一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于微型氣體軸承試驗(yàn)裝備及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法，試驗(yàn)機(jī)包括：機(jī)架、橫向軸承座、微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子、空氣壓縮系統(tǒng)、電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、激振系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)；橫向軸承座設(shè)置在機(jī)架上，橫向軸承座上設(shè)有氣道和供氣嘴，氣道與供氣嘴連通，供氣嘴與空氣壓縮系統(tǒng)連接，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子設(shè)置在橫向軸承座上，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的一端，驅(qū)動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；這種試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法，可得到微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，根據(jù)微型氣體軸承在不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，分析研究微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性影響因素。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微型動(dòng)靜壓氣體軸承試驗(yàn)裝備及測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來(lái)隨著航空航天、國(guó)防裝備、高端醫(yī)療及空間探測(cè)等高端裝備的快速發(fā)展，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械已經(jīng)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(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速高、精度高、摩擦小、無(wú)噪聲、振動(dòng)輕微、不產(chǎn)生摩擦熱、效率高、壽命長(zhǎng)、清潔環(huán)保、不受惡劣環(huán)境影響等傳統(tǒng)軸承不可替代的優(yōu)點(diǎn)為其提供了解決方案。由于氣體軸承的工作機(jī)理，當(dāng)氣體軸承超過(guò)其穩(wěn)定工作的臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)入高速、超高速區(qū)域工作時(shí)，其氣膜產(chǎn)生振動(dòng)，氣體軸承失穩(wěn)，限制了高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的發(fā)展。因此，近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家進(jìn)行了一系列研究探索，在氣體軸承穩(wěn)定性理論研究方面取得了豐碩的成果， 但是關(guān)于這方面的試驗(yàn)卻不多。為了測(cè)試氣體軸承的穩(wěn)定性，很多專(zhuān)家學(xué)者設(shè)計(jì)出了一系列的氣體軸承試驗(yàn)機(jī)。分析現(xiàn)有的氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，尤其是對(duì)高速微型氣體軸承進(jìn)行測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)，其功能、精度存在較大問(wèn)題。部分試驗(yàn)機(jī)在測(cè)量高速微型氣體軸承穩(wěn)定性時(shí)，采用高壓氣體驅(qū)動(dòng)渦輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這種試驗(yàn)機(jī)受渦輪的影響，振動(dòng)波峰很大，一般用于測(cè)量大氣膜間隙的氣體軸承，無(wú)法測(cè)量高速微型氣體軸承的穩(wěn)定性；電主軸驅(qū)動(dòng)一般用于測(cè)試軸承反置安裝的氣體軸承試驗(yàn)臺(tái)中，主要測(cè)量氣體軸承的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)，通常采用砝碼和接觸式激振器對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行激振，通過(guò)非接觸式位移傳感器對(duì)測(cè)試軸承座的測(cè)量、計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試軸承動(dòng)特性系數(shù)的計(jì)算，但不能對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析;靜態(tài)測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)將轉(zhuǎn)子重量作為一個(gè)靜載荷，測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和偏心量，計(jì)算氣體軸承的靜態(tài)特性，研究氣體軸承的靜態(tài)穩(wěn)定性，氣體軸承高速運(yùn)行時(shí)離心力大，無(wú)法加載求解其動(dòng)態(tài)特性，不能進(jìn)行高速微型氣體軸承動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性的研究。因此，目前對(duì)高速微型氣動(dòng)軸承靜、動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性測(cè)量研究還缺乏有效的試驗(yàn)手段。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法，可得到微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅_時(shí)間_ 頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，分析研究微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性影響因素。
[0004]本發(fā)明提供了一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，包括:機(jī)架、橫向軸承座、微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子、空氣壓縮系統(tǒng)、電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、激振系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng);橫向軸承座設(shè)置在機(jī)架上， 橫向軸承座上設(shè)有氣道和供氣嘴，氣道與供氣嘴連通，供氣嘴與空氣壓縮系統(tǒng)連接，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子設(shè)置在橫向軸承座上，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的一端，驅(qū)動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng);所述激振系統(tǒng)包括:X軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器，X軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向進(jìn)行擾動(dòng);所述信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)包括:X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器、Z軸激光位移傳感器、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表、模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、信號(hào)接收器和計(jì)算機(jī)，X