CN115014764A - 无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，包括支撑平台、环境模拟仓、旋转主轴、驱动装置、弹性传动装置、主轴支撑装置、径向力电磁加载装置和轴向力电磁加载装置，环境模拟仓内设置有用于安装被测耦合轴承的轴承安装座，主轴支撑装置包括对称设置于环境模拟仓左右两端外部的两个磁悬浮轴承和两个轴承座，径向力电磁加载装置用于对耦合轴承施加径向加载力，轴向力电磁加载装置用于对耦合轴承施加轴向加载力。本发明能够全面模拟耦合轴承服役的工况条件、全面测试耦合轴承的动态特性。

Description

无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台

技术领域

本发明涉及船舶海洋工程技术领域，尤其涉及一种无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台。

背景技术

随着船舶海洋工程以及机械运载工程领域技术的日益革新，新一代船舶动力“无轴轮缘推进器”颠覆传统推进系统运动变换与动力传递的方式，将桨叶转子与轮缘电机高度集成，由集成电机直接驱动桨叶产生船舶前行所需要的推力。这种一体化集成设计思想大大节约了船舶动力系统空间和提高了推进效率，因此逐渐成为船舶动力发展的未来变革性方向。

在无轴轮缘推进器中，其核心基础部件“径向止推一体式耦合水润滑轴承”(简称耦合轴承)在径向直接承受和传递来自桨叶转子的非定常水动力、电磁及激振力及其产生的扰动力矩，在轴向直接承受螺旋桨产生的非线性脉动推力和相应的力矩。耦合轴承复杂极端的工况条件对其可靠性、摩擦特性、振动特性等动态服役行为提出更为苛刻的要求，因此设计研发出具有低噪声、高可靠、低摩擦、低振动的耦合轴承对促进无轴轮缘推进器技术的持续发展具有重要意义。

然而，当前针对无轴轮缘推进器耦合轴承的测试平台极少，已存在的少数相关测试平台又存在如下技术局限：

(1)现有技术中的测试平台，无法定量控制桨叶转子偏转角，也无法有效模拟无轴轮缘推进器非定常水动力和非线性电磁激振力联合激扰作用。因此，当前相关测试平台对耦合轴承进行的测试不能全面反映其真实的动态服役性能；

(2)现有技术中，难以实时捕捉耦合轴承内部转轴沿横/纵轴的动态转矩，因此无法根据测试数据获取耦合轴承在倾覆力矩和偏转角下的水膜角刚度系数和阻尼，从而无法全面测试耦合轴承的动态特性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能够全面模拟耦合轴承服役的工况条件、全面测试耦合轴承的动态特性的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其包括：

支撑平台，

环境模拟仓，设置于所述支撑平台中部，其用于提供所述耦合轴承所处的水下运行环境的模拟，所述环境模拟仓内设置有用于安装被测耦合轴承的轴承安装座；

旋转主轴，贯穿所述环境模拟仓且与所述环境模拟仓转动连接，所述耦合轴承套设于所述旋转主轴上且与所述旋转主轴转动连接，所述旋转主轴具有驱动端和自由端，所述旋转旋转主轴的驱动端位于所述环境模拟仓的右端外部，所述旋转旋转主轴的自由端位于所述环境模拟仓的左端外部；

驱动装置，包括伺服电机和与所述伺服电机电连接的伺服控制器，所述伺服电机固定安装于所述支撑平台上且与所述旋转主轴的驱动端传动连接，所述伺服控制器用于控制所述伺服电机的工作状态，所述伺服电机用于驱动所述旋转主轴转动；

弹性传动装置，用于连接所述旋转主轴的驱动端和所述伺服电机的输出轴；

主轴支撑装置，包括对称设置于所述环境模拟仓左右两端外部的两个磁悬浮轴承和两个轴承座，所述磁悬浮轴承的转子固定套设于所述旋转主轴上，所述磁悬浮轴承的定子固定安装于所述轴承座上，所述轴承座固定安装于所述支撑平台上；

