本发明专利技术涉及一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置及测试方法，包括机架、可旋转轴承座、测试轴承、测试主轴、电磁加载装置以及信息采集系统，可旋转轴承座通过轴承设置在机架上，可旋转轴承座上安装有两个测试轴承，测试主轴与涡轮驱动装置传动连接，测试轴承上设置有引气孔，可旋转轴承座对应两个测试轴承的引气孔处分别设置有测试孔，测试孔处设置有与压力传感器相连的引气管，电磁加载装置设置在待测主轴的正下方，转角传感器和两个压力传感器采集通过转接模块和数据采集卡与工控计算连接。本发明专利技术的测试装置及方法适用范围广泛，能够测量主轴在任意转速范围内周向流场内部气膜压力，获得气体轴承周向上准确、连续的流场内部气膜压力值。
【技术实现步骤摘要】
一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置与测试方法
本专利技术涉及气体轴承检测
，具体涉及一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置及测试方法。
技术介绍
近年来随着航空航天、国防装备、高端医疗及空间探测等高端装备的快速发展，高速旋转机械已经成为这些高端装备重要组成部分。作为高端装备不可或缺的重要组成部分，气体轴承具有工作运行时转速高、精度高、摩擦小、无噪声、振动轻微、不产生摩擦热、效率高、寿命长、清洁环保、不受恶劣环境影响等传统轴承不可替代的优点，但承载力较低，刚性差等缺点却又极大地限制了气体轴承的应用。研究气体轴承的动静态特性，进一步提高气体轴承的性能至关重要。气体轴承气膜压力，是气体轴承的基本参数之一，通常在气体轴承的性能计算中，采用有限元法或有限差分法求解雷诺方程的方法获得气膜压力，但在计算中，必须在物理和数学上进行近似，所以计算得到的气膜压力以及由气膜压力压力决定的其他重要参数，如气膜承载力、气膜刚度、气膜阻尼等，都不能真是反映出实际情况。这就需要一套测试装置及测试方法来准确地获取所需气膜压力值。目前，径向动静压气体轴承试验台在测试气体轴承内部、主轴周向流场的气膜压力分布主要用四种方法。一、采用砝码对主轴施加承载力，在主轴内部周向位置安装传感器测试气膜压力，但因转轴的转动，存在信号输出不便的问题，目前采用最多的办法是采用无线传输，但也仅仅用在轴承静态或者主轴转速不高的情况下，应用范围相对较窄；二、在轴承上施加承载力，并在轴承周向上连续安装多个传感器，这个方案适用于主轴高速旋转的场合，但测试内容仅限于传感器安装位置气膜压力分布情况，无法反映周向连续气膜压力值；同时过多的安装孔一定程度上破坏了轴承间隙的流场分布，导致测量数据不够准确；三、在主轴上施加方向可控的承载力，在轴承上加工小孔，通过气压引出管，连接远传压力表对气膜压力测量，改变承载力的方向实现对周向所需位置气膜压力的测试，这种方法承载力施加方向改变操作复杂，测试效率较低。四、在轴承内部表面放置压力胶片，利用在胶片上形成压痕灰度密度来确定供气压力，此种方法能够正确有效的测量气膜压力的分布情况，但只能测试稳态条件下的压力分布，同时测试方法难度较大，测试成本较高，限制了此种方法的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决上述技术问题，提供一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置及测试方法。本专利技术为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置，包括机架、可旋转轴承座、测试轴承、测试主轴、电磁加载装置以及信息采集系统，所述信息采集系统包括转角传感器、压力传感器、转接模块、数据采集卡和工控计算机，所述可旋转轴承座通过两个轴承座支承轴承水平设置在机架上，机架上设置有可防止轴承座转动的限位组件以及可检测可旋转轴承座角位移的转角传感器，可旋转轴承座上安装有两个测试轴承，测试主轴通过两个测试轴承进行支承并与涡轮驱动装置传动连接，涡轮驱动装置和测试轴承分别连接至供气系统，且涡轮驱动装置和测试轴承与供气系统之间的供气管路上均设置有控制阀，所述测试轴承上设置有引气孔，可旋转轴承座对应两个测试轴承的引气孔处分别设置有测试孔，测试孔处设置有与压力传感器相连的引气管，所述电磁加载装置设置在待测主轴的正下方，转角传感器和两个压力传感器采集的信号依次经过转接模块和数据采集卡输入至工控计算机进行处理。