪获取转速和转矩数据；
③测试轴颈相对轴瓦的位置变化：沿每个轴瓦端面周向的竖直侧与水平侧上分别设置位移传感器I，检测轴颈在水平和竖直方向上的位移；
④测量转动时转子的振幅，在转子上间隔设置两组以上的位移传感器II和相位测量传感器，检测转子的振幅和相位；
(3)将各个测试数据进行分析，获得圆度误差等级转子的工作状态模拟数据。
进一步，所述的步骤①中，在转子试验台上的滑动轴承上设置进油口和出油口，在滑动轴承的进油口与出油口处分别安装有温度传感器，在供油系统的油箱安装加热器和制冷器，通过检测滑动轴承的进油口与出油口处的油温，针对需要对油箱进行加热或制冷，从而监控润滑油升温情况。
进一步，所述的步骤③中，位移传感器I为涡流非接触式位移传感器，每个轴瓦安装配置为四个，分为两组，每组两个，别安装每个轴瓦端面周向的竖直侧与水平侧，每个传感器和轴颈表面之间的初始距离为探针有效线性范围的一半。
进一步，所述的步骤④中，所述的位移传感器II分别设在两组滑动轴承内侧旁的转子上，用于测量转子的振幅；
所述的相位测量传感器分别设在两组滑动轴承外侧的转子上，所述的万向节联轴器上设有螺钉检测头，以此螺钉作为基准信号发生器，作为相位基准，配合相位测量传感器来进行相位的测量。
进一步，所述的转子的制备方法包括以下步骤：
A、在普通外圆磨床上加工磨制半径为2ae的标准圆轴颈，圆心为Oj，理论椭圆截面的长轴半径为2ae、短轴长度为2be；
B、在标准圆轴颈的中心线AB上作垂直平分线，该垂直平分线与理论椭圆交于点D、E，将圆心Oj在该垂直平分线上向下偏移在线段OjE上找一点O1，使得线段并且以O1为圆心，以线段O1D为半径画圆I，与标准圆轴颈截面相交于为G、J两点，即圆弧GJ为加工所形成的圆弧；
C、以同样的方法将圆心Oj在该垂直平分线上向上偏移在线段OjD上取点O2，使得O1Oj＝O2Oj，然后以O2为圆心，O2E为半径画圆II，与标准圆轴颈截面相交于点M、N，即圆弧MN为加工所需要圆弧；
D、加工成椭圆轴颈截面由圆弧MG、圆弧GJ、圆弧JN和圆弧MN四段圆弧组成的椭圆轴颈。
进一步，所述的理论椭圆02的椭圆度误差范围为0.1-0.4。
本发明所使用的转子试验台，包括基座、试验台底座，所述的试验台底座通过稳固支撑装置固定安装于基座上；所述的试验台底座上沿纵向设置滑动轴承座I和滑动轴承座II，转子安装于滑动轴承座I和滑动轴承座II上，转子的前端从滑动轴承座I的前端伸出，转子的后端从滑动轴承座II的后端伸出；所述的转子的后端与转速转矩测量仪连接，所述的转速转矩测量仪与皮带轮轴承座连接；所述的滑动轴承座I和滑动轴承座II两侧分别设有位移传感器，用于测试的转子转动时在其径向上的位移。
进一步，所述的试验台底座上沿其纵向设置导槽I、导槽II、导槽III，所述的滑动轴承座I、滑动轴承座II安装于导槽I中，所述的转速转矩测量仪安装于导槽II中，所述的皮带轮轴承座安装于导槽III。
进一步，还包括润滑油供给装置，所述的润滑油供给装置包括供油箱、供油管、出油管、储油箱、油泵、送油管；所述的油箱底面高于滑动轴承座I和滑动轴承座II的顶端设置，所述的油箱的底部通过供油管分别与滑动轴承座I和滑动轴承座II连接，通过重力供应润滑油；所述的滑动轴承座I和滑动轴承座II的底部分别通过出油管连接至储油箱，将润滑油排至储油箱；所述的储油箱连接送油管，所述的送油管经过油泵连通至供油箱的顶部，将储油箱中的润滑油送入供油箱中。
进一步，所述的润滑油供给装置还包括温度控制器和显示器，所述的出油管靠近滑动轴承座I和滑动轴承座II处分别设有温度传感器I，所述的供油箱内设有温度传感器II和加热系统、制冷系统；所述的温度传感器I、温度传感器II、加热系统、制冷系统分别与温度控制器电连接，温度传感器I、温度传感器II传输测试温度至温度控制器，经控制器传输至显示器显示，温度控制器根据设定温度控制加热系统或制冷系统启动。