径向力电磁加载装置，设置于所述支撑平台上且位于所述环境模拟仓内，其用于对所述耦合轴承施加径向加载力；以及

轴向力电磁加载装置，设置于所述支撑平台上且与所述旋转主轴的自由端连接，其用于对所述耦合轴承施加轴向加载力。

优选地，所述无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台还包括电磁加载控制器，所述径向力电磁加载装置、轴向力电磁加载装置和两个磁悬浮轴承分别与所述电磁加载控制器电连接，所述电磁加载控制器用于输出第一电磁加载控制信号和第二电磁加载控制信号，其中，

所述第一电磁加载控制信号用于控制所述径向力电磁加载装置和轴向力电磁加载装置产生非线性磁场，以实现径向非线性动态加载和轴向非线性动态加载；

所述第二电磁加载控制信号用于控制所述磁悬浮轴承产生的磁场来动态调节所述磁悬浮轴承的气隙，使所述旋转主轴稳定悬浮于工作位置。

优选地，所述无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台还包括传感器检测单元，所述传感器检测单元包括用于测量实验过程中产生的动态摩擦力矩的扭矩传感器、用于测量所述旋转主轴偏移量的第一电涡流位移传感器、用于测量所述被测耦合轴承的振动特性的三轴加速度传感器、用于测量所述被测耦合轴承的径向水膜厚度和轴向水膜厚度的第二电涡流位移传感器、用于测量所述被测耦合轴承的径向水膜压力和轴向水膜压力的压力传感器以及用于测量所述被测耦合轴承的温度的温度传感器，其中，

所述第一电涡流位移传感器的信号输出端与所述电磁加载控制器的信号输入端连接；

所述三轴加速度传感器安装于所述轴承安装座上，所述第二电涡流位移传感器、压力传感器和温度传感器均安装于所述被测耦合轴承上。

优选地，所述弹性传动装置包括橡胶齿轮联轴器和传动轴，所述橡胶齿轮联轴器的左端与所述旋转主轴的驱动端固定连接，所述橡胶齿轮联轴器的右端与所述传动轴的左端固定连接，所述传动轴的右端与所述伺服电机的输出轴传动连接。

优选地，所述扭矩传感器设置于所述传动轴和所述伺服电机之间，所述扭矩传感器的一端通过第一刚性联轴器与所述传动轴的右端连接，所述扭矩传感器的另一端通过第二刚性联轴器与所述伺服电机的输出轴连接。

优选地，所述径向力电磁加载装置包括固定连接于所述轴承安装座底部的第一磁力块和位于所述第一磁力块正下方的径向电磁加载器，所述径向电磁加载器固定安装于所述支撑平台上，所述第一磁力块与所述径向电磁加载器之间具有一径向加载间隙。

优选地，所述轴向力电磁加载装置包括轴向推力挡圈、调平底座、支架，以及与所述旋转主轴同轴设置的支撑套、滑套、端面轴承、第一连接板、第二连接板、第一固定挡圈、第二固定挡圈、轴向拉伸轴、第二磁力块、轴向电磁加载器和加载器支座；

所述调平底座固定安装在所述支撑平台上，所述支架通过安装螺栓固定安装在所述调平底座上，所述旋转主轴的自由端从右向左穿过所述支架且与所述支架转动连接，所述支撑套通过安装螺栓固定安装在所述支架左侧，所述第一固定挡圈通过安装螺栓固定安装在所述支撑套左端，所述加载器支座固定安装于所述第一固定挡圈左侧，所述轴向电磁加载器固定安装在所述加载器支座上；

所述滑套设置于所述支撑套内且与所述支撑套滑动连接，所述第二固定挡圈通过安装螺栓固定安装在所述滑套左端，所述第二磁力块活动设置于所述第一固定挡圈的左侧且正对所述轴向电磁加载器，所述轴向拉伸轴的左端与所述第二磁力块固定连接，所述轴向拉伸轴的右端从左至右依次穿过所述第一固定挡圈和第二固定挡圈并通过所述第一连接板与所述第二固定挡圈连接，所述端面轴承的固定安装在所述滑套右端，所述旋转主轴的自由端通过所述第二连接板与所述端面轴承转动连接；

