CN116929764A - 一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，涉及测量仪器领域，包括如下模块：载体模块，用于转动设置被测轴承并提供转动的驱动力；加载模块，包括弯矩加载组件和径向力加载组件，弯矩加载组件用于对被测轴承提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，径向力加载组件用于对被测轴承提供两个相对夹角90度的径向加载力；测量模块，用于测量在加载模块的加载下被测轴承油膜间隙沿整个周向方向的油膜厚度和油膜压力。提供两个不同方向的弯矩加载力矩和两个不同方向的径向加载力复合加载，能够模拟风电滑动轴承特殊工况下的复杂受力情况，实现对测试轴承进行动态油膜厚度和压力的测量，通过无线传输数据，保证数据的完整性和测量的可靠性。
Description
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，两个相互垂直的径向加载力，相互配合复合加载下，能够很好地模拟风电滑动轴承特殊工况下的复杂受力情况，实现对测试轴承进行动态油膜厚度和压力的测量，通过无线装置将数据对外传输，避免了测量数据量少或电信号丢失导致测量失效的问题，增加了测量的可靠性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，包括如下模块：
所述载体模块，用于转动设置被测轴承并提供转动的驱动力；
所述加载模块，包括弯矩加载组件和径向力加载组件，所述弯矩加载组件用于对被测轴承提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，所述径向力加载组件用于对被测轴承提供两个相对夹角90度的径向加载力；
所述测量模块，用于测量在加载模块的加载下被测轴承油膜间隙沿整个周向方向的油膜厚度和油膜压力。
通过弯矩加载组件提供弯矩的加载，通过径向力加载组件提供径向载荷的加载.可实现XY平面的任意大小方向的径向力加载、以及径向力方向上的任意大小的弯矩加载。本方案通过弯矩加载组件和径向力加载组件，能够实现不同大小和方向的弯矩载荷加载和径向载荷加载，能够模拟风电滑动轴承实际的特殊工况，工况模拟更加真实，测量数据能够更真实地反应被测轴承实际工作状态。
优选地，所述载体模块包括基座和转子；
所述转子包括两端的支撑段和中部的测量段，所述支撑段通过所述机架在所述基座的上方水平转动配合，所述转子通过电机带动；所述测量段外套有测试轴承，所述测试轴承的外部套设有轴套，所述轴套的外部套设有滚动轴承，所述滚动轴承的外部套设有套筒。
在电机的带动下转子在机架上稳定转动。
优选地，所述弯矩加载组件包括杠杆、电缸、拉簧和压簧；
所述杠杆设置有与机架铰接的铰接点，所述铰接点分布于所述套筒的轴向中部外侧，所述铰接点两侧的所述杠杆分别通过所述拉簧和所述压簧连接至所述套筒的轴向两端，所述杠杆的远端与所述电缸的输出端铰接，所述电缸设置于所述基座。
电缸带动杠杆摆动，使得拉簧拉动套筒的一端，压簧推动套筒的另一端，大小相等、方向相反的一压一拉分别施加在被测轴承的两端。两组弯矩加载组件可实现对被测轴承的X向和Y向弯矩的加载，以便借助套筒和滚动轴承向内对被测轴承提供弯矩加载力矩。
优选地，所述杠杆与所述转子的轴心线位于同一平面。以便能够将拉力和推力更准确地作用在套筒上。
优选地，两组所述弯矩加载组件分别对被测轴承提供X和Y两个方向的弯矩加载。通过两个方向的配合能够模拟多个方向的弯矩加载。
优选地，所述径向力加载组件包括加载杆，所述加载杆相对基座设置，所述加载杆的输出端径向抵靠至所述套筒。通过对套筒径向加载，间接径向对被测轴承提供加载力矩。
优选地，所述径向力加载组件包括两个相对夹角90度的所述加载杆。以便相互配合之后提供多个方向的加载力。
优选地，所述测量模块包括控制器、电涡流传感器、压力传感器、无线传输装置和电源，所述控制器分别与电涡流传感器、压力传感器、无线传输装置和电源电连，所述电涡流传感器和压力传感器分布于所述测量段的外壁。通过在转子的外壁设置电涡流传感器和压力传感器，能够对被测轴承提供更加精准的测量。通过设置无线传输装置，向外传输测量数据，走线简单，能够避免线束缠绕，数据接收更加方便，能够有效避免有线传输方式测量数据量少或电信号丢失导致测量失效的问题，增加了测量的可靠性。
优选地，所述电涡流传感器于所述测量段的轴向中部和两端分别设置，所述压力传感器于所述测量段的轴向中部和两端分别设置。分布位置更具有代表性，能够对多个位置的油膜厚度和油膜压力进行测量。通过测量到的油膜厚度和油膜压力的变化，可得到轴向不同位置的油膜厚度和油膜压力分布情况。从而得到被测轴承的承载情况，便于对被测轴承的静动态特性的研究。