进一步，还包括数据收集系统，所述的数据收集系统与各个位移传感器电连接，接收各个位移传感器的测试数据并存储或者传输至PC。
进一步，所述的数据收集系统为型号为NI9211、NI9203或NI9203NI的数据采集卡。
进一步，所述的底座由重型混凝土搭建而成。
进一步，所述的试验台底座由厚度100mm以上的重型钢板搭建而成，试验台底座通过膨胀螺栓和调平块安装于基座上，所述的膨胀螺栓设有三组，每组两个，分别位于试验台底座底面的前部、中部和下部；所述的膨胀螺栓的下端固定在基座上，膨胀螺栓的上端通过拧紧螺母与试验台底座连接；所述的调平块下端固定在在基座上，上端与试验台底座底面接触，调平块能够伸缩从而调整试验台底座水平。安装时，先将膨胀螺栓固定在基座上，将试验台底座对应安装在膨胀螺栓上，然后把调平块固定在基座上，调平块的上端与试验台底座底面接触，通过伸缩进行调平，调平完成后，再把螺栓上的拧紧螺母拧紧。
进一步，还包括配重块，所述的配重块套设于转子上，位于滑动轴承座I和滑动轴承座II之间。
进一步，还包括电机，所述的电机通过皮带轮结构与皮带轮轴承座连接。
本发明的转子测试试验台的工作过程如下：
启动电机，电机通过皮带轮结构驱动转子开始运转，转速转矩测量仪检测转子的转速和转矩；启动油泵，油泵将储油箱中的润滑油泵入油箱中，油箱中的润滑油由于重力作用通过供油管送达滑动轴承座I和滑动轴承座II上的滑动轴承，滑动轴承座I和滑动轴承座II处的温度传感器I监控润滑油升温情况，供油箱内的温度传感器II和加热系统、制冷系统对供油箱内的油温进行调控；温度传感器I、温度传感器II、加热系统、制冷系统分别与温度控制器电连接，温度传感器I、温度传感器II传输测试温度至温度控制器，经温度控制器传输至显示器显示，温度控制器根据设定温度控制加热系统或制冷系统启动；滑动轴承座I和滑动轴承座II两侧的位移传感器，用于测试的转子转动时在其径向上的位移；数据收集系统的电涡流传感器将采集到的电流或电压信号传输到数据采集卡上，数据采集卡完成对数据的信号转换等前处理，再传输至计算机，通过Labview对数据进行分析处理，进而输出各项指标的结果；储油箱回收试验台底座上的润滑油进行循环利用。
本发明的有益效果为：
本发明通过独特的测试方法，能够有效模拟实际的轴承转子形位误差，并且结合转子试验台，以及滑动轴承的油温控制，能够进一步模拟测试具有形位误差的转子工作过程的的各项动力学特征信号，克服了现有技术中无法直观评测具有形位误差的转子工作过程的难题，并且，通过构建这种模拟测试，能够研究出不同椭圆度的轴承转子形位误差的影响，对实际工作时转子的故障原因分析，能够起到很好的参考作用。
本发明椭圆度误差轴颈的加工方法，该方法能够有效模拟实际加工过程中产生的制造误差，使得制备出的转子更为符合实际生产中的误差，结合转子实验台测试能够更贴合实际工况。
附图说明
图1是本发明的椭圆轴颈加工示意图；
图2是本发明的转子试验台的整体结构示意图；
图3是本发明的转子试验台的动力传递系统结构示意图；
图中各序号和名称如下：
01-标准圆轴颈；02-理论椭圆；03-圆I；04-圆II；05-椭圆轴颈；
1-底座；2-试验台底座；3-稳固支撑装置；4-滑动轴承座I；5-滑动轴承座II；6-转速转矩测量仪；7-皮带轮轴承座；8-油箱；9-供油管；10-出油管；11-储油箱；12-油泵；13-送油管；14-导向槽I；15-导向槽II；16-导向槽III；17-配重块。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，包括以下步骤：
