CN115184013A - 一种气体箔片轴承性能检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体箔片轴承性能检测方法，涉及气体箔片轴承测试技术领域，旨在解决现有的检测大多为静态检测，无法有效检测出箔片轴承在动态环境下的性能的问题，采用的技术方案是，步骤1，调试设备，步骤2，安装试验组件，步骤3，进行测试，步骤4，调节气压，步骤5，对比分析；在传统气体动压箔片轴承顶箔片外表面开设了供气孔并焊接了供气管路，通过这种方法对轴承内部进行供气，可以使用改变外部供气压力或是流量的方式改变箔片轴承性能，进而实现对轴承性能的控制；其实现方式类似于磁浮轴承对主动控制的实现，即基于电涡流位移传感器监测轴系的振动情况，使用阀门控制供气压力和流量，实现对轴系振动特性的主动控制。

Description

一种气体箔片轴承性能检测方法

技术领域

本发明涉及气体箔片轴承测试技术领域，具体为一种气体箔片轴承性能检测方法。

背景技术

箔片轴承是指利用弹性箔片靠流体动压力或静压力使轴悬浮的滑动轴承。箔片轴承是20世纪50年代发展起来的新型轴承。用带作弹性箔片,由流体静压力悬浮轴的称箔片静压轴承,由流体动压力悬浮轴的称箔片动压轴承。

箔片被拉紧后用压板和锁定装置固定,3个扇形段包住轴颈，相当于3个轴瓦。轴旋转时,润滑剂因粘性作用随轴进入3个扇形段，形成动压润滑膜,从而使箔片变形与轴脱离接触。也可利用这个原理在移动的箔片与起导向作用的刚性表面(圆柱面、圆弧面、平面)间建立润滑膜，避免箔片与导向面直接接触，从而减小摩擦。箔片轴承没有磨损，无机械振动和噪声，使用寿命长，可用气体、蒸汽或液体作为润滑剂。箔片弹性较大，故用拉或弯曲的方法适当控制箔片变形就可控制轴承的承载能力、刚度和高速稳定性等性能。在计算这类轴承时，必须按弹性流体动压润滑理论考虑箔片的弹性变形。

性能测试是通过自动化的测试工具模拟多种正常、峰值以及异常负载条件来对系统的各项性能指标进行测试。负载测试和压力测试都属于性能测试，两者可以结合进行。通过负载测试，确定在各种工作负载下系统的性能，目标是测试当负载逐渐增加时，系统各项性能指标的变化情况。压力测试是通过确定一个系统的瓶颈或者不能接受的性能点，来获得系统能提供的最大服务级别的测试。

旋转机械在各个领域具有重要的应用，随着中国经济的不断增长，旋转机械设备发展也越来越注重环境影响和能源利用效率。作为旋转机械设备中的关键部件，轴承在能源设备的发展趋势中起着至关重要的作用。目前常用的轴承类型有油润滑滑动轴承、滚动轴承、陶瓷轴承、电磁轴承、气体轴承等。箔片气体轴承作为轴承行业迅速发展起来的一项高科技产品，它与传统的滚动轴承或油质滑动轴承相比，具有诸多优势，如稳定运行时为非接触支承、摩擦极小、免维护、运动精度高、适应高转速、适应温度范围较广、无油润滑、结构更紧凑、成本更低、寿命长等优点,因此在高速支承、低摩擦功耗支承、高精度支承和特殊工况支承领域具有绝对的优势，被广泛应用于精密仪器、医疗器械、高速微型动力等民用及航空航天等国防领域,使其在超高速旋转机械和超精密仪器技术领域更有明显的优越性。