作为本专利技术一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置的进一步优化：所述限位组件为穿设在机架上的紧固螺栓，紧固螺栓旋设在机架的螺纹通孔内，且紧固螺栓的头端朝向可旋转轴承座的外壁设置。作为本专利技术一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置的进一步优化：所述转角传感器为非接触式转角传感器，压力传感器为高频动态压力传感器。作为本专利技术一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置的进一步优化：所述测试轴承的引气孔设置在其两排节流孔之间的位置。一种动静压气体轴承动态气膜压力测试方法，利用上述装置进行测试，具体包括以下步骤：步骤一：制定测试工况，启动电磁加载装置，对测试主轴施加重力方向的载荷，在测试过程中，加载载荷的大小及方向均保持不变。步骤二：旋转可旋转轴承座，使测试孔位于最下端，通过限位组件将可旋转轴承座固定，防止其转动，设定此时的转角传感器角位移为0度，压力传感器测试位置即为初始测试位置。步骤三：启动供气系统，调节气体轴承供气控制阀使气体轴承供气压力达到预设工况，此时，测试主轴悬浮起来，再调节涡轮供气控制阀，稳定提高供气压力使测试主轴逐渐达到预设转速。步骤四：观察工控计算机对转轴沿轴承周向运动轨迹的实时显示，根据测试需求选取转子某一运行状态作为气膜压力测试起始时间，并在同一时刻对轴承座的角位移和气膜动态压力值进行采集，多次匀速转动轴承座后获取多组气膜压力-轴承座角位移-时间的数据；步骤五：在工控计算机保存好测试数据之后，关闭涡轮供气控制阀，停止为主轴提供驱动力，逐渐降低测试轴承供气压力，直至关闭轴承供气压力控制阀，关闭电磁加载装置和供气系统，断开电源，针对要分析的问题，利用工控计算机内保存的测试数据处理得到测试结果。上述步骤一中制定的测试工况包括轴承供气压力、涡轮供气压力、偏心率、数据采集率以及数据存储路径。有益效果一、本专利技术的测试装置将轴承座通过滚动轴承设置在机架上，使轴承座能够沿测试主轴周向转动，即气膜压力测试点能够绕轴做周向转动，从而在承载力方向不做出改变的情况下满足对测试气体轴承转轴周向气膜压力周向连续测量地需求，机械结构简单，操作方便，同时不破坏流场压力分布情况，为后续气膜力、气膜动态特性、非线性的相关问题研究提供测试数据；二、本专利技术的测试装置及方法适用范围广泛，能够测量主轴在任意转速范围内周向流场内部气膜压力，获得气体轴承周向上准确、连续的流场内部气膜压力值。附图说明图1为本专利技术动态气膜压力测试装置的结构示意图；图2为本专利技术动态气膜压力测试装置的剖面部分剖面结构示意图；图3为本专利技术动静压气体轴承动态气膜压力测试方法的流程框图；图中标记：1、机架，2、可旋转轴承座，3、测试轴承，4、测试主轴，5、电磁加载装置，6、轴承座支撑轴承，7、限位组件，8、转角传感器，9、涡轮驱动装置，10、供气系统，11、控制阀，12、压力传感器，13、转接模块，14、数据采集卡，15、工控计算机。具体实施方式下面结合附图及较佳实施例详细说明本专利技术的具体实施方式。