[發(fā)明專利]一種微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610889649.2
• 申請(qǐng)日: 2016-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN106644475B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈晨輝;張海江;高靖;馬文鎖;邱明;崔志武;贠永勝;王振清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/04
• 分類號(hào): G01M13/04
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 俞曉明

本發(fā)明涉及微型氣體軸承測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法，包括以下步驟：1)試驗(yàn)前標(biāo)定測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的初始位置；2)連續(xù)采集測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；3)計(jì)算獲得測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和圖表，并判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；將所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入MATLAB的模型方程中進(jìn)行計(jì)算求解，得到測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的剛度和阻尼，根據(jù)剛度和阻尼構(gòu)建穩(wěn)定性特征方程，根據(jù)穩(wěn)定性特征方程及軸承穩(wěn)定性理論判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，這種微型氣體軸承穩(wěn)定性測(cè)試及控制方法操作簡(jiǎn)單、計(jì)算量小，可以連續(xù)測(cè)量并計(jì)算出測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，并判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微型氣體軸承測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種微型氣體軸承靜動(dòng)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，推動(dòng)了以航空航天、國(guó)防裝備、高端醫(yī)療及機(jī)器人為代表的高端裝備正朝著高速化、小型化、智能化的方向發(fā)展。氣體軸承因其工作摩擦小、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、效率高、清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械不可或缺的重要組成部分，為高速機(jī)械的發(fā)展提供了技術(shù)方案。由于氣體軸承承載的原理，當(dāng)氣體軸承工作轉(zhuǎn)速超過(guò)其穩(wěn)定運(yùn)行的臨界轉(zhuǎn)速而進(jìn)入高速、超高速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生氣膜振蕩、軸承失穩(wěn)，嚴(yán)重影響了高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的發(fā)展。因此，數(shù)十年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了一系列的研究探索，在軸承穩(wěn)定性方面取得了豐碩的成果，但是這方面的試驗(yàn)卻不多。為了測(cè)試氣體軸承的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外專家設(shè)計(jì)出了一系列的氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，并且提出了一些穩(wěn)定性的相關(guān)試驗(yàn)方法及相應(yīng)的算法。分析現(xiàn)有的氣體軸承穩(wěn)定性測(cè)試及計(jì)算方法，尤其是對(duì)于工作狀態(tài)連續(xù)變化的試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程，其功能、測(cè)試精度及測(cè)試項(xiàng)目存在很大局限。無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別出氣體軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中瞬態(tài)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)，也不能同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。研究啟停階段穩(wěn)定性的試驗(yàn)過(guò)程，限制條件多、針對(duì)性強(qiáng)，測(cè)算出來(lái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際工作狀態(tài)有一定差距，且無(wú)法進(jìn)行其他工作狀態(tài)的穩(wěn)定性試驗(yàn)研究，設(shè)備啟停頻率高，效率低下。目前解決上述問(wèn)題使用靜一動(dòng)法和二次激振相結(jié)合法，靜一動(dòng)法即先后分三次在不同方向上對(duì)軸承進(jìn)行緩慢加載(每次只在一個(gè)方向上進(jìn)行加載)，忽略阻尼和慣性對(duì)軸承的影響，可以求出軸承的18個(gè)剛度和阻尼值，但是此方法假設(shè)限制較多，與軸承的實(shí)際工況不符，求解出來(lái)的數(shù)值誤差較大；三次激振法，該方法是通過(guò)三個(gè)相互獨(dú)立的激振力激振三次，可以求出軸承18個(gè)剛度和阻尼值，更加符合軸承實(shí)際運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，但是每一組數(shù)值需要計(jì)算6個(gè)矩陣方程，計(jì)算量大；復(fù)合激振法，是對(duì)試驗(yàn)軸承同時(shí)施加三個(gè)頻率不同的激振力，可以一次解出軸承的18個(gè)剛度和阻尼值，該方法工況最容易保證，結(jié)果精度高，但是這種方法設(shè)備復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理繁瑣，且緩慢加載過(guò)程中載荷的擺動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大。因此，對(duì)氣體軸承甚至是其他傳統(tǒng)軸承性能的測(cè)試試驗(yàn)及計(jì)算還缺乏有效的方法。本發(fā)明的測(cè)試試驗(yàn)和計(jì)算方法，是在現(xiàn)有的氣體軸承試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)氣體軸承各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行的實(shí)時(shí)連續(xù)的試驗(yàn)檢測(cè)及在線計(jì)算的試驗(yàn)方案，克服了現(xiàn)有氣體軸承方法中假設(shè)條件多、氣體軸承試驗(yàn)工況與實(shí)際使用工況差距大、測(cè)試狀態(tài)不連續(xù)、多次測(cè)量多重計(jì)算運(yùn)算量大的缺點(diǎn)，是在已經(jīng)申請(qǐng)的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枮?01610526871.6，名稱為“一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法”的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)試驗(yàn)前標(biāo)定測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的初始位置

開啟激光位移傳感器，此時(shí)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子與軸承座外圈在最低點(diǎn)接觸，Y軸激光位移傳感器記錄此時(shí)Y軸初始最大值y_0max,將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子沿Y軸提升至與軸承座外圈在最高點(diǎn)接觸，Y軸激光位移傳感器記錄此時(shí)Y軸初始的最小值y_0min,然后將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子Y軸的初始值設(shè)置為y₀＝y(tǒng)_0max-1/2(y_0min+y_0max),X、Z軸的初始值設(shè)置為0；