优选地，还包括有扭矩测量组件，所述扭矩测量组件包括扭矩杆、第一弹性件、第二弹性件和拉压式力传感器；
所述套筒设置有窗口，扭矩杆的内端穿过所述轴套并固定于被测轴承，所述扭矩杆的外端径向穿过所述窗口，所述扭矩杆的外端分别连接所述第一弹性件和所述第二弹性件，所述第一弹性件的外端相对基座连接，所述第二弹性件的外端通过所述拉压式力传感器相对基座连接。
通过拉压式力传感器和扭矩杆的配合，能够测得被测轴承的摩擦扭矩和转子工作过程中微小歪斜，避免了轴系中其他装置歪斜产生的影响。
本发明的优点：
本方案提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，两个相互垂直的径向加载力，相互配合复合加载下，能够很好地模拟风电滑动轴承特殊工况下的复杂受力情况。电涡流传感器和压力传感器的巧妙分布，使其能够对多个位置的整周油膜厚度和油膜压力进行测量，考虑了转子可能的倾斜导致轴向不同位置油膜间隙不同的情况。通过扭矩测量组件能够测得被测轴承的摩擦扭矩和转子工作过程中微小歪斜，避免了轴系中其他装置歪斜产生的影响。各传感器采用无线传输的方式，能够更方便传输数据，避免了线束缠绕的问题，能够有效避免有线传输方式测量数据量少或电信号丢失导致测量失效的问题，增加了测量的可靠性。
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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中8幅，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例的立体结构图(右侧视角)；
图2为本发明提供的实施例的立体结构图(左侧视角)；
图3为本发明提供的实施例的自转子轴向的剖视图；
图4为图1所示的实施例的部分右视图；
图5为图1所示的实施例的转子和测量模块部分爆炸图；
图6为本发明的总体工作原理示意图；
图7为本发明的无线传输的工作示意图；
图8为本发明的无线充电的工作原理示意图。
其中，1、转子；2、基座；3、被测轴承；4、轴套；5、滚动轴承；6、套筒；7、杠杆；8、电缸；9、拉簧；10、压簧；11、加载杆；12、电涡流传感器；13、压力传感器；14、扭矩杆；15、第一弹性件；16、第二弹性件；17、拉压式力传感器；18、机架；19、电机；20、变速齿轮组；21、测量段；22、支撑段。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例
如图1所示，一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，包括如下模块：所述载体模块，用于转动设置被测轴承3并提供转动的驱动力；所述加载模块，包括弯矩加载组件和径向力加载组件，所述弯矩加载组件用于对被测轴承3提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，所述径向力加载组件用于对被测轴承3提供两个相对夹角90度的径向加载力；所述测量模块，用于测量在加载模块的加载下被测轴承3油膜间隙沿整个周向方向的油膜厚度和油膜压力。
通过弯矩加载组件提供弯矩的加载，通过径向力加载组件提供径向载荷的加载，可实现XY平面的任意大小方向的径向力加载、以及径向力方向上的任意大小的弯矩加载。本方案通过弯矩加载组件和径向力加载组件，能够实现不同大小和方向的弯矩载荷加载和径向载荷加载，能够模拟风电滑动轴承实际的特殊工况，工况模拟更加真实，测量数据能够更真实地反应被测轴承3实际工作状态。
结合图3所示，所述载体模块包括基座2和转子1；所述转子1包括两端的支撑段22和中部的测量段21，所述支撑段22通过所述机架18在所述基座2的上方水平转动配合，所述转子1通过电机19带动；所述测量段21外套有测试轴承，所述测试轴承的外部套设有轴套4，所述轴套4的外部套设有滚动轴承5，所述滚动轴承5的外部套设有套筒6。
在电机19的带动下转子1在机架18上稳定转动。
本实施例中其中电机19和转子1之间设置有变速齿轮组20，以便降低电机19输出的转速。转子1通过支撑轴承与机架18配合，更便于加载。
所述弯矩加载组件包括杠杆7、电缸8、拉簧9和压簧10；
所述杠杆7设置有与机架18铰接的铰接点，所述铰接点分布于所述套筒6的轴向中部外侧，所述铰接点两侧的所述杠杆7分别通过所述拉簧9和所述压簧10连接至所述套筒6的轴向两端，所述杠杆7的远端与所述电缸8的输出端铰接，所述电缸8设置于所述基座2。