所述轴向推力挡圈设置于所述环境模拟仓内且套设固定于所述轴承安装座的右侧的旋转主轴上。

优选地，所述无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台还包括用于在轴向对所述轴承安装座进行限位的轴向固定挡圈，所述轴向固定挡圈设置于所述环境模拟仓内且套设于所述轴承安装座的左侧的旋转主轴上，所述轴向固定挡圈与所述支撑平台固定连接。

优选地，两个所述磁悬浮轴承的定子上均安装有一个传感器安装环，每个所述传感器环上沿周向均匀间隔安装有多个探测面正对所述旋转主轴的外壁设置的所述第一电涡流位移传感器。

优选地，所述环境模拟仓包括密闭的仓体，所述仓体的左右两端与所述旋转主轴连接的位置均设置有O型密封圈。

本发明的有益效果：

1、采用磁悬浮轴承实现耦合轴承内部桨叶转子(即旋转主轴)偏转控制和瞬态倾覆力矩的可控加载，扩展了现有相关测试平台的测试功能，可有效模拟了桨叶转子在运行过程中施加于耦合轴承上的力矩和偏转角；

2、通过对轴向力电磁加载装置和径向力电磁加载装置施加非线性磁场真实模拟运行过程中无轴轮缘推进器桨叶转子电磁激振力和非定常水动力的联合激扰力，在测试平台上还原了无轴轮缘推进器真实工况环境，进一步增强了实验结果的真实性和有效性；

3、通过传感器检测单元能够实时检测横/纵向瞬态位移和旋转主轴的瞬态转角以及与之对应的轴承内部旋转主轴沿横/纵向的动态转矩，从而通过换算能够得到耦合轴承多个线性和角度的水膜动态刚度和阻尼系数，全面评估无轴轮缘推进器在真实工况条件下的全自由度水膜刚度和水膜阻尼特性，为研发高可靠、低噪声、低摩擦、低振动的高性能耦合轴承和验证复杂理论模型提供关键的实验支撑条件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明一实施例中无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台的结构示意图；

图2是图1中的A部放大图；

图3是本发明一实施例中环境仓所在位置的径向剖视结构示意图；

图4是本发明一实施例中环境仓内部的轴向剖视结构示意图；

图5是本发明一实施例中传感器安装环的剖视结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-5所示，本发明实施例提供一种无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其包括：

支撑平台1，

环境模拟仓2，设置于支撑平台1中部，其用于提供耦合轴承100所处的水下运行环境的模拟环境氛围，环境模拟仓2内设置有用于安装被测耦合轴承100的轴承安装座3，本实施例中的耦合轴承100为对开式径向止推一体式耦合水润滑轴承；

旋转主轴4，贯穿环境模拟仓2且与环境模拟仓2转动连接，耦合轴承100套设于旋转主轴4上且与旋转主轴4转动连接，旋转主轴4具有驱动端和自由端，旋转旋转主轴4的驱动端位于环境模拟仓2的右端外部，旋转旋转主轴4的自由端位于环境模拟仓2的左端外部；

驱动装置，包括伺服电机5和与伺服电机5电连接的伺服控制器(图中未示出)，伺服电机5固定安装于支撑平台1上且与旋转主轴4的驱动端传动连接，伺服控制器用于控制伺服电机5的工作状态，伺服电机5用于驱动旋转主轴4转动；

弹性传动装置，用于连接旋转主轴4的驱动端和伺服电机5的输出轴；

主轴支撑装置，包括对称设置于环境模拟仓2左右两端外部的两个磁悬浮轴承6和两个轴承座7，磁悬浮轴承6的转子固定套设于旋转主轴4上，磁悬浮轴承6的定子固定安装于轴承座7上，轴承座7固定安装于支撑平台1上；

径向力电磁加载装置8，设置于支撑平台1上且位于环境模拟仓2内，其用于对耦合轴承100施加径向加载力；以及

轴向力电磁加载装置9，设置于支撑平台1上且与旋转主轴4的自由端连接，其用于对耦合轴承100施加轴向加载力。

本实施例中，无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台还包括电磁加载控制器10，径向力电磁加载装置8、轴向力电磁加载装置9和两个磁悬浮轴承6分别与电磁加载控制器10电连接，电磁加载控制器10用于输出第一电磁加载控制信号和第二电磁加载控制信号，其中，