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器分別設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子周?chē)腦軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上，X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器、Z軸激光位移傳感器分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表分別與信號(hào)接收器連接，信號(hào)接收器和計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)上安裝有信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB軟件，X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子X(jué)軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上的模擬位移信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將采集到的模擬位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字位移信號(hào)，信號(hào)接收器接收數(shù)字位移信號(hào)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集的數(shù)字速度信號(hào)，數(shù)字位移信號(hào)和數(shù)字速度信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集分析系統(tǒng)處理與MATLAB中所建立的模型方程的計(jì)算，得到靜、動(dòng)態(tài)下微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅_時(shí)間_ 頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖。
[0005]進(jìn)一步地，所述空氣壓縮系統(tǒng)包括:螺桿式空氣壓縮機(jī)、高溫冷凍式干燥機(jī)、分離過(guò)濾器、主管路過(guò)濾器、除油過(guò)濾器、壓力控制閥及氣體管路，螺桿式空氣壓縮機(jī)、高溫冷凍式干燥機(jī)、分離過(guò)濾器、主管路過(guò)濾器、除油過(guò)濾器依次通過(guò)氣體管路連接，壓力控制閥設(shè)置在除油過(guò)濾器與供氣嘴之間的氣體管路上，壓力控制閥通過(guò)氣體管路與供氣嘴連接。
[0006]進(jìn)一步地，所述電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括:微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈、微型定子線圈、定子換向電路和對(duì)中定子外殼;微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈安裝在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的一端，與微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng);微型定子線圈通過(guò)過(guò)盈配合安裝在對(duì)中定子外殼的內(nèi)部， 定子換向電路固定在對(duì)中定子外殼的端面，微型定子線圈、定子換向電路和對(duì)中定子外殼作為一個(gè)組件，進(jìn)行配和對(duì)中，對(duì)中定子外殼和橫向軸承座固定連接，通過(guò)微型定子線圈產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈帶動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]進(jìn)一步地，所述激振系統(tǒng)還包括:信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、功率放大器依次連接，X軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器分別與功率放大器連接，信號(hào)發(fā)生器輸出各種函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大，放大后的模擬信號(hào)直接輸入X軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器，產(chǎn)生激振力，在X軸軸向、Y軸軸向、Z軸軸向?qū)ξ⑿蜏y(cè)試軸承轉(zhuǎn)子進(jìn)行擾動(dòng)。
[0008]進(jìn)一步地，還包括:非接觸式電磁激振器可調(diào)支架和激光位移傳感器可調(diào)支架，X 軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器分別通過(guò)第一絲杠螺母副設(shè)置在非接觸式電磁激振器可調(diào)支架上，所述X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器分別通過(guò)第二絲杠螺母副設(shè)置在激光位移傳感器可調(diào)支架上。
[0009]進(jìn)一步地，所述機(jī)架、非接觸式電磁激振器可調(diào)支架和激光位移傳感器可調(diào)支架均安裝在高精度氣浮光學(xué)平臺(tái)上。
[0010]進(jìn)一步地，所述X軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器的加載表面與微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子之間的間隙均為〇.5-1_。
[0011]進(jìn)一步地，所述X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器的量程均為500wi1、采樣頻率均為100KHZ，調(diào)整所述X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器，使其相對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子之間的初始測(cè)量距離均為150-250M1。
[0012]進(jìn)一步地，所述橫向軸承座包括外圈和內(nèi)圈，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子設(shè)置在內(nèi)圈上，夕卜圈上設(shè)有兩個(gè)支撐軸承，兩個(gè)支撐軸承相對(duì)套接在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的兩端，兩個(gè)支撐軸承的外端設(shè)有軸承端蓋。[0013 ]—種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:
[0014]步驟一:啟動(dòng)空氣壓縮系統(tǒng)；
[0015]步驟二:調(diào)節(jié)空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力，使微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)；
[0016]步驟三:測(cè)算出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在Y軸方向上的初始位移量，記為yo;
[0017]步驟四:開(kāi)啟X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器、Z軸激光位移傳感器、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，將Y軸激光位移傳感器賦予初始值為yo,將X軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器均賦予初始值為0,并開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器、Z軸激光位移傳感器采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的實(shí)時(shí)位移，非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；
[0018]步驟五:啟動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)將采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的實(shí)時(shí)位移和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、 軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的靜態(tài)特性曲線和圖表；