电缸8带动杠杆7摆动，使得拉簧9拉动套筒6的一端，压簧10推动套筒6的另一端，以便借助套筒6和滚动轴承5向内对被测轴承3提供弯矩加载力矩，大小相等、方向相反的一压一拉分别施加在被测轴承3的两端，可实现对被测轴承3的X向和Y向弯矩的加载。
所述杠杆7与所述转子1的轴心线位于同一平面。以便能够将拉力和推力更准确地作用在套筒6上。
结合图1和图2所示，两组所述弯矩加载组件的杠杆7分别对被测轴承3提供X和Y两个方向的弯矩加载。通过两个方向的配合能够模拟多个方向的弯矩加载。
将压簧10和拉簧9作用于套筒6，可以避免直接作用在被测轴承3影响其转动。
所述径向力加载组件包括加载杆11，所述加载杆11相对基座2设置，所述加载杆11的输出端径向抵靠至所述套筒6。通过对套筒6径向加载，间接径向对被测轴承3提供加载力。其中加载缸采用液压缸或者气缸。
所述径向力加载组件包括两个相对夹角90度的所述加载杆11。以便相互配合之后提供多个方向的加载力。
通过杠杆7原理将电缸8推动杠杆7摆动产生的力加载在被测轴承3上形成相互呈90度夹角的加载力矩，能够实现风电滑动轴承特殊工况下复杂受力情况的模拟。拉簧9和压簧10的设置经过传递，分别转化为对被测轴承3压力、拉力的加载，大小相等、方向相反的一压一拉分别施加在被测轴承3的两端，可实现对被测轴承3的Y向弯矩的加载。同样的，X向弯矩由X向弯矩加载装置实现加载。
结合图6-8所示，所述测量模块包括控制器、电涡流传感器12、压力传感器13、无线传输装置和电源，所述控制器分别与电涡流传感器12、压力传感器13、无线传输装置和电源电连，所述电涡流传感器12和压力传感器13分布于所述测量段21的外壁。通过在转子1的外壁设置电涡流传感器12和压力传感器13，能够对被测轴承3提供更加精准的测量。通过设置无线传输装置，向外传输测量数据，走线简单，能够避免线束缠绕，数据接收更加方便。
本实施中，转子1轴向中空设置，并且在测量段21设置有安装电涡流传感器12和压力传感器13的安装孔，在转子1的端部设置有安装盒，内置有无线传输装置、电源和无线充电装置，设置在转子1上的安装盒随着转子1一同转动。与无线传输装置对应配对有无线接收装置，用于将输出接收到计算机。
无线传输模块包括Arduino控制器和JDY-31蓝牙模块，电涡流传感器12和压力传感器13与Arduino电连接，Arduino控制传感器进行油膜厚度和油膜压力的数据采集工作，并控制JDY-31蓝牙模块，将接收到的数据无线远程传输到外部蓝牙设备中。
结合图5所示，考虑了被测轴承3工作过程中转子1可能的倾斜会导致的油膜间隙轴向分布不均。所述电涡流传感器12于所述测量段21的轴向中部和两端分别设置，所述压力传感器13于所述测量段21的轴向中部和两端分别设置。分布位置更具有代表性，能够对轴向多个位置的油膜厚度和油膜压力进行测量。通过测量到的油膜厚度和油膜压力的变化，可得到轴向不同位置的油膜厚度和油膜压力分布情况。从而得到被测轴承3的承载情况，便于对被测轴承3的静动态特性的研究。
其中与电源电连有无线充电装置，基于电磁共振原理，发射端和接收端的两个电磁线圈共振产生能量，能量转换之后为可充电电池供电，可以在不拆卸的情况下为装置充电。测量装置的整体结构简单，测量操作方便。
结合图4所示，还包括有扭矩测量组件，所述扭矩测量组件包括扭矩杆14、第一弹性件15、第二弹性件16和拉压式力传感器17；
所述套筒6设置有窗口，扭矩杆14的内端穿过所述轴套4并固定于被测轴承3，所述扭矩杆14的外端径向穿过所述窗口，所述扭矩杆14的外端分别连接所述第一弹性件15和所述第二弹性件16，所述第一弹性件15的外端相对基座2连接，所述第二弹性件16的外端通过所述拉压式力传感器17相对基座2连接。其中第一弹性件15主要对扭矩杆14起到预紧的作用。
可以得知的是，扭矩杆14能够在窗口内相对摆动。扭矩杆14通过拉压式力传感器17和扭矩杆14的配合，能够测得被测轴承3的摩擦扭矩和转子1工作过程中微小歪斜，避免了轴系中其他装置歪斜产生的影响。
本发明的优点：
本方案提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，两个相互垂直的径向加载力，相互配合复合加载下，能够很好地模拟风电滑动轴承特殊工况下的复杂受力情况。电涡流传感器12和压力传感器13的巧妙分布，使其能够对多个位置的整周油膜厚度和油膜压力进行测量，考虑了转子可能的倾斜导致轴向不同位置油膜间隙不同的情况。通过扭矩测量组件能够测得被测轴承3的摩擦扭矩和转子1工作过程中微小歪斜，避免了轴系中其他装置歪斜产生的影响。各传感器采用无线传输的方式，能够更方便传输数据，避免了线束缠绕的问题。
