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一种基于CAT的滑动轴承特性测试方法

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

一种基于CAT的滑动轴承特性测试方法一种基于CAT的滑动轴承特性测试方法摘要：摘要解决滑动轴承性能测试存在实验数据实验涉及因素复杂可控性差等问题本文提出一种CAT计算机辅助实验滑动轴承特性测试方法瓦倾瓦轴承进行实验研究实践证明采用这种方法提高实验结果可靠性缩短整个实验周期关键词CAT滑动轴承特性瓦倾瓦液体动静压轴承常用轴壳配轴承轴承的密封类型精密轴承工序间防锈新工艺轴承寿命强化试验偏心轴的一种加工详解并联机床的设计理论与关键技术无油轴承带动模具行业革命我国轴承寿命强化试验方兴未艾(一)我国轴承寿命强化试验方兴未艾（二）摘要：为解决滑动轴承性能测试中存在的实验数据多、实验涉及因素复杂、可控性差等问题，本文提出了一种基于CAT(计算机辅助实验)的滑动轴承特性测试方法，并针对四瓦可倾瓦轴承进行了实验研究。实践证明，采用这种方法提高了实验结果的可靠性，缩短了整个实验周期。关键词：CAT，滑动轴承特性，四瓦可倾瓦轴承流体动压滑动轴承是汽轮发电机组的关键部件，它的摩擦学设计是汽轮发电机组稳定性设计的基础。流体动压滑动轴承的摩擦学设计所根据的数学模型中有许多假设，对于某一具体设计目标，这些假设是否成立，设计结果是否可靠，需要由实验测量予以考察。滑动轴承性能的试验测量，特别是动特性的测量，通常是用磁带记录仪记下测量的信号，然后再到数据分析系统中去分析和处理，以得到最终所要求的数据。整个过程是一个黑匣子。汽轮发电机组支承轴的实验涉及的因素很多，既有人为因素和自然因素，也有主观因素和客观因素，任何一个因素处理不当，都可能导致实验的失败。如果整个试验处于黑匣子之中，势必要反复多次试验才能取得成功，不但浪费巨大的人力和物力资源，而且需要相当长的周期。计算机辅助流体动压滑动轴承静、动态测试系统，应用CAT技术，对轴承实验中所出现的大量数据实施高速采集和实时在线处理分析，在实验过程中的任意阶段对以前所采集到的数据进行回访、查询和处理，提高了实验结果的可靠性，缩短了整个实验周期。 1　实验台结构实验台基本结构如图1所示。整个试验系统安装在减振弹簧基座上，驱动部分由无级直流调速电机1和增速箱2组成，实验部分由主轴4、两端支承轴承5、被测试浮动轴承13、加静载装置(8、9、10、11、15、16)、轴向定位装置14、加动载装置(如图3)组成。 1?直流电机　2?增速箱　3?联轴节　4?主轴　5?支承轴承　6?支承轴承套　7?支承轴承座　 8?拉紧杆　9?波纹管　10、15?垫块　11?试验台加载传感器　12?试验轴承套　 13?浮动试验轴承　14?导向装置　16?加载板图1　滑动轴承试验台 2　测试系统测试系统原理如图2所示。各种测量信号经预置放大装置分别进入PPMD-2前置处理器的不同通道，从前置处理器出来的标准信号再经A/D转换后送入计算机处理。CAT系统的主机采用IBM/PC386以上的微机或兼容机。图2　测试系统原理图(1)物理量的测量：单频两次法识别轴承动特性，要测量动态激振力、轴承相对振动响应和轴承绝对振动响应。动态激振力及振动响应信号的测点位置如图3所示，其中18、19为电磁激振装置，27、17是电阻应变式测力装置，用于测量正弦动态激振力，21、22、23、24、25、26为非接触式电涡流传感器，21、22、23、24分别装在被测轴承的两端，用于测量试验主轴对被测轴承垂直和水平方向的相对位移和振动，25、26用于测量被测轴承对于基础的绝对位移和振动动。轴承负荷由电阻应变式载荷传感器测量，测点位置如图3中20。轴承各个轴瓦上的负荷由弯矩梁片电阻应变传感器测量，如图4中1、2、3、4所示。轴承温度测量采用铜-康铜热电偶，测点分布在轴向左、中、右三个截面的A、B、C、D、E、F六个点上。轴承相对位移由涡流传感器测量，其测点布置如图3中21、22、23、24。进油流量由玻璃转子流量计测量。进、出油温由温度计在油站出油口处和回油池中分别测得。 4?主轴　12?试验轴承套　13?浮动试验轴承　18，19?电磁激振器　 21，22?垂直相对位移传感器　23，24?