第一电磁加载控制信号用于控制径向力电磁加载装置8和轴向力电磁加载装置9产生非线性磁场，以实现径向非线性动态加载和轴向非线性动态加载；

第二电磁加载控制信号用于控制磁悬浮轴承6产生的磁场来动态调节磁悬浮轴承6的气隙，使旋转主轴4稳定悬浮于工作位置。

本实施例中，无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台还包括传感器检测单元，传感器检测单元包括用于测量实验过程中产生的动态摩擦力矩的扭矩传感器11、用于测量旋转主轴4偏移量的第一电涡流位移传感器12、用于测量被测耦合轴承100的振动特性(如耦合轴承100在水平和竖直方向的振动位移、振动加速度)的三轴加速度传感器13、用于测量被测耦合轴承100的径向水膜厚度和轴向水膜厚度的第二电涡流位移传感器14、用于测量被测耦合轴承100的径向水膜压力和轴向水膜压力的压力传感器15以及用于测量被测耦合轴承100的温度的温度传感器16，其中，

第一电涡流位移传感器12的信号输出端与电磁加载控制器10的信号输入端连接；

三轴加速度传感器13安装于轴承安装座3上，第二电涡流位移传感器14、压力传感器15和温度传感器16均安装于被测耦合轴承100上。

通过传感器检测单元能够实时检测耦合轴承100的横/纵向瞬态位移和旋转主轴4的瞬态转角以及与之对应的轴承内部旋转主轴4沿横/纵向的动态转矩，从而通过换算能够得到耦合轴承100多个线性和角度的水膜动态刚度和阻尼系数，全面评估无轴轮缘推进器在真实工况条件下的全自由度水膜刚度和水膜阻尼特性，为研发高可靠、低噪声、低摩擦、低振动的高性能耦合轴承100和验证复杂理论模型提供关键的实验支撑条件；同时，能够实时检测测试平台运行过程中耦合轴承100的水膜厚度、振动位移、水膜压力、温升等综合性能。

本实施例中，两个磁悬浮轴承6的定子上均安装有一个传感器安装环17，每个传感器环上沿周向均匀间隔安装有4个探测面正对旋转主轴4的外壁设置的第一电涡流位移传感器12。

本实施例中，无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台的旋转主轴4和环境模拟仓2内部的轴承安装座3，由对称设置的两个磁悬浮轴承6支撑，可大幅减小实验过程中的附加摩擦力矩，使得扭矩传感器11测得的动态摩擦力矩数据更加真实地反映耦合轴承100的摩擦力矩；

通过两个磁悬浮轴承6定子上的传感器安装环17上的多个第一电涡流位移传感器12测量旋转主轴4在对应方向的偏移量从而由电磁加载控制器10计算得到旋转主轴4的偏差信号，电磁加载控制器10再根据计算得到的偏差信号输出第二电磁加载控制信号控制磁悬浮轴承6的通电电流从而控制磁悬浮轴承产生的电磁力大小来动态调节磁悬浮轴承6的气隙，使得旋转主轴4稳定悬浮于工作位置，从而便于通过径向力电磁加载装置8和轴向力电磁加载装置9对旋转主轴4加载实现对旋转主轴4的任意偏转角度的可控调节，模拟桨叶转子在实际工况下的偏转，可真实反映无轴轮缘推进器在桨叶转子扰动力矩下的耦合轴承100偏转状态，提高了实验的准确性。

需要说明的是，为了提高旋转主轴4的偏转角度的控制精度，在安装磁悬浮轴承6时，需要保证两个磁悬浮轴承6的轴承孔中心的水平对中性。

为了更加真实模拟无轴轮缘推进器润滑条件，本测试平台采取开式润滑方式，润滑水容置于环境模拟仓2密闭的仓体201中，仓体201的左右两端装配有O型密封圈202，这样，在满足仓体201密闭性的同时还允许旋转主轴4在轴向和径向产生微量偏转。为了便于安装，轴承安装座3采用剖分式结构，其包括相对设置的上座体301和下座体302，轴承安装座3的上座体301和轴承安装座3的下座体302通过可拆卸螺栓连接。