中国专利CN202010913250.X公开了一种动压径向气体轴承箔片静力学性能测试装置及测试方法，采用的技术方案是，升降工作台、十字滑台、测量系统以及平箔/波箔夹具、半组合体夹具、组合体夹具，所述十字滑台固定在升降工作台的台面上，测量系统中的加载机构通过移动副与升降台的升降机构连接，平箔/波箔夹具、半组合体夹具、组合体夹具到达测试位置后通过与十字滑台螺栓连接的定位块限位，上述技术方案中，是对箔片轴承中箔片受力大小的性能检测，对箔片轴承的检测为静态检测，无法有效检测出箔片轴承在动态环境下的性能。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种气体箔片轴承性能检测装置，采用的技术方案是，包括气体压缩机、工控机和试验组件，所述试验组件通过气管与所述气体压缩机连接，所述气管上还设有阀门，所述试验组件、所述阀门和所述气体压缩机与所述工控机连接，所述工控机与所述试验组件之间还设有信号放大器，在传统气体动压箔片轴承顶箔片外表面开设了供气孔并焊接了供气管路，通过这种方法对轴承内部进行供气，可以使用改变外部供气压力或是流量的方式改变箔片轴承性能，进而实现对轴承性能的控制。

作为本发明的一种优选技术方案，所述试验组件包括底座、电机和安装座，所述底座上设有所述电机和安装座，所述安装座为内部中空的壳体，所述安装座上开设有贯穿左右的通孔，所述通孔中设有转轴，所述转轴与所述电机的输出端连接，所述安装座内还设有轴承套，所述轴承套套设在所述转轴上，所述轴承套与所述转轴之间还设有波箔和顶箔，所述轴承套、所述波箔和所述顶箔上开设有供所述气管穿过的过孔，所述底座上还设有位移传感器，所述位移传感器与所述转轴位置相对应。

作为本发明的一种优选技术方案，所述底座上还设有电机座，所述电机安装在所述电机座上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述电机座和所述安装座通过螺栓和螺母安装在所述底座上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述底座上开设有若干通槽，所述通槽的宽度尺寸大于所述螺栓的颈部，且小于所述螺母的直径。

作为本发明的一种优选技术方案，所述位移传感器采用电涡流位移传感器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述工控机包括PLC控制盒和触控屏，其实现方式类似于磁浮轴承对主动控制的实现，即基于电涡流位移传感器监测轴系的振动情况，使用阀门控制供气压力和流量，通过控制算法(比如PID或是其他算法)，实现对轴系振动特性的主动控制。

作为本发明的一种优选技术方案，所述阀门采用SMC气体控制阀门，在转轴高速转动的前提下，改变箔片轴承气膜刚度，以此来对箔片轴承承载力和高速运行时稳定性的检测。

一种气体箔片轴承性能检测方法，包括以下步骤：

步骤1，调试设备，将装置接电，对各个用电器件进行通电调试，看其是否在通电的情况下能够正常工作，并检测气管连接处是否连接牢固；

步骤2，安装试验组件，将转轴通过联轴器安装在电机的输出轴上，并将转轴穿过安装座上的通孔，将电机座和安装座通过螺栓和螺母固定安装在底座上；

步骤3，进行测试，通过工控机控制电机工作转动，当电机带动转轴稳定到一定转速后，通过位移传感器来检测转轴的位移量，来对气体箔片轴承性能的检测，并做记录；

步骤4，调节气压，控制气体压缩机工作，并开启阀门，通过气管向转轴通入高压空气，以此来改变转轴处的气压，并通过位移传感器来检测转轴的稳定性，进而实现对气体箔片轴承性能的控制，并做记录；

步骤5，对比分析，通过改变转轴处的气压大小，和位移传感器的数据记录分析，来检测转轴在高速转动时的稳定性能，得出不同气体压力下，气体箔片轴承的性能。

本发明的有益效果：本发明在传统气体动压箔片轴承顶箔片外表面开设了供气孔并焊接了供气管路，通过这种方法对轴承内部进行供气，可以使用改变外部供气压力或是流量的方式改变箔片轴承性能，进而实现对轴承性能的控制；其实现方式类似于磁浮轴承对主动控制的实现，即基于电涡流位移传感器监测轴系的振动情况，使用阀门控制供气压力和流量，通过控制算法(比如PID或是其他算法)，实现对轴系振动特性的主动控制。