其中弯矩加载装置能够提供更加符合的扭矩加载，能够与径向力加载装置、扭矩加载装置配合下，模拟实际使用时候遇到的各种复杂场景受到的力，通过无线装置将转子1上的各种传感器的数据对外传输，能够有效避免线束缠绕和导电滑环磨损的问题，避免了测量数据量少或电信号丢失导致测量失效的问题，增加了测量的可靠性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于，包括如下模块：
载体模块，用于转动设置被测轴承(3)并提供转动的驱动力；
加载模块，包括弯矩加载组件和径向力加载组件，所述弯矩加载组件用于对被测轴承(3)提供X和Y两个方向的弯矩加载力矩，所述径向力加载组件用于对被测轴承(3)提供两个相对夹角90度的径向加载力；
测量模块，用于测量在加载模块的加载下被测轴承(3)油膜间隙沿整个周向方向的油膜厚度和油膜压力。
2.根据权利要求1所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述载体模块包括基座(2)和转子(1)；
所述转子(1)包括两端的支撑段(22)和中部的测量段(21)，所述支撑段(22)通过机架(18)在所述基座(2)的上方水平转动配合，所述转子(1)通过电机(19)带动；所述测量段(21)外套有测试轴承，所述测试轴承的外部套设有轴套(4)，所述轴套(4)的外部套设有滚动轴承(5)，所述滚动轴承(5)的外部套设有套筒(6)。
3.根据权利要求2所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述弯矩加载组件包括杠杆(7)、电缸(8)、拉簧(9)和压簧(10)；
所述杠杆(7)设置有与机架(18)铰接的铰接点，所述铰接点分布于所述套筒(6)的轴向中部外侧，所述铰接点两侧的所述杠杆(7)分别通过所述拉簧(9)和所述压簧(10)连接至所述套筒(6)的轴向两端，所述杠杆(7)的远端与所述电缸(8)的输出端铰接，所述电缸(8)设置于所述基座(2)。
4.根据权利要求3所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述杠杆(7)与所述转子(1)的轴心线位于同一平面。
5.根据权利要求3所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：两组所述弯矩加载组件分别对被测轴承(3)提供X和Y两个方向的弯矩加载。
6.根据权利要求2所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述径向力加载组件包括加载杆(11)，所述加载杆(11)相对基座(2)设置，所述加载杆(11)的输出端径向抵靠至所述套筒(6)。
7.根据权利要求6所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述径向力加载组件包括两个相对夹角90度的所述加载杆(11)。
8.根据权利要求2所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述测量模块包括控制器、电涡流传感器(12)、压力传感器(13)、无线传输装置和电源，所述控制器分别与电涡流传感器(12)、压力传感器(13)、无线传输装置和电源电连，所述电涡流传感器(12)和压力传感器(13)分布于所述测量段(21)的外壁。
9.根据权利要求8所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：所述电涡流传感器(12)于所述测量段(21)的轴向中部和两端分别设置，所述压力传感器(13)于所述测量段(21)的轴向中部和两端分别设置。
10.根据权利要求2所述的一种风电滑动轴承动态油膜厚度和压力的测量设备，其特征在于：还包括有扭矩测量组件，所述扭矩测量组件包括扭矩杆(14)、第一弹性件(15)、第二弹性件(16)和拉压式力传感器(17)；
所述套筒(6)设置有窗口，扭矩杆(14)的内端穿过所述轴套(4)并固定于被测轴承(3)，所述扭矩杆(14)的外端径向穿过所述窗口，所述扭矩杆(14)的外端分别连接所述第一弹性件(15)和所述第二弹性件(16)，所述第一弹性件(15)的外端相对基座(2)连接，所述第二弹性件(16)的外端通过所述拉压式力传感器(17)相对基座(2)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |