径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台及测量方法

摘要

本发明提供一种径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台，包括主轴固定装置、驱动系统、传动装置、径向力加载装置和径向滑动轴承信号采集系统。主轴固定装置包括两套滚动轴承座、一套径向滑动轴承座、第一滑台和底座；主轴依次穿过第一滚动轴承座、径向滑动轴承座和第二滚动轴承座，两个滚动轴承座固定在底座上；第一滑台包括第一滑轨和第一滑块，径向滑动轴承座底部与第一滑块固定连接，第一滑轨固定在底座上，径向滑动轴承座在第一滑轨上径向滑动。2个滚动轴承座对称布置于滑动轴承座两端对主轴起支撑作用；滑动轴承座在受水平径向力作用下时产生水平径向滑移，径向滑动轴承轴瓦对主轴轴颈能施加均匀的水平径向力。

说明书

技术领域

本发明涉及径向滑动轴承轴瓦工作面温度场和压力场研究，具体涉及一种径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台及测量方法。

背景技术

现代化企业日益快速进步，轴承-转子系统也随着不断的快速发展，旋转设备的运行速度越来越高，系统的稳定性问题也越来越是大家所关心的问题，所以轴承的发展如何满足在轴承-转子系统中所起的作用就显得至关重要。现在大部分旋转设备都是使用滑动轴承，滑动轴承相对于滚动轴承而言，具有的特点明显，其结构相对简单，抵抗系统振动的性能要好，运行的精度很高，能适用于重载转子系统中。轴承-转子系统是各种动力装置中必不可少的重要部分，系统运行时安全性、稳定性最为重要，是保证动力装置正常工作的前提，滑动轴承是各种旋转设备中经常使用的轴承，能够很好的对设备起到支承作用。由此可看，滑动轴承的使用寿命是直接影响到各种旋转设备的使用寿命，而在滑动轴承不断发展的过程中，滑动轴承温升过高/承载压力过大日益凸显出来。轴承轴瓦的压力与温度分布状态对轴承的性能影响很大，它会影响轴承的安装配合，影响轴承的工作游隙，影响润滑剂的性能等。

对轴承系统进行温度场和压力场测量具有重要意义，它可以帮助合理地设计轴承的结构和正确地使用轴承，可以对轴承系统的故障和失效分析提供依据，提出更好的控制轴承温升/承载压力过大的方法。因此对滑动轴承轴瓦工作面的温度场和压力场测量具有很强的现实意义，是保证轴承-转子系统安全经济运行的重要手段之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台及测量方法，能够探索影响轴瓦温度场和压力场的成因并精确预测其大小。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台，其特征在于：它包括：

主轴固定装置，包括两套滚动轴承座、一套径向滑动轴承座、第一滑台和底座；主轴依次穿过第一滚动轴承座、径向滑动轴承座和第二滚动轴承座，两个滚动轴承座固定在底座上；第一滑台包括第一滑轨和第一滑块，径向滑动轴承座底部与第一滑块固定连接，第一滑轨固定在底座上，径向滑动轴承座在第一滑轨上径向滑动；

驱动系统，包括第一伺服驱动器和第一伺服电机；

传动装置，用于连接第一伺服电机的转轴和所述的主轴；

径向力加载装置，用于对径向滑动轴承座施加水平径向力；

径向滑动轴承信号采集系统，用于采集径向滑动轴承轴瓦工作面的温度和压力数据，还有采集水平径向力加载装置所施加的水平径向力。

按上述方案，所述的传动装置为弹性套柱销联轴器。

按上述方案，所述的径向力加载装置包括与径向滑动轴承座连接用的连接件、第二滑台、丝杠、第二伺服电机、第二伺服驱动器；所述的径向滑动轴承信号采集系统包括用于采集水平径向力加载装置所施加的水平径向力的拉力传感器；

