CN110848245A - 一种柔性铰链可倾瓦轴承及轴承摆角、疲劳寿命检测方法 - Google Patents

一种柔性铰链可倾瓦轴承及轴承摆角、疲劳寿命检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性铰链可倾瓦轴承及轴承摆角、疲劳寿命检测方法，包括轴承体、柔性铰链、轴瓦、供油孔、螺纹孔、定位孔，所述的轴承体包括圆环状的轴承本体和沿轴承本体径向方向向内部延伸的轴承间隔部；多个轴瓦沿轴承本体的周向方向排列在轴承本体内圈，轴瓦通过柔性铰链与轴承本体相连接，且相邻的轴瓦之间由所述轴承间隔部隔开；且轴瓦的瓦背与轴承本体之间具有间隙，且以柔性铰链为对称线，其中一侧的间隙大于另外一侧的间隙；在大间隙对应的轴承本体上预留有一个安装孔，该安装孔用于安装电涡流传感器；在小间隙对应的轴承本体上预留有定位孔和螺纹孔；在轴承间隔部上设有供油孔。

Description

一种柔性铰链可倾瓦轴承及轴承摆角、疲劳寿命检测方法
技术领域
本发明涉及可倾瓦轴承技术领域，具体涉及柔性铰链可倾瓦轴承及该轴承的摆角、疲劳寿命检测方法。
背景技术
可倾瓦轴承是滑动轴承的一种，当主轴的轴心位置因载荷改变而发生变化时，轴瓦可以绕支点发生转动以适应载荷的变化，可倾瓦轴承具有噪音小、摩擦功耗小、稳定性好等特点。但是传统可倾瓦轴承的结构较为复杂，加工装配精度要求高，支点处易磨损，在使用过程中非承载瓦可能会出现空载的现象，易使轴承发生振动，轴瓦会与转子接触造成损伤。
轴瓦摆角是影响可倾瓦轴承油膜厚度的大小主要因素之一，由于每个轴瓦具有独立的摆动自由度，因此对油膜力进行建模计算时需要分别计算各个轴瓦的摆角，若能直接测量出实际轴瓦摆角，就可将实际摆角与计算摆角进行比较检验，对所建模型进行修正。
在转子系统的运转过程中，柔性铰链需要承受循环载荷的作用，若轴承长时间处于工作状态下，柔性铰链的变形程度必然不断增加，容易引起疲劳损伤，设备损坏，因此需要对柔性铰链的疲劳寿命进行检测。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明提出柔性铰链可倾瓦轴承的摆角及疲劳寿命检测方法，实现对每个轴瓦工作状况的在线精确检测。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种柔性铰链可倾瓦轴承，包括轴承体、柔性铰链、轴瓦、供油孔、螺纹孔、定位孔，所述的轴承体包括圆环状的轴承本体和沿轴承本体径向方向向内部延伸的轴承间隔部；多个轴瓦沿轴承本体的周向方向排列在轴承本体内圈，轴瓦通过柔性铰链与轴承本体相连接，且相邻的轴瓦之间由所述轴承间隔部隔开；且轴瓦的瓦背与轴承本体之间具有间隙，且以柔性铰链为对称线，其中一侧的间隙大于另外一侧的间隙；在大间隙对应的轴承本体上预留有一个安装孔，该安装孔用于安装电涡流传感器，所述的电涡流传感器用于检测轴承的摆角；在小间隙对应的轴承本体上预留有定位孔和螺纹孔；在轴承间隔部上设有供油孔。该轴承依靠动压进行承载，无静压腔。
进一步的技术方案，所述轴承体、柔性铰链和轴瓦均采用线切割加工而成，每个轴瓦分别通过一个柔性铰链与轴承体相连接，轴瓦、柔性铰链和轴承体一体成型。
上述方案中，所述的柔性铰链为直梁结构，但不限于直梁结构。
上述方案中，所述的轴瓦受到偏转力(力矩)作用时，柔性铰链会产生微小变形，带动轴瓦进行偏转。
上述方案中，所述的供油孔为定油压供油，所述的螺纹孔用来实现轴承的装配与供油。
上述方案中，所述的轴瓦两侧均有一定的圆角，使润滑油在系统工作时进入轴瓦内部并产生动压油膜，圆角的目的是改善应力集中，增强轴承承载的稳定性。
上述方案中，所述的安装孔在轴承本体上沿圆周方向上均匀设置
第二方面，本发明还提供了一种柔性铰链可倾瓦轴承的摆角和疲劳寿命的检测方法，具体如下：
(1)在轴瓦的柔性铰链上粘贴电阻应变片，用于预测柔性铰链的疲劳寿命。当柔性铰链受到力(力矩)作用而产生微小变形，带动轴瓦进行偏转，其表面上的电阻应变片亦随其发生相同的变化，应变片的电阻变化值与交变应力的大小、循环次数成比例，可由电阻变化拟合出疲劳寿命曲线的经验公式，从而预测柔性铰链的疲劳寿命；
(2)在预留的安装孔内安装电涡流传感器，实现轴瓦摆角的在线精确测量，当轴瓦进行偏转，瓦块与电涡流传感器间的距离随之变化，根据距离的变化得到可倾瓦的摆角，实现轴瓦摆角的在线精确测量。由于轴瓦自身的变形对摆角的影响不大，而柔性铰链的变形对摆角的影响十分显著，因此本发明仅考虑柔性铰链变形所带来的摆角变化。