实施例1如图1和2所示：一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置，包括机架1、可旋转轴承座2、测试轴承3、测试主轴4、电磁加载装置5以及信息采集系统，所述信息采集系统包括转角传感器8、压力传感器12、转接模块13、数据采集卡14和工控计算机15，所述可旋转轴承座2通过两个滚动轴承6水平设置在机架1上，机架1上设置有可防止轴承座转动的限位组件7以及可检测可旋转轴承座2角位移的转角传感器8，限位组件7为穿设在机架1上的紧固螺栓，紧固螺栓旋设在机架1的螺纹通孔内，且紧固螺栓的头端朝向可旋转轴承座2的外壁设置，可旋转轴承座2上安装有两个测试轴承3，测试主轴4通过两个测试轴承3进行支承并与涡轮驱动装置9传动连接，涡轮驱动装置9和测试轴承3分别连接至供气系统10，且涡轮驱动装置9和测试轴承3与供气系统10之间的供气管路上均设置有控制阀11本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置，其特征在于：包括机架（1）、可旋转轴承座（2）、测试轴承（3）、测试主轴（4）、电磁加载装置（5）以及信息采集系统，所述信息采集系统包括转角传感器（8）、压力传感器（12）、转接模块（13）、数据采集卡（14）和工控计算机（15），所述可旋转轴承座（2）通过两个轴承座支承轴承（6）水平设置在机架（1）上，机架（1）上设置有可防止轴承座转动的限位组件（7）以及可检测可旋转轴承座（2）角位移的转角传感器（8），可旋转轴承座（2）上安装有两个测试轴承（3），测试主轴（4）通过两个测试轴承（3）进行支承并与涡轮驱动装置（9）传动连接，涡轮驱动装置（9）和测试轴承（3）分别连接至供气系统（10），且涡轮驱动装置（9）和测试轴承（3）与供气系统（10）之间的供气管路上均设置有控制阀（11），所述测试轴承（3）上设置有引气孔，可旋转轴承座（2）对应两个测试轴承（3）的引气孔处分别设置有测试孔，测试孔处设置有与压力传感器（12）相连的引气管，所述电磁加载装置（5）设置在测试主轴（4）的正下方，转角传感器（8）和两个压力传感器（12）采集的信号依次经过转接模块（13）和数据采集卡（14）输入至工控计算机（15）进行处理。...
【技术特征摘要】
1.一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置，其特征在于：包括机架（1）、可旋转轴承座（2）、测试轴承（3）、测试主轴（4）、电磁加载装置（5）以及信息采集系统，所述信息采集系统包括转角传感器（8）、压力传感器（12）、转接模块（13）、数据采集卡（14）和工控计算机（15），所述可旋转轴承座（2）通过两个轴承座支承轴承（6）水平设置在机架（1）上，机架（1）上设置有可防止轴承座转动的限位组件（7）以及可检测可旋转轴承座（2）角位移的转角传感器（8），可旋转轴承座（2）上安装有两个测试轴承（3），测试主轴（4）通过两个测试轴承（3）进行支承并与涡轮驱动装置（9）传动连接，涡轮驱动装置（9）和测试轴承（3）分别连接至供气系统（10），且涡轮驱动装置（9）和测试轴承（3）与供气系统（10）之间的供气管路上均设置有控制阀（11），所述测试轴承（3）上设置有引气孔，可旋转轴承座（2）对应两个测试轴承（3）的引气孔处分别设置有测试孔，测试孔处设置有与压力传感器（12）相连的引气管，所述电磁加载装置（5）设置在测试主轴（4）的正下方，转角传感器（8）和两个压力传感器（12）采集的信号依次经过转接模块（13）和数据采集卡（14）输入至工控计算机（15）进行处理。2.如权利要求1所述的一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置，其特征在于：所述轴承座支承轴承（6）为滚动轴承。3.如权利要求1所述的一种动静压气体轴承动态气膜压力测试装置，其特征在于：所述限位组件（7）为穿设在机架（1）上的紧固螺栓，紧固螺栓旋设在机架（1）的螺纹通孔内，且紧固螺栓的头端朝向可旋转轴承座（2）的外壁设置。4.如权利要求1所述的一种动静压气体轴承动态气...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾晨辉，贠永胜，张海江，崔志武，丁博，马文锁，邱明，陈立海，张壮雅，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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