为了保证轴承安装座3加载后不被耦合轴承100产生的摩擦力矩驱动发生周向旋转，在轴承安装座3两侧分别设置了限位架18；限位架18上竖向开设有若干过水通孔181，便于限位架18上部的水与限位架18下部的水能够更加顺畅地进行循环，从而提高对旋转主轴4和耦合轴承100之间的水润滑效果。

具体地，弹性传动装置包括橡胶齿轮联轴器19和传动轴20，橡胶齿轮联轴器19的左端与旋转主轴4的驱动端固定连接，橡胶齿轮联轴器19的右端与传动轴20的左端固定连接，传动轴20的右端与伺服电机5的输出轴传动连接。采用橡胶齿轮联轴器19连接于伺服电机5和旋转主轴之间，可以保证旋转主轴4在轴向和径向可实现一定程度的偏转，从而更好地模拟桨叶转子在实际工况下的偏转。具体地，扭矩传感器11设置于传动轴20和伺服电机5之间，扭矩传感器11的一端通过第一刚性联轴器21与传动轴20的右端连接，扭矩传感器11的另一端通过第二刚性联轴器22与伺服电机5的输出轴连接。将扭矩传感器11安装于旋转主轴4的输入端，便于更加准确地测量旋转主轴4施加于耦合轴承100的动态摩擦力矩。

在一个实施例中，径向力电磁加载装置8包括固定连接于轴承安装座3底部的第一磁力块801和位于第一磁力块801正下方的径向电磁加载器802，径向电磁加载器802固定安装于支撑平台1上，第一磁力块801与径向电磁加载器802之间具有一径向加载间隙。径向电磁加载器802施加的电磁场与安装于轴承安装座3底部的第一磁力块801产生磁力作用，从而产生径向力，最终该径向力作用于耦合轴承100的径向承载面上。为了实现模拟真实工况下无轴轮缘推进器桨叶转子电磁激振力和非定常水动力的联合激扰，可通过电磁加载控制器10对径向电磁加载器802通不同频谱分量叠加的电磁场进行径向非线性动态加载。

在一个实施例中，轴向力电磁加载装置9包括轴向推力挡圈901、调平底座902、支架903，以及与旋转主轴4同轴设置的支撑套904、滑套905、端面轴承906、第一连接板907、第二连接板908、第一固定挡圈909、第二固定挡圈910、轴向拉伸轴911、第二磁力块912、轴向电磁加载器913和加载器支座914；

调平底座902固定安装在支撑平台1上，支架903通过安装螺栓固定安装在调平底座902上，旋转主轴4的自由端从右向左穿过支架903且与支架903转动连接，支撑套904通过安装螺栓固定安装在支架903左侧，第一固定挡圈909通过安装螺栓固定安装在支撑套904左端，加载器支座914固定安装于第一固定挡圈909左侧，轴向电磁加载器913固定安装在加载器支座914上；

滑套905设置于支撑套904内且与支撑套904滑动连接，第二固定挡圈910通过安装螺栓固定安装在滑套905左端，第二磁力块912活动设置于第一固定挡圈909的左侧且正对轴向电磁加载器913，轴向拉伸轴911的左端与第二磁力块912固定连接，轴向拉伸轴911的右端从左至右依次穿过第一固定挡圈909和第二固定挡圈910并通过第一连接板907与第二固定挡圈910固定连接，端面轴承906的固定安装在滑套905右端，旋转主轴4的自由端通过第二连接板908与端面轴承906转动连接；

轴向推力挡圈901设置于环境模拟仓2内且套设固定于轴承安装座3的右侧的旋转主轴4上。

轴向载荷由轴向电磁加载器913和与之对应的第二磁力块912施加。轴向加载过程如下：电磁加载控制器10对轴向电磁加载器913施加磁场，推动/拉动第二磁力块912向右/向左移动。第二磁力块912通过轴向拉伸轴911和第二固定挡圈910带动安装于支撑套904内的滑套905左右滑动，从而通过与滑套905连接的第二连接板908带动旋转主轴4沿着轴向微幅移动，从而带动轴向推力挡圈901微幅移动，最终对耦合轴承100推力面产生轴向力。通过电磁加载控制器10对轴向电磁加载器913施加不同频谱分量的电磁场实现轴向非线性动态加载，从而模拟无轴轮缘推进器轴向激扰的真实工况环境。