本发明的有益效果如下：
本发明公开了的柔性铰链可倾瓦动压轴承，柔性铰链具有自回复特性，用柔性铰链代替传统可倾瓦轴承的摆动支点，利用线性一体化加工将轴瓦与轴承主体连接为一体，省去了装配环节，优化了轴瓦支点结构，极大得提高了装配精度，摒弃了传统可倾瓦轴承的机构复杂、非承载瓦空载时具有不稳定性等诸多缺点，同时继承了其动力稳定特性。
针对本发明所公开轴承的结构特性提出了轴瓦摆角及疲劳寿命的检测方法。通过在瓦背上安装涡流传感器，直接测量获得可倾瓦的摆角，可利用实际摆角与计算摆角进行比较，对油膜力计算模型进行修正。在柔性铰链上粘贴电阻应变片，可由电阻变化来推算交变应变的大小及循环次数，建立疲劳寿命曲线的经验公式，预测柔性铰链的疲劳寿命。
本发明结构简单，安装容易，能及时准确地知道各个可倾瓦的工作状况，实现轴瓦摆角及疲劳寿命的在线监测，并且测量精确度、灵敏度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是柔性铰链可倾瓦轴承轴向端面视图。
图2是柔性铰链可倾瓦轴承轴向中间截面视图。
图3是轴瓦摆角测量模型图。
附图中的标记说明：1-轴承体，1-1轴承本体，1-2间隔部，2-柔性铰链，3-轴瓦，4-供油孔，5-螺纹孔，6-定位孔，7-圆角，8-轴颈，9-电涡流传感器，10-电阻应变片，11-安装孔。
具体实施方法
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术部分所介绍，传统可倾瓦轴承存在结构复杂、非承载瓦空载时具有不稳定性以及无法在线监测工作状况等不足，为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一个柔性铰链可倾瓦轴承，轴瓦沿轴承体的周向方向排列在轴承体内圈，并通过柔性铰链与轴承体相连接，每个瓦块背部的偏向一侧留有一定的间隙。同时本发明还基于该轴承，在可倾瓦的瓦背上安装电涡流传感器，在柔性铰链上粘贴电阻应变片，提出可倾瓦的摆角和柔性铰链的疲劳寿命检测方法。
本发明实施例中的柔性铰链可倾瓦轴承，包括轴承体1、柔性铰链2、轴瓦3、供油孔4、螺纹孔5、定位孔6、圆角7和安装孔11。
其中，轴承体1包括圆环状的轴承本体1-1和沿轴承本体径向方向向内部延伸的轴承间隔部1-2；在本实施例中，在轴承本体内侧设置四个轴承间隔部1-2；且轴承本体1-1和间隔部1-2采用线切割加工而成，一体成型。
本实施例中轴瓦3包括四个，四个轴瓦沿轴承本体的周向方向排列在轴承本体内圈，轴瓦通过柔性铰链2与轴承本体1-1相连接，且相邻的轴瓦之间由所述轴承间隔部隔开，即每相邻的两个轴承间隔部1-2之间设置一个轴瓦3；且每个轴瓦3的瓦背与轴承本体1-1之间具有间隙，且以柔性铰链2为对称线，其中一侧的间隙大于另外一侧的间隙；在大间隙对应的轴承本体上预留有一个安装孔11，在本实施例中包括四个轴瓦，因此设置有四个安装孔11，该安装孔用于安装电涡流传感器9，所述的电涡流传感器9用于检测轴承的摆角；在小间隙对应的轴承本体上预留有定位孔6和螺纹孔5，一共是四个定位孔6和四个螺纹孔5；在轴承间隔部上设有供油孔4，该轴承依靠动压进行承载，无静压腔。
在本实施例中，所述轴承的轴承体1、柔性铰链2、轴瓦3整体采用线切割加工而成，每个轴瓦分别通过一个柔性铰链与轴承体相连接，轴瓦、柔性铰链和轴承体一体成型。
在本实施例中，所述的柔性铰链设计为直梁结构，但是不难理解的，在其他实施例中，柔性铰链还可以设计其他结构，例如：直圆型、圆角型和椭圆形。
在本实施例中，所述的轴瓦受到偏转力(力矩)作用时，柔性铰链会产生微小变形，带动轴瓦进行偏转。
在本实施例中，所述的供油孔4为定油压供油，所述的螺纹孔5用来实现轴承的装配与供油，在每个轴承间隔部上均设有一个供油孔4，一共设置四个供油孔；
在本实施例中，所述的轴瓦两侧均有一定的圆角7，使润滑油在系统工作时进入轴瓦内部并产生动压油膜，圆角的目的是改善应力集中，增强轴承承载的稳定性。
在本实施例中，所述的电涡流传感器9安装在所述的安装孔11内，可倾瓦的瓦背，当轴瓦进行偏转，瓦块与传感器间的距离随之变化，根据距离的变化得到可倾瓦的摆角，实现轴瓦摆角的在线精确测量。由于瓦块自身的变形对摆角的影响不大，而柔性铰链的变形对轴瓦摆角的影响十分显著，因此本发明仅考虑柔性铰链变形所带来的摆角变化。