进一步的，在转轴高速转动的前提下，改变箔片轴承气膜刚度，以此来对箔片轴承承载力和高速运行时稳定性的检测。

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为本发明方法流程示意图；

图2为本发明试验组件结构示意图；

图3为本发明安装座侧视剖视图；

图4为本发明局部结构放大图；

图5为本发明底座俯视结构示意图。

图中：1、气体压缩机；2、工控机；3、阀门；4、信号放大器；5、试验组件；6、底座；7、电机座；8、安装座；9、电机；10、转轴；11、轴承套；12、顶箔；13、波箔；14、螺母；15、通槽；16、位移传感器；17、螺栓；18、气管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1至图5所示，本发明公开了一种气体箔片轴承性能检测装置，采用的技术方案是，为了对箔片轴承在高速情况下进行稳定性的检测，包括气体压缩机1、工控机2和试验组件5，所述试验组件5通过气管18与所述气体压缩机1连接，所述气管18上还设有阀门3，所述阀门3采用SMC气体控制阀门，所述试验组件5、所述阀门3和所述气体压缩机1与所述工控机2连接，所述工控机2包括PLC控制盒和触控屏，所述试验组件5包括底座6、电机9和安装座8，所述底座6上设有所述电机9和安装座8，所述安装座8为内部中空的壳体，所述安装座8上开设有贯穿左右的通孔，所述通孔中设有转轴10，所述转轴10与所述电机9的输出端连接，所述安装座8内还设有轴承套11，所述轴承套11套设在所述转轴10上，所述轴承套11与所述转轴10之间还设有波箔13和顶箔12，所述轴承套11、所述波箔13和所述顶箔12上开设有供所述气管18穿过的过孔，所述底座6上还设有位移传感器16，所述位移传感器16采用电涡流位移传感器，所述位移传感器16与所述转轴10位置相对应，通过气体压缩机1和气管18，将高压空气通入箔片轴承内，使其在高速运转的情况下对其稳定性进行检测。

为了使检测结果更加明显，所述工控机2与所述试验组件5之间还设有信号放大器4。

作为本发明的一种优选技术方案，为了使电机9在工作过程中更加稳定，避免电机9工作时产生的震动，影响箔片轴承的稳定性能检测，所述底座6上还设有电机座7，所述电机9安装在所述电机座7上。

作为本发明的一种优选技术方案，为了便于对转轴10的安装，和对不同规格尺寸的转轴10进行安装检测，所述电机座7和所述安装座8通过螺栓17和螺母14安装在所述底座6上，所述底座6上开设有若干通槽15，所述通槽15的宽度尺寸大于所述螺栓17的颈部，且小于所述螺母14的直径。

一种气体箔片轴承性能检测方法，包括以下步骤：

步骤1，调试设备，将装置接电，对各个用电器件进行通电调试，看其是否在通电的情况下能够正常工作，并检测气管18连接处是否连接牢固；

步骤2，安装试验组件，将转轴10通过联轴器安装在电机9的输出轴上，并将转轴10穿过安装座8上的通孔，将电机座7和安装座8通过螺栓17和螺母14固定安装在底座5上；

步骤3，进行测试，通过工控机2控制电机9工作转动，当电机9带动转轴10稳定到一定转速后，通过位移传感器16来检测转轴10的位移量，来对气体箔片轴承性能的检测，并做记录；

步骤4，调节气压，控制气体压缩机1工作，并开启阀门3，通过气管18向转轴10通入高压空气，以此来改变转轴10处的气压，并通过位移传感器16来检测转轴10的稳定性，进而实现对气体箔片轴承性能的控制，并做记录；