[0019]步驟六:啟動(dòng)X軸非接觸式電磁激振器、Y軸非接觸式電磁激振器和Z軸非接觸式電磁激振器，在X、Y、Z軸方向上對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子進(jìn)行不同形式的激振加載；
[0020]步驟七:同時(shí)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和試軸承轉(zhuǎn)子的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)對(duì)X軸激光位移傳感器、Y軸激光位移傳感器和Z軸激光位移傳感器采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的實(shí)時(shí)位移和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、 軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0022]本發(fā)明采用的微型電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以使微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到10-20萬(wàn)r/ min，采用非接觸式電磁激振器對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子進(jìn)行水平方向、垂直方向和軸向可控動(dòng)態(tài)加載，利用激光位移傳感器測(cè)量微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的水平方向、垂直方向和軸向?qū)崟r(shí)位移變化量，非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)子速度，將采集的實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)速度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集分析系統(tǒng)進(jìn)行處理并代入MATLAB中建立模型方程中進(jìn)行計(jì)算， 即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、 振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、 振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，分析研究微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性影響因素?！靖綀D說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明提供的一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的原理示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明提供的一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明提供的一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明提供的一種一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法的流程圖。[〇〇27] 附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0028]1-機(jī)架，2-橫向軸承座，3-供氣嘴，4-空氣壓縮系統(tǒng)，4-1-螺桿式空氣壓縮機(jī)，4-2-高溫冷凍式干燥機(jī)，4-3-分離過(guò)濾器，4-4-主管路過(guò)濾器，4-5-除油過(guò)濾器，4-6-壓力控制閥，5-非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表，6-軸承端蓋，7-X軸非接觸式電磁激振器，8-微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子，9-Z軸非接觸式電磁激振器，10-電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，10-1-微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈，10-2-微型定子線圈，10-3-定子換向電路，10-4-對(duì)中定子外殼，11-支撐軸承，12-Y軸非接觸式電磁激振器，13-X軸激光位移傳感器，14-Y軸激光位移傳感器，15-Z軸激光位移傳感器，16-信號(hào)接收器，17-計(jì)算機(jī)?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0030]如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法，包括:機(jī)架1、橫向軸承座2、微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8、空氣壓縮系統(tǒng)4、電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10、激振系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng);橫向軸承座2設(shè)置在機(jī)架1上，橫向軸承座2上設(shè)有氣道和供氣嘴3,氣道與供氣嘴3連通，供氣嘴3與空氣壓縮系統(tǒng)4連接，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8設(shè)置在橫向軸承座2上， 電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的一端，驅(qū)動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動(dòng);所述激振系統(tǒng)包括:X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9，X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9 對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向進(jìn)行擾動(dòng);所述信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)包括:X 軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表 5、模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、信號(hào)接收器16和計(jì)算機(jī)17，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14 和Z軸激光位移傳感器15分別設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8周?chē)腦軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表分別與信號(hào)接收器16連接，信號(hào)接收器 16和計(jì)算機(jī)17連接，計(jì)算機(jī)17上安裝有信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB軟件，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上的模擬位移信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將采集到的模擬位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字位移信號(hào)，信號(hào)接收器16接收數(shù)字位移信號(hào)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集的數(shù)字速度信號(hào)，數(shù)字位移信號(hào)和數(shù)字速度信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)17上的信號(hào)采集分析系統(tǒng)處理與MATLAB中所建立的模型方程的計(jì)算，得到靜、動(dòng)態(tài)下微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖，根據(jù)靜、動(dòng)態(tài)下微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖分析研究微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的穩(wěn)定性影響因素。