在本实施例中，所述的电阻应变片10粘贴在轴瓦柔性铰链上，当柔性铰链受到力(力矩)作用而产生微小变形，带动轴瓦进行偏转，其表面上的应变片亦随其发生相同的变化，应变片的电阻变化值与交变应力的大小、循环次数成比例，可由电阻变化拟合出疲劳寿命曲线的经验公式，从而预测柔性铰链的疲劳寿命。
可倾瓦轴承工作状况检测的具体步骤如下：
(1)准备实验仪器，检查设备的完整性，检查设备的接线是否正常，并打开总开关；
(2)粘贴电阻应变片，安装传感器，运用万用表或示波器调节传感器的位置，使探头与转子的距离为0.75mm，即位移特性曲线线性中点位置，此时线性度最好，测试准确度最佳；
(3)启动液压泵，观察是否有漏油情况，能否正常充分供油，观察压力表，调节油泵压力大小；
(4)打开电机的风机开关；
(5)打开变频器开关，调节转子转速至规定位置，轴颈开始做非线性运动；
(6)实时采集数据。通过输入线将DH5923测试装置与电涡流传感器进行连接，使用1394数据线将测试装置与PC机连接，组成完整的DH5923测试系统，测量轴瓦摆动时电涡流传感器的输出电压。电阻应变片通过接线端子与电阻应变仪相连，电阻应变仪与PC机连接，测量工作应变片的电阻变化；
(7)数据采集完毕后，通过变频器将转子转速调为0，并关闭变频器开关，关闭电机的风机开关，关闭液压油泵开关，停止供油，将传感器卸下并妥善放置，关闭实验台总开关；
(8)运用PC机对输出电压和电阻进行分析处理。根据标定关系得到轴瓦的位移量，根据公式计算得到第i个可倾瓦摆角，其中l为第i个轴瓦处的传感器到该可倾瓦柔性铰链的距离，y表示该处电涡流传感器所测可倾瓦的位移量；
(9)根据电阻变化建立经验公式，预测柔性铰链的疲劳寿命。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于：包括轴承体、柔性铰链、轴瓦、供油孔、螺纹孔、定位孔，所述的轴承体包括圆环状的轴承本体和沿轴承本体径向方向向内部延伸的轴承间隔部；多个轴瓦沿轴承本体的周向方向排列在轴承本体内圈，轴瓦通过柔性铰链与轴承本体相连接，且相邻的轴瓦之间由所述轴承间隔部隔开；且轴瓦的瓦背与轴承本体之间具有间隙，且以柔性铰链为对称线，其中一侧的间隙大于另外一侧的间隙；在大间隙对应的轴承本体上预留有一个安装孔，该安装孔用于安装电涡流传感器；在小间隙对应的轴承本体上预留有定位孔和螺纹孔；在轴承间隔部上设有供油孔。
2.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，所述的轴承体、柔性铰链和轴瓦采用线切割一体成型。
3.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，所述的柔性铰链为直梁结构。
4.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，所述的轴瓦受到偏转力作用时，柔性铰链会产生微小变形，带动轴瓦进行偏转。
5.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，所述的供油孔为定油压供油，所述的螺纹孔用来实现轴承的装配与供油。
6.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，所述的轴瓦两侧均有一定的圆角。
7.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，所述的安装孔在轴承本体上沿圆周方向上均匀设置。
8.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，在轴瓦的柔性铰链上粘贴电阻应变片，用于预测柔性铰链的疲劳寿命。
9.如权利要求1所述的柔性铰链可倾瓦轴承，其特征在于，在预留的安装孔内安装电涡流传感器，实现轴瓦摆角的在线精确测量。
10.如权利要求1-9所述的柔性铰链可倾瓦轴承的轴承摆角、疲劳寿命检测方法，其特征在于，
在轴瓦的柔性铰链上粘贴电阻应变片，用于预测柔性铰链的疲劳寿命，当柔性铰链受到力作用而产生微小变形，带动轴瓦进行偏转，其表面上的电阻应变片亦随其发生相同的变化，应变片的电阻变化值与交变应力的大小、循环次数成比例，可由电阻变化拟合出疲劳寿命曲线的经验公式，从而预测柔性铰链的疲劳寿命；
在预留的安装孔内安装电涡流传感器，实现轴瓦摆角的在线精确测量，当轴瓦进行偏转，瓦块与电涡流传感器间的距离随之变化，根据距离的变化得到可倾瓦的摆角，实现轴瓦摆角的在线精确测量。
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