(1)利用普通外圆磨床制备轴颈椭圆度误差由小到大的系列转子；通过三坐标测量仪测量出实际尺寸和误差，确定其圆度误差等级；
所述的转子的制备方法如图1所示，包括以下步骤：
A、在普通外圆磨床上加工磨制半径为2ae的标准圆轴颈01，圆心为Oj，设计的标准理想圆轴颈01的尺寸为：轴颈直径49.2mm，长度50mm；理论椭圆02截面的长轴半径为2ae、短轴长度为2be；
B、在标准圆轴颈01的中心线AB上作垂直平分线，该垂直平分线与理论椭圆02交于点D、E，将圆心Oj在该垂直平分线上向下偏移在线段OjE上找一点O1，使得线段并且以O1为圆心，以线段O1D为半径画圆I03，与标准圆轴颈01截面相交于为G、J两点，即圆弧GJ为加工所形成的圆弧；
C、以同样的方法将圆心Oj在该垂直平分线上向上偏移在线段OjD上取点O2，使得O1Oj＝O2Oj，然后以O2为圆心，O2E为半径画圆II04，与标准圆轴颈01截面相交于点M、N，即圆弧MN为加工所需要圆弧；
D、加工成椭圆轴颈截面由圆弧MG、圆弧GJ、圆弧JN和圆弧MN四段圆弧组成的椭圆轴颈05。
本实施例中加工出4个不同椭圆度轴颈的转子，各转子的规格为椭圆度误差为0.1、椭圆度误差为0.2、椭圆度误差为0.3、椭圆度误差为0.4。
(2)将各个转子逐一安装于与转子测试实验台上，转子通过轴瓦和滑动轴承连接，滑动轴承通过万向联轴器与转速转矩测量仪连接，转速转矩测量仪与动力机构连接；启动动力结构，带动转子转动，分别对各个转子进行测试，具体测试过程包括以下步骤：
①通过改变滑动轴承内润滑油的温度，调节润滑油动态粘度，对应不同偏心率的转子的测试；在转子实验台上的滑动轴承上设置进油口和出油口，在滑动轴承的进油口与出油口处分别安装有温度传感器，在供油系统的油箱安装加热器和制冷器，通过检测滑动轴承的进油口与出油口处的油温，针对需要对油箱进行加热或制冷，从而监控润滑油升温情况；
本实施例实验所用的润滑油为壳牌公司的Shell-T22和Shell-T15，油品说明书中记录有油温和粘度的关系。
②从转速转矩测量仪获取转速和转矩数据；
③测试轴颈相对轴瓦的位置变化：沿每个轴瓦端面周向的竖直侧与水平侧上分别设置位移传感器I，检测轴颈在水平和竖直方向上的位移；位移传感器I为涡流非接触式位移传感器，每个轴瓦安装配置为四个，分为两组，每组两个，别安装每个轴瓦端面周向的竖直侧与水平侧，每个传感器和轴颈表面之间的初始距离为探针有效线性范围的一半；
④测量转动时转子的振幅，在转子上间隔设置两组以上的位移传感器II和相位测量传感器，检测转子的振幅和相位；所述的位移传感器II分别设在两组滑动轴承内侧旁的转子上，用于测量转子的振幅；所述的相位测量传感器分别设在两组滑动轴承外侧的转子上，所述的万向节联轴器上设有螺钉检测头，以此螺钉作为基准信号发生器，作为相位基准，配合相位测量传感器来进行相位的测量；所述的位移传感器II、相位测量传感器型号均为JX70；
(3)将各个测试数据进行分析，获得圆度误差等级转子的工作状态模拟数据。
实施例2
如图2-3所示，本发明的转子试验台，包括基座1、试验台底座2，所述的试验台底座2通过稳固支撑装置3固定安装于基座1上；所述的试验台底座2上沿纵向设置滑动轴承座I4和滑动轴承座II5，转子安装于滑动轴承座I4和滑动轴承座II5上，转子的前端从滑动轴承座I4的前端伸出，转子的后端从滑动轴承座II5的后端伸出；所述的转子的后端与转速转矩测量仪6连接，所述的转速转矩测量仪6与皮带轮轴承座7连接；
所述的滑动轴承座I4和滑动轴承座II5两侧分别设有位移传感器，用于测试的转子转动时在其径向上的位移。