[0031]進(jìn)一步地，如圖1所示，所述空氣壓縮系統(tǒng)4包括:螺桿式空氣壓縮機(jī)4-1、高溫冷凍式干燥機(jī)4-2、分離過(guò)濾器4-3、主管路過(guò)濾器4-4、除油過(guò)濾器4-5、壓力控制閥4-6及氣體管路，螺桿式空氣壓縮機(jī)4-1、高溫冷凍式干燥機(jī)4-2、分離過(guò)濾器4-3、主管路過(guò)濾器4-4、除油過(guò)濾器4-5依次通過(guò)氣體管路連接，壓力控制閥4-6設(shè)置在除油過(guò)濾器4-5與供氣嘴3之間的氣體管路上，壓力控制閥4-6通過(guò)氣體管路與供氣嘴3連接。[〇〇32]螺桿式空氣壓縮機(jī)4-1提供流量為2.2m3/min，壓強(qiáng)為0.SMPa的壓縮氣體。經(jīng)過(guò)高溫冷凍式干燥機(jī)4-2干燥處理，除去壓縮空氣中水蒸氣，然后經(jīng)過(guò)分離過(guò)濾器4-3，過(guò)濾掉直徑大于3wii的雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)主管路過(guò)濾器4-4過(guò)濾掉直徑大于0.lwii的雜質(zhì)，最后經(jīng)過(guò)除油過(guò)濾器4-5過(guò)濾掉油污和直徑大于0.0lMi的雜質(zhì)，生成潔凈干燥的壓縮空氣。
[0033]如圖3所示，進(jìn)一步地，所述電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10包括:微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈10-1、微型定子線圈10-2、定子換向電路10-3和對(duì)中定子外殼10-4;微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈10-1安裝在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的一端，與微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng);微型定子線圈10-2 通過(guò)過(guò)盈配合安裝在對(duì)中定子外殼10-4的內(nèi)部，定子換向電路10-3固定在對(duì)中定子外殼 10-4的端面，微型定子線圈10-2、定子換向電路10-3和對(duì)中定子外殼10-4作為一個(gè)組件，進(jìn)行配和對(duì)中，對(duì)中定子外殼10-4和橫向軸承座2固定連接，通過(guò)微型定子線圈10-2產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈10-1帶動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0034]進(jìn)一步地，所述激振系統(tǒng)還包括:信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、功率放大器依次連接，X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9分別與功率放大器連接，信號(hào)發(fā)生器輸出各種函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大，放大后的模擬信號(hào)直接輸入X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9，產(chǎn)生激振力，在X軸軸向、Y軸軸向、Z軸軸向?qū)ξ⑿蜏y(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行擾動(dòng)。
[0035]進(jìn)一步地，還包括:非接觸式電磁激振器可調(diào)支架和激光位移傳感器可調(diào)支架，X 軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9分別通過(guò)第一絲杠螺母副設(shè)置在非接觸式電磁激振器可調(diào)支架上，所述X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15分別通過(guò)第二絲杠螺母副設(shè)置在激光位移傳感器可調(diào)支架上。
[0036]進(jìn)一步地，所述機(jī)架、非接觸式電磁激振器可調(diào)支架和激光位移傳感器可調(diào)支架均安裝在高精度氣浮光學(xué)平臺(tái)上。
[0037]進(jìn)一步地，所述X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9的加載表面與微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8之間的間隙均為0.5-1_。
[0038]進(jìn)一步地，所述X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15的量程均為500wi1、采樣頻率均為100KHZ，調(diào)整所述X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15,使其相對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8之間的初始測(cè)量距離均為 150-250iim。
[0039]X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15的量程均為500M1，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的振幅最大為20mi，為了使X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15測(cè)試數(shù)值處于其精度高、測(cè)量位移和輸出信號(hào)線性最好的量程區(qū)間內(nèi)，保證其輸出的信號(hào)電壓適中、便于處理，安裝X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15時(shí)，要求X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15與微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子之間的距離為150-250MUX軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15和手持非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表均安裝在本試驗(yàn)機(jī)的一端，來(lái)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在X、Y、Z方向的上實(shí)時(shí)位移變化量及微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)接收器16處理后送往計(jì)算機(jī)17進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。
[0040]進(jìn)一步地，所述橫向軸承座2包括外圈和內(nèi)圈，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8設(shè)置在內(nèi)圈上， 外圈上設(shè)有兩個(gè)支撐軸承11，兩個(gè)支撐軸承11相對(duì)套接在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的兩端，兩個(gè)支撐軸承11的外端設(shè)有軸承端蓋6。
[0041]如圖4所示，一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:[〇〇42]步驟一:啟動(dòng)空氣壓縮系統(tǒng)4;
[0043]步驟二:調(diào)節(jié)空氣壓縮系統(tǒng)4的供氣壓力，使微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8處于懸浮狀態(tài)；
[0044]步驟三:測(cè)算出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在Y軸方向上的初始位移量，記為yo;