第二滑台包括第二滑轨、第一分滑块和第二分滑块，第二滑轨固定在底座上，连接件后依次连接第一分滑块、第二分滑块； 第一分滑块安装在第二滑轨上，可自由滑动，第二分滑块固定在第二滑轨上，不可滑动；第一、第二分滑块中穿有丝杠，丝杠后端与第二伺服电机连接，通过第二伺服驱动器控制第二伺服电机转动圈数从而控制水平径向力大小，第二伺服电机连接丝杠，丝杠连接第二分滑块和第一分滑块，再通过所述的连接件向径向滑动轴承座施加水平径向力，并通过拉力传感器将拉力信号反馈给第二伺服驱动器。

按上述方案，所述的连接件为钢丝绳。

按上述方案，所述的径向滑动轴承信号采集系统还包括多组铠装光纤光栅串式温度传感器、多组铠装光纤光栅串式压力传感器、光纤光栅解调仪和上位机；所述的多组铠装光纤光栅串式温度传感器和多组铠装光纤光栅串式压力传感器间隔预埋于径向滑动轴承轴瓦工作面的多条轴向槽内。

按上述方案，所述的轴向槽横截面均为口字形，槽宽和槽深均为2mm。

按上述方案，所述的多组铠装光纤光栅串式温度传感器由光纤光栅串通过导热膏填充内置在毛细铜管内构成，多组铠装光纤光栅串式温度传感器通过密封胶预埋在所述的轴向槽内。

按上述方案，所述的多组铠装光纤光栅串式压力传感器由光纤光栅串通过胶粘剂填充内置在毛细铜管内构成，多组铠装光纤光栅串式压力传感器通过密封胶预埋在所述的轴向槽内。

一种利用所述的径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台实现的径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测量方法，其特征在于：

轴瓦工作面温度场测量：利用预埋在轴瓦工作面轴向槽内的铠装光纤光栅串式温度传感器，测量径向滑动轴承轴瓦工作面在主轴不同转速、水平径向力、滑动轴承不同宽径比B和相对间隙Ψ作用下温度场分布；

轴瓦工作面压力场测量：利用预埋在轴瓦工作面轴向槽内的铠装光纤光栅串式压力传感器，测量径向滑动轴承轴瓦工作面在主轴不同转速、水平径向力、滑动轴承不同宽径比B和相对间隙Ψ作用下压力场分布。

本发明的有益效果为：

1、主轴依次穿过滚动轴承座、径向滑动轴承座和滚动轴承座，首先，2个滚动轴承座对称布置于滑动轴承座两端对主轴起支撑作用；其次，滑动轴承座在受水平径向力作用下时产生水平径向滑移，由于主轴在滚动轴承座作用下径向固定，所以径向滑动轴承轴瓦对主轴轴颈能施加均匀的水平径向力。

2、通过选用弹性套柱销联轴器可以降低伺服电机工作时所带来的附加误差，提高测试精度。

3、利用光纤光栅可以同时测量压力和温度，具有体积小、无源多场、一线多点式分布测量等特点，在径向滑动轴承在不同转速和不同径向压力下工作时，实现对其轴瓦工作面压力分布和温度分布同时测量，为轴承-转子系统安全经济运行提供了重要保障，为径向滑动轴承的结构优化设计提供准确的科学数据。