为防止轴承安装座3在推力载荷作用下发生轴向过量移动，在轴承安装座3的左侧安装轴向固定挡圈23起到左侧限位作用，轴向固定挡圈23设置于环境模拟仓2内且套设于轴承安装座3的左侧的旋转主轴4上，轴向固定挡圈23与支撑平台1固定连接。

上述实施例中，测试平台通过径向力电磁加载装置8和轴向力电磁加载装置9实现了被测耦合轴承100的径向和轴向的可控动态加载，通过电磁加载控制器10施加具有不同频谱分量的电磁场实现对无轴轮缘推进器真实激扰作用的有效模拟；

由于磁悬浮轴承6可将转子与定子的间隙转换为作用于转子的横向力和纵向力，因此可通过两端对称安置的磁悬浮轴承6的瞬态力数据转换为施加在耦合轴承100上的瞬态扰动力矩和瞬态偏转角；

根据径向轴承和推力轴承液膜刚度系数和阻尼系数的求解方法，将径向轴承横向力、纵向力、绕横轴转矩、绕纵轴转矩以及推力轴承的轴向力，分别对横向位移、纵向位移、绕横轴偏转角、绕纵轴偏转角、轴向位移以及对应的速度进行偏导数计算即可得到全尺度的耦合轴承100线性和角度动力特性系数，即通过本发明测试平台可得到耦合轴承100全自由度刚度系数和阻尼系数，这些测得的动态特性系数可为耦合轴承100复杂理论模型的验证以及耦合轴承100动态性能评估(如稳定性、振动特性等)提供关键实验支撑条件。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，包括：

支撑平台，

环境模拟仓，设置于所述支撑平台中部，其用于提供所述耦合轴承所处的水下运行环境的模拟，所述环境模拟仓内设置有用于安装被测耦合轴承的轴承安装座；

旋转主轴，贯穿所述环境模拟仓且与所述环境模拟仓转动连接，所述耦合轴承套设于所述旋转主轴上且与所述旋转主轴转动连接，所述旋转主轴具有驱动端和自由端，所述旋转旋转主轴的驱动端位于所述环境模拟仓的右端外部，所述旋转旋转主轴的自由端位于所述环境模拟仓的左端外部；

驱动装置，包括伺服电机和与所述伺服电机电连接的伺服控制器，所述伺服电机固定安装于所述支撑平台上且与所述旋转主轴的驱动端传动连接，所述伺服控制器用于控制所述伺服电机的工作状态，所述伺服电机用于驱动所述旋转主轴转动；

弹性传动装置，用于连接所述旋转主轴的驱动端和所述伺服电机的输出轴；

主轴支撑装置，包括对称设置于所述环境模拟仓左右两端外部的两个磁悬浮轴承和两个轴承座，所述磁悬浮轴承的转子固定套设于所述旋转主轴上，所述磁悬浮轴承的定子固定安装于所述轴承座上，所述轴承座固定安装于所述支撑平台上；

径向力电磁加载装置，设置于所述支撑平台上且位于所述环境模拟仓内，其用于对所述耦合轴承施加径向加载力；以及

轴向力电磁加载装置，设置于所述支撑平台上且与所述旋转主轴的自由端连接，其用于对所述耦合轴承施加轴向加载力。

2.根据权利要求1所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，

还包括电磁加载控制器，所述径向力电磁加载装置、轴向力电磁加载装置和两个磁悬浮轴承分别与所述电磁加载控制器电连接，所述电磁加载控制器用于输出第一电磁加载控制信号和第二电磁加载控制信号，其中，