所述的试验台底座2上沿其纵向设置导槽I14、导槽II15、导槽III16，所述的滑动轴承座I4、滑动轴承座II5安装于导槽I14中，所述的转速转矩测量仪6安装于导槽II15中，所述的皮带轮轴承座7安装于导槽III16。
还包括润滑油供给装置，所述的润滑油供给装置包括供油箱8、供油管9、出油管10、储油箱11、油泵12、送油管13；所述的油箱8底面高于滑动轴承座I4和滑动轴承座II5的顶端设置，所述的油箱8的底部通过供油管9分别与滑动轴承座I4和滑动轴承座II5连接，通过重力供应润滑油；所述的滑动轴承座I4和滑动轴承座II5的底部分别通过出油管10连接至储油箱11，将润滑油排至储油箱11；所述的储油箱11连接送油管13，所述的送油管13经过油泵12连通至供油箱8的顶部，将储油箱11中的润滑油送入供油箱8中。
所述的润滑油供给装置还包括温度控制器和显示器，所述的出油管9靠近滑动轴承座I4和滑动轴承座II5处分别设有温度传感器I，所述的供油箱8内设有温度传感器II和加热系统、制冷系统；所述的温度传感器I、温度传感器II、加热系统、制冷系统分别与温度控制器电连接，温度传感器I、温度传感器II传输测试温度至温度控制器，经温度控制器传输至显示器显示，温度控制器根据设定温度控制加热系统或制冷系统启动。
还包括数据收集系统，所述的数据收集系统与各个位移传感器电连接，接收各个位移传感器的测试数据并存储或者传输至PC。
所述的数据收集系统为型号为NI9211、NI9203或NI9203NI的数据采集卡。
所述的底座1由重型混凝土搭建而成。
所述的试验台底座2由厚度100mm以上的重型钢板搭建而成，试验台底座2通过膨胀螺栓和调平块安装于基座1上，所述的膨胀螺栓设有三组，每组两个，分别位于试验台底座2底面的前部、中部和下部；所述的膨胀螺栓的下端固定在基座1上，膨胀螺栓的上端通过拧紧螺母与试验台底座2连接；所述的调平块下端固定在在基座1上，上端与试验台底座2底面接触，调平块能够伸缩从而调整试验台底座2水平。安装时，先将膨胀螺栓固定在基座1上，将试验台底座2对应安装在膨胀螺栓上，然后把调平块固定在基座1上，调平块的上端与试验台底座2底面接触，通过伸缩进行调平，调平完成后，再把螺栓上的拧紧螺母拧紧。
还包括配重块17，所述的配重块17套设于转子上，位于滑动轴承座I4和滑动轴承座II5之间。
还包括电机，所述的电机通过皮带轮结构与皮带轮轴承座7连接。
本发明的转子试验台工作过程如下：
启动电机，电机通过皮带轮结构驱动转子开始运转，转速转矩测量仪6检测转子的转速和转矩；启动油泵12，油泵12将储油箱11中的润滑油泵入油箱8中，油箱8中的润滑油由于重力作用通过供油管9送达滑动轴承座I4和滑动轴承座II5上的滑动轴承，滑动轴承座I4和滑动轴承座II5处的温度传感器I监控润滑油升温情况，供油箱8内的温度传感器II和加热系统、制冷系统对供油箱8内的油温进行调控；温度传感器I、温度传感器II、加热系统、制冷系统分别与温度控制器电连接，温度传感器I、温度传感器II传输测试温度至温度控制器，经温度控制器传输至显示器显示，温度控制器根据设定温度控制加热系统或制冷系统启动；滑动轴承座I4和滑动轴承座II5两侧的位移传感器，用于测试的转子转动时在其径向上的位移；数据收集系统的电涡流传感器将采集到的电流或电压信号传输到数据采集卡上，数据采集卡完成对数据的信号转换等前处理，再传输至计算机，通过Labview对数据进行分析处理，进而输出各项指标的结果；储油箱11回收试验台底座2上的润滑油进行循环利用。

Claims (6)