步骤5，对比分析，通过改变转轴10处的气压大小，和位移传感器16的数据记录分析，来检测转轴10在高速转动时的稳定性能，得出不同气体压力下，气体箔片轴承的性能。

本发明的工作原理：将装置接电，对气体压缩机1、工控机2、阀门3、信号放大器4、电机9位移传感器16这些用电器件进行通电调试，看其是否在通电的情况下能够正常工作，并检测气管18连接处是否连接牢固；将转轴10通过联轴器安装在电机9的输出轴上，并将转轴10穿过安装座8上的通孔，将电机座7和安装座8通过螺栓17和螺母14固定安装在底座5上；通过工控机2的PLC控制器控制电机9工作转动，当电机9带动转轴10稳定到一定转速后，通过位移传感器16来检测转轴10的位移量，来对气体箔片轴承性能的检测，并做记录，此组数据为对比箔片轴承在正常气压下的稳定性数据；控制气体压缩机1工作，并开启阀门3，通过气管18向转轴10通入高压空气，以此来改变转轴10处的气压，并通过位移传感器16来检测转轴10的稳定性，进而实现对气体箔片轴承性能的控制，并做记录，改变转轴10处气压的数据为实验数据；将实验数据与对比数据进行对比，来分析箔片轴承的稳定性能。

本发明涉及的电路连接为本领域技术人员采用的惯用手段，可通过有限次试验得到技术启示，属于公知常识。

参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。

如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。

本文中未详细说明的部件为现有技术。

上述虽然对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，而不具备创造性劳动的修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：包括气体压缩机(1)、工控机(2)和试验组件(5)，所述试验组件(5)通过气管(18)与所述气体压缩机(1)连接，所述气管(18)上还设有阀门(3)，所述试验组件(5)、所述阀门(3)和所述气体压缩机(1)与所述工控机(2)连接，所述工控机(2)与所述试验组件(5)之间还设有信号放大器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述试验组件(5)包括底座(6)、电机(9)和安装座(8)，所述底座(6)上设有所述电机(9)和安装座(8)，所述安装座(8)为内部中空的壳体，所述安装座(8)上开设有贯穿左右的通孔，所述通孔中设有转轴(10)，所述转轴(10)与所述电机(9)的输出端连接，所述安装座(8)内还设有轴承套(11)，所述轴承套(11)套设在所述转轴(10)上，所述轴承套(11)与所述转轴(10)之间还设有波箔(13)和顶箔(12)，所述轴承套(11)、所述波箔(13)和所述顶箔(12)上开设有供所述气管(18)穿过的过孔，所述底座(6)上还设有位移传感器(16)，所述位移传感器(16)与所述转轴(10)位置相对应。

3.根据权利要求1所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述底座(6)上还设有电机座(7)，所述电机(9)安装在所述电机座(7)上。

4.根据权利要求3所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述电机座(7)和所述安装座(8)通过螺栓(17)和螺母(14)安装在所述底座(6)上。

5.根据权利要求1所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述底座(6)上开设有若干通槽(15)，所述通槽(15)的宽度尺寸大于所述螺栓(17)的颈部，且小于所述螺母(14)的直径。

6.根据权利要求1所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述位移传感器(16)采用电涡流位移传感器。

7.根据权利要求1所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述工控机(2)包括PLC控制盒和触控屏。

8.根据权利要求1所述的一种气体箔片轴承性能检测装置，其特征在于：所述阀门(3)采用SMC气体控制阀门。

9.一种气体箔片轴承性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，调试设备，将装置接电，对各个用电器件进行通电调试，看其是否在通电的情况下能够正常工作，并检测气管(18)连接处是否连接牢固；

步骤2，安装试验组件，将转轴(10)通过联轴器安装在电机(9)的输出轴上，并将转轴(10)穿过安装座(8)上的通孔，将电机座(7)和安装座(8)通过螺栓(17)和螺母(14)固定安装在底座(5)上；

步骤3，进行测试，通过工控机(2)控制电机(9)工作转动，当电机(9)带动转轴(10)稳定到一定转速后，通过位移传感器(16)来检测转轴(10)的位移量，来对气体箔片轴承性能的检测，并做记录；

步骤4，调节气压，控制气体压缩机(1)工作，并开启阀门(3)，通过气管(18)向转轴(10)通入高压空气，以此来改变转轴(10)处的气压，并通过位移传感器(16)来检测转轴(10)的稳定性，进而实现对气体箔片轴承性能的控制，并做记录；

步骤5，对比分析，通过改变转轴(10)处的气压大小，和位移传感器(16)的数据记录分析，来检测转轴(10)在高速转动时的稳定性能，得出不同气体压力下，气体箔片轴承的性能。

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