水平相对位移传感器　 25、26?水平、垂直绝对位移传感器　27，17?测力应变图3激振器与传感器安装位置图4　可倾瓦轴承测点布置 (2)测量数据预处理 PPMD-2前置数据处理器的主要作用是对转速、振动/位移、温度等不同类型的快变、慢变信号进行放大、滤波、抵直、整形等预处理，以适应A/D转换的要求。一方面滤去快变信号主要的直流分量，将直流残量和交流量一起放大到±5V，然后滤去高频分量。另一方面对压力、温度等慢变量的电压信号进行缓冲、滤波、量化等处理。实验过程中，温度测量信号(温差热电势)经过预置放大电路变成0～5V的标准信号，接入前置数据处理器的慢变信号通道上。各轴瓦静态载荷、轴承静态载荷测量信号经过应变仪和预置放大电路后，接入前置处理器慢变信号通道。轴承的动态激振信号经过动态应变仪放大后，接入前置数据处理器的快变信号通道。位移、振动信号经过放大装置，输入到前置数据处理器的快变信号通道，其直流部分为位移，交流部分为振动信号。快变信号的量化采用高速A/D板，通过通道分段对信号进行高速巡回采集。慢变信号的量化通过扩展A/D通道来处理，通道的切换采用模拟开关，循环是自动方式，数据传输采用DMA方式。 3　CAT系统软件 CAT系统软件用FORTRAN语言和汇编语言写成。图5是CAT系统软件的分块框图，可分为两大部分：一部分是实验信号的采集、精密诊断分析软件，包括数据采集模块、数据监控模块；另一部分是轴承性能分析、测量系统标定、轴承动特性识别软件，包括标定模块、数据分析处理模块、动特性识别模块。图5　CAT系统软件分布框图4　四瓦可倾瓦轴承特性实验 (1)轴承参数及实验条件：用所建立的CAT系统进行轴承实验研究，选择如图4所示的四瓦可倾瓦轴承，其直径为152.4mm，长径比为1.703，间隙比为2.1‰。实验中采用ON、1000ON、2000ON、3000ON、3500ON五个等级的轴承负荷，实验转速分别取3000r/min、4000r/min、5000r/min、6000r/min。 (2)系统的标定：为了消除环境和系统预置等的影响，在试验前应先对所有的传感器、预置放大装置、前置处理器、A/D转换板及所有的连线等整个CAT系统进行细致的标定。对于快变信号测量系统，用悬挂质量法［3］进行不同频率下频响函数的标定。对于慢变信号测量系统，标定就是将各种标准状况下的信号通过测量系统记录在计算机中，作为校正实验测量结果的系数。实验中，为了及时发现在轴承特性测量过程中由于信噪比过低、仪器和实验条件不稳定、偶然性等引起的转速、载荷偏差，将每块轴瓦的负荷、轴承总负荷、合成轴承负荷及负荷误差同时显示在计算机屏幕上实时监控(图6为转速5000r/min，负荷3000N时的一幅画面)。图6　四瓦可倾轴承瓦及轴承负荷5　实验结果及分析 (1)静特性：图7是四瓦可倾瓦轴承的流量和摩擦阻力随承载系数(So)的变化曲线。从图中可以看出，摩擦阻力实验值和理论计算值符合很好。由于理论计算流量为每块瓦单独供油时进口边流入各瓦的流量之和，而实验中采用集中供油，润滑油不能布满每一块轴瓦与轴间的间隙，因此进口流量实测值远小于理论计算值。图7　四瓦可倾瓦轴承静特性表1是四瓦可倾瓦轴承的温度分布。其中的A、B、C、D、E、F对应于图4的各测点。由表1可以看出，轴承的瓦面温度随转速和载荷的增加而增加，下瓦温度高于上瓦温度，瓦面上最高温度点位于支点附近。 (2)动特性：图8是3000r/min下扰动频率为50Hz时四瓦可倾瓦轴承实验测量刚度阻尼系数与理论计算值(涡动比为1.0)的比较。图中实线为理论计算曲线，虚线为实验值连线，横坐标为对数坐标。由于大承载系数下，轴承刚度阻尼系数的理论计算和实验测量都存在一定的难度［10］，刚度阻尼系数的实测值与理论计算值的趋势不完全一致，当承载系数较小时二者趋势相近，当承载系数较大时理论值大于实测值。图8　可倾瓦轴承刚度阻尼系数6　结论计算机辅助实验(CAT)可以在实验过程中的任意阶段对以前所采集到的数据进行回访、查询和处理，提高了实验的透明度，加速了实验过程。实验结果表明，滑动轴承动、静特性的测试结果与理论计算基本一致，实验结果比较可靠。因此这种基于CAT的滑动轴承特性测试方法是有效的。

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