[發明專利]一種動靜壓氣體軸承動態氣膜壓力測試裝置與測試方法

有效

• 申請號: 201711403680.1
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108225655B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 賈晨輝;贠永勝;張海江;崔志武;丁博;馬文鎖;邱明;陳立海;張壯雅
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01L11/00
• 分類號: G01L11/00
• 代理公司: 41120 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙)
• 代理人: 炊萬庭<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種動靜壓氣體軸承動態氣膜壓力測試裝置及測試方法，包括機架、可旋轉軸承座、測試軸承、測試主軸、電磁加載裝置以及信息采集系統，可旋轉軸承座通過軸承設置在機架上，可旋轉軸承座上安裝有兩個測試軸承，測試主軸與渦輪驅動裝置傳動連接，測試軸承上設置有引氣孔，可旋轉軸承座對應兩個測試軸承的引氣孔處分別設置有測試孔，測試孔處設置有與壓力傳感器相連的引氣管，電磁加載裝置設置在待測主軸的正下方，轉角傳感器和兩個壓力傳感器采集通過轉接模塊和數據采集卡與工控計算連接。本發明的測試裝置及方法適用范圍廣泛，能夠測量主軸在任意轉速范圍內周向流場內部氣膜壓力，獲得氣體軸承周向上準確、連續的流場內部氣膜壓力值。

技術領域

本發明涉及氣體軸承檢測技術領域，具體涉及一種動靜壓氣體軸承動態氣膜壓力測試裝置及測試方法。

背景技術

近年來隨著航空航天、國防裝備、高端醫療及空間探測等高端裝備的快速發展，高速旋轉機械已經成為這些高端裝備重要組成部分。作為高端裝備不可或缺的重要組成部分，氣體軸承具有工作運行時轉速高、精度高、摩擦小、無噪聲、振動輕微、不產生摩擦熱、效率高、壽命長、清潔環保、不受惡劣環境影響等傳統軸承不可替代的優點，但承載力較低，剛性差等缺點卻又極大地限制了氣體軸承的應用。研究氣體軸承的動靜態特性，進一步提高氣體軸承的性能至關重要。氣體軸承氣膜壓力，是氣體軸承的基本參數之一，通常在氣體軸承的性能計算中，采用有限元法或有限差分法求解雷諾方程的方法獲得氣膜壓力，但在計算中，必須在物理和數學上進行近似，所以計算得到的氣膜壓力以及由氣膜壓力壓力決定的其他重要參數，如氣膜承載力、氣膜剛度、氣膜阻尼等，都不能真實反映出實際情況。這就需要一套測試裝置及測試方法來準確地獲取所需氣膜壓力值。

目前，徑向動靜壓氣體軸承試驗臺在測試氣體軸承內部、主軸周向流場的氣膜壓力分布主要用四種方法。一、采用砝碼對主軸施加承載力，在主軸內部周向位置安裝傳感器測試氣膜壓力，但因轉軸的轉動，存在信號輸出不便的問題，目前采用最多的辦法是采用無線傳輸，但也僅僅用在軸承靜態或者主軸轉速不高的情況下，應用范圍相對較窄；二、在軸承上施加承載力，并在軸承周向上連續安裝多個傳感器，這個方案適用于主軸高速旋轉的場合，但測試內容僅限于傳感器安裝位置氣膜壓力分布情況，無法反映周向連續氣膜壓力值；同時過多的安裝孔一定程度上破壞了軸承間隙的流場分布，導致測量數據不夠準確；三、在主軸上施加方向可控的承載力，在軸承上加工小孔，通過氣壓引出管，連接遠傳壓力表對氣膜壓力測量，改變承載力的方向實現對周向所需位置氣膜壓力的測試，這種方法承載力施加方向改變操作復雜，測試效率較低。四、在軸承內部表面放置壓力膠片，利用在膠片上形成壓痕灰度密度來確定供氣壓力，此種方法能夠正確有效的測量氣膜壓力的分布情況，但只能測試穩態條件下的壓力分布，同時測試方法難度較大，測試成本較高，限制了此種方法的應用。

發明內容

本發明的目的是為解決上述技術問題，提供一種動靜壓氣體軸承動態氣膜壓力測試裝置及測試方法。

本發明為解決上述技術問題，所提供的技術方案是：一種動靜壓氣體軸承動態氣膜壓力測試裝置，包括機架、可旋轉軸承座、測試軸承、測試主軸、電磁加載裝置以及信息采集系統，所述信息采集系統包括轉角傳感器、壓力傳感器、轉接模塊、數據采集卡和工控計算機，所述可旋轉軸承座通過兩個軸承座支承軸承水平設置在機架上，機架上設置有可防止軸承座轉動的限位組件以及可檢測可旋轉軸承座角位移的轉角傳感器，可旋轉軸承座上安裝有兩個測試軸承，測試主軸通過兩個測試軸承進行支承并與渦輪驅動裝置傳動連接，渦輪驅動裝置和測試軸承分別連接至供氣系統，且渦輪驅動裝置和測試軸承與供氣系統之間的供氣管路上均設置有控制閥，所述測試軸承上設置有引氣孔，可旋轉軸承座對應兩個測試軸承的引氣孔處分別設置有測試孔，測試孔處設置有與壓力傳感器相連的引氣管，所述電磁加載裝置設置在待測主軸的正下方，轉角傳感器和兩個壓力傳感器采集的信號依次經過轉接模塊和數據采集卡輸入至工控計算機進行處理。