1.一种具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用普通外圆磨床制备轴颈椭圆度误差由小到大的系列转子；通过三坐标测量仪测量出实际尺寸和误差，确定其圆度误差等级；
(2)将各个转子逐一安装于与转子测试实验台上，转子通过轴瓦和滑动轴承连接，滑动轴承通过万向联轴器与转速转矩测量仪连接，转速转矩测量仪与动力机构连接；启动动力结构，带动转子转动，分别对各个转子进行测试，具体测试过程包括以下步骤：
①通过改变滑动轴承内润滑油的温度，调节润滑油动态粘度，对应不同偏心率的转子的测试；
②从转速转矩测量仪获取转速和转矩数据；
③测试轴颈相对轴瓦的位置变化：沿每个轴瓦端面周向的竖直侧与水平侧上分别设置位移传感器I，检测轴颈在水平和竖直方向上的位移；
④测量转动时转子的振幅，在转子上间隔设置两组以上的位移传感器II和相位测量传感器，检测转子的振幅和相位；
(3)将各个测试数据进行分析，获得圆度误差等级转子的工作状态模拟数据。
2.根据权利要求1所述的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，其特征在于：
所述的步骤①中，在转子实验台上的滑动轴承上设置进油口和出油口，在滑动轴承的进油口与出油口处分别安装有温度传感器，在供油系统的油箱安装加热器和制冷器，通过检测滑动轴承的进油口与出油口处的油温，针对需要对油箱进行加热或制冷，从而监控润滑油升温情况。
3.根据权利要求1所述的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，其特征在于：
所述的步骤③中，位移传感器I为涡流非接触式位移传感器，每个轴瓦安装配置为四个，分为两组，每组两个，别安装每个轴瓦端面周向的竖直侧与水平侧，每个传感器和轴颈表面之间的初始距离为探针有效线性范围的一半。
4.根据权利要求3所述的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，其特征在于：
所述的步骤④中，所述的位移传感器II分别设在两组滑动轴承内侧旁的转子上，用于测量转子的振幅；
所述的相位测量传感器分别设在两组滑动轴承外侧的转子上，所述的万向节联轴器上设有螺钉检测头，以此螺钉作为基准信号发生器，作为相位基准，配合相位测量传感器来进行相位的测量。
5.根据权利要求1所述的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，其特征在于，所述的转子的制备方法包括以下步骤：
A、在普通外圆磨床上加工磨制半径为2ae的标准圆轴颈(01)，圆心为Oj，理论椭圆(02)截面的长轴半径为2ae、短轴长度为2be；
B、在标准圆轴颈(01)的中心线AB上作垂直平分线，该垂直平分线与理论椭圆(02)交于点D、E，将圆心Oj在该垂直平分线上向下偏移在线段OjE上找一点O1，使得线段并且以O1为圆心，以线段O1D为半径画圆I(03)，与标准圆轴颈(01)截面相交于为G、J两点，即圆弧GJ为加工所形成的圆弧；
C、以同样的方法将圆心Oj在该垂直平分线上向上偏移在线段OjD上取点O2，使得O1Oj＝O2Oj，然后以O2为圆心，O2E为半径画圆II(04)，与标准圆轴颈(01)截面相交于点M、N，即圆弧MN为加工所需要圆弧；
D、加工成椭圆轴颈截面由圆弧MG、圆弧GJ、圆弧JN和圆弧MN四段圆弧组成的椭圆轴颈(05)。
6.根据权利要求5所述的具有形位误差的转子对滑动轴承工作影响模拟测试方法，其特征在于，所述的转子的制备方法包括以下步骤：所述的理论椭圆(02)的椭圆度误差范围为0.1-0.4。
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