附图说明

图1为本发明的测试平台示意图。

图2为水平径向力加载装置结构示意图。

图3为轴瓦开槽示意图。

图4为光纤光栅串式传感器布置示意图。

图5为铠装光纤光栅串式温度传感器剖视图。

图6为铠装光纤光栅串式压力传感器剖视图。

图7为测量系统原理框图。

图中：1.第一伺服电机，2.传动装置，3.第一滚动轴承座，4.径向滑动轴承座，5.第一滑台，6.第二滚动轴承座，7.主轴，8.径向力加载装置，9.底座，10.连接件，11.第一分滑块，12.拉力传感器，13.第二分滑块，14.丝杠，15.第二伺服电机，16.第二滑轨，17.轴瓦，18.轴向槽，19.毛细铜管，20.导热膏，21.光栅光纤串，22.毛细铜管，23.胶粘剂，24.光纤光栅串，25.铠装光纤光栅串式温度传感器，26.铠装光纤光栅串式压力传感器。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台，如图1至图7所示，它包括：主轴固定装置，包括两套滚动轴承座、一套径向滑动轴承座4、第一滑台5和底座9；主轴7依次穿过第一滚动轴承座3、径向滑动轴承座4和第二滚动轴承座6，两个滚动轴承座固定在底座9上；第一滑台5包括第一滑轨和第一滑块，径向滑动轴承座4底部与第一滑块固定连接，第一滑轨固定在底座9上，径向滑动轴承座4在第一滑轨上径向滑动。

驱动系统，包括第一伺服驱动器和第一伺服电机1。

传动装置2，用于连接第一伺服电机1的转轴和所述的主轴7；所述的传动装置2为弹性套柱销联轴器。

径向力加载装置8，用于对径向滑动轴承座4施加水平径向力；径向力加载装置8包括与径向滑动轴承座4连接用的连接件10、第二滑台、丝杠14、第二伺服电机15、第二伺服驱动器。径向滑动轴承信号采集系统，用于采集径向滑动轴承轴瓦17工作面的温度和压力数据，还有采集水平径向力加载装置所施加的水平径向力。所述的径向滑动轴承信号采集系统包括用于采集水平径向力加载装置所施加的水平径向力的拉力传感器12，还包括多组铠装光纤光栅串式温度传感器25、多组铠装光纤光栅串式压力传感器26、光纤光栅解调仪和上位机。所述的多组铠装光纤光栅串式温度传感器25和多组铠装光纤光栅串式压力传感器26间隔预埋于径向滑动轴承轴瓦17工作面的多条轴向槽18内。

第二滑台包括第二滑轨16、第一分滑块11和第二分滑块13，第二滑轨16固定在底座9上，连接件10后依次连接第一分滑块11、第二分滑块13； 第一分滑块11安装在第二滑轨16上，可自由滑动，第二分滑块13固定在第二滑轨16上，不可滑动；第一、第二分滑块11、13中穿有丝杠14，丝杠14后端与第二伺服电机15连接，通过第二伺服驱动器控制第二伺服电机15转动圈数从而控制水平径向力大小，第二伺服电机15连接丝杠14，丝杠14连接第二分滑块13和第一分滑块11，再通过所述的连接件10向径向滑动轴承座施加水平径向力，并通过拉力传感器12将拉力信号反馈给第二伺服驱动器。本实施例中，所述的连接件10为钢丝绳。

所述的轴向槽18横截面均为口字形，槽宽和槽深均为2mm。

所述的多组铠装光纤光栅串式温度传感器25由光纤光栅串21通过导热膏20填充内置在直径1mm的毛细铜管19内构成，多组铠装光纤光栅串式温度传感器25通过密封胶预埋在所述的轴向槽18内。

所述的多组铠装光纤光栅串式压力传感器26由光纤光栅串24通过胶粘剂23填充内置在直径1mm的毛细铜管22内构成，多组铠装光纤光栅串式压力传感器26通过密封胶预埋在所述的轴向槽18内。本实施例中胶粘剂23为353ND胶粘剂。

一种利用所述的径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测试平台实现的径向滑动轴承轴瓦温度场和压力场测量方法，轴瓦17工作面温度场测量：利用预埋在轴瓦17工作面轴向槽18内的铠装光纤光栅串式温度传感器25，测量径向滑动轴承轴瓦17工作面在主轴7不同转速、水平径向力、滑动轴承不同宽径比B和相对间隙Ψ作用下温度场分布；轴瓦17工作面压力场测量：利用预埋在轴瓦17工作面轴向槽内的铠装光纤光栅串式压力传感器26，测量径向滑动轴承轴瓦17工作面在主轴不同转速、水平径向力、滑动轴承不同宽径比B和相对间隙Ψ作用下压力场分布。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。