所述第一电磁加载控制信号用于控制所述径向力电磁加载装置和轴向力电磁加载装置产生非线性磁场，以实现径向非线性动态加载和轴向非线性动态加载；

所述第二电磁加载控制信号用于控制所述磁悬浮轴承产生的磁场来动态调节所述磁悬浮轴承的气隙，使所述旋转主轴稳定悬浮于工作位置。

3.根据权利要求2所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，

还包括传感器检测单元，所述传感器检测单元包括用于测量实验过程中产生的动态摩擦力矩的扭矩传感器、用于测量所述旋转主轴偏移量的第一电涡流位移传感器、用于测量所述被测耦合轴承的振动特性的三轴加速度传感器、用于测量所述被测耦合轴承的径向水膜厚度和轴向水膜厚度的第二电涡流位移传感器、用于测量所述被测耦合轴承的径向水膜压力和轴向水膜压力的压力传感器以及用于测量所述被测耦合轴承的温度的温度传感器，其中，

所述第一电涡流位移传感器的信号输出端与所述电磁加载控制器的信号输入端连接；

所述三轴加速度传感器安装于所述轴承安装座上，所述第二电涡流位移传感器、压力传感器和温度传感器均安装于所述被测耦合轴承上。

4.根据权利要求3所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，

所述弹性传动装置包括橡胶齿轮联轴器和传动轴，所述橡胶齿轮联轴器的左端与所述旋转主轴的驱动端固定连接，所述橡胶齿轮联轴器的右端与所述传动轴的左端固定连接，所述传动轴的右端与所述伺服电机的输出轴传动连接。

5.根据权利要求4所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，所述扭矩传感器设置于所述传动轴和所述伺服电机之间，所述扭矩传感器的一端通过第一刚性联轴器与所述传动轴的右端连接，所述扭矩传感器的另一端通过第二刚性联轴器与所述伺服电机的输出轴连接。

6.根据权利要求3所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，

所述径向力电磁加载装置包括固定连接于所述轴承安装座底部的第一磁力块和位于所述第一磁力块正下方的径向电磁加载器，所述径向电磁加载器固定安装于所述支撑平台上，所述第一磁力块与所述径向电磁加载器之间具有一径向加载间隙。

7.根据权利要求3所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，

所述轴向力电磁加载装置包括轴向推力挡圈、调平底座、支架，以及与所述旋转主轴同轴设置的支撑套、滑套、端面轴承、第一连接板、第二连接板、第一固定挡圈、第二固定挡圈、轴向拉伸轴、第二磁力块、轴向电磁加载器和加载器支座；

所述调平底座固定安装在所述支撑平台上，所述支架通过安装螺栓固定安装在所述调平底座上，所述旋转主轴的自由端从右向左穿过所述支架且与所述支架转动连接，所述支撑套通过安装螺栓固定安装在所述支架左侧，所述第一固定挡圈通过安装螺栓固定安装在所述支撑套左端，所述加载器支座固定安装于所述第一固定挡圈左侧，所述轴向电磁加载器固定安装在所述加载器支座上；

所述滑套设置于所述支撑套内且与所述支撑套滑动连接，所述第二固定挡圈通过安装螺栓固定安装在所述滑套左端，所述第二磁力块活动设置于所述第一固定挡圈的左侧且正对所述轴向电磁加载器，所述轴向拉伸轴的左端与所述第二磁力块固定连接，所述轴向拉伸轴的右端从左至右依次穿过所述第一固定挡圈和第二固定挡圈并通过所述第一连接板与所述第二固定挡圈连接，所述端面轴承的固定安装在所述滑套右端，所述旋转主轴的自由端通过所述第二连接板与所述端面轴承转动连接；

所述轴向推力挡圈设置于所述环境模拟仓内且套设固定于所述轴承安装座的右侧的旋转主轴上。

8.根据权利要求7所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，还包括用于在轴向对所述轴承安装座进行限位的轴向固定挡圈，所述轴向固定挡圈设置于所述环境模拟仓内且套设于所述轴承安装座的左侧的旋转主轴上，所述轴向固定挡圈与所述支撑平台固定连接。

9.根据权利要求3所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，两个所述磁悬浮轴承的定子上均安装有一个传感器安装环，每个所述传感器环上沿周向均匀间隔安装有多个探测面正对所述旋转主轴的外壁设置的所述第一电涡流位移传感器。

10.根据权利要求1-9任一项所述的无轴轮缘推进器耦合轴承综合性能测试平台，其特征在于，所述环境模拟仓包括密闭的仓体，所述仓体的左右两端与所述旋转主轴连接的位置均设置有O型密封圈。

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