[0045]步驟四:開(kāi)啟X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器 15、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，將Y軸激光位移傳感器14賦予初始值為yo,將X軸激光位移傳感器13和Z軸激光位移傳感器15均賦予初始值為0,并開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)位移，非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；
[0046]步驟五:啟動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10,通過(guò)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)17通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)將采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)位移和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的靜態(tài)特性曲線和圖表；
[0047]步驟六:啟動(dòng)X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9,在X、Y、Z軸方向上對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行不同形式的激振加載；
[0048]步驟七:同時(shí)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和試軸承轉(zhuǎn)子8的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)17通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)對(duì)X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器 15采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)位移和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表；
[0049]步驟八:根據(jù)計(jì)算機(jī)17輸出的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在不同工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的靜、動(dòng)態(tài)特性曲線和圖表，分析研究微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的穩(wěn)定性影響因素。
[0050] X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器 9加載狀態(tài)下為動(dòng)態(tài)特性測(cè)量、不加載為靜態(tài)特性測(cè)量。[〇〇51]打開(kāi)壓力控制閥4-6、調(diào)節(jié)壓力控制閥4-6,使微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8懸浮起來(lái)，開(kāi)啟X 軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15和手持非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8開(kāi)始實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)量，并在此時(shí)設(shè)置X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15的初始位置。然后啟動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10驅(qū)動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動(dòng)，采用X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行或者不進(jìn)行各種頻率的擾動(dòng)，通過(guò)X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表的精確測(cè)量、計(jì)算微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心的實(shí)時(shí)位移和微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并記錄和輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等等靜、動(dòng)態(tài)特性系數(shù)變化圖表。
[0052]本試驗(yàn)機(jī)采用微型電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10,可以使微型氣體軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到10-20 萬(wàn)r/min，采用X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行水平方向、垂直方向和軸向可控動(dòng)態(tài)加載，利用X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15測(cè)量微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心在水平方向、垂直方向和軸向位移變化量，手持非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表測(cè)量微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的速度，將所采集的位移數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)17軟件處理后代入MATLAB模型方程中進(jìn)行計(jì)算，即可實(shí)時(shí)計(jì)算出模型中的18個(gè)靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，同時(shí)利用計(jì)算機(jī)17生成時(shí)域_波形圖、時(shí)間_軌跡圖、軌跡_轉(zhuǎn)速圖、振幅_轉(zhuǎn)速圖、載荷-剛度-阻尼變化圖、振幅_ 時(shí)間-頻率三維譜圖及周期-頻譜分析圖等各種圖形，研究測(cè)試軸承的穩(wěn)定性及其影響因素，研究測(cè)試軸承同頻渦動(dòng)、半頻渦動(dòng)、倍周期分叉、多周期渦動(dòng)、混沌運(yùn)動(dòng)等非線性運(yùn)動(dòng)中的靜、動(dòng)態(tài)特性系數(shù)和穩(wěn)定性變化規(guī)律的關(guān)系，為氣體動(dòng)靜壓軸承理論研究、設(shè)計(jì)制造、維護(hù)使用及穩(wěn)定性控制提供解決方案。
[0053]本發(fā)明的微型動(dòng)靜壓氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，采用電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)速切向供氣方式給軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)供氣的試驗(yàn)方案，克服了現(xiàn)有氣體軸承試驗(yàn)臺(tái)的不足，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方案和測(cè)試方法，能同時(shí)測(cè)試并計(jì)算出高速微型氣體軸承的啟停時(shí)段、平穩(wěn)運(yùn)行及失穩(wěn)等各種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等靜、動(dòng)態(tài)特性系數(shù)及穩(wěn)定性，本試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便，通過(guò)更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)試軸承、轉(zhuǎn)子和改變供氣方式，可以測(cè)量并計(jì)算出測(cè)試軸承本身結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣體軸承的靜、動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響，對(duì)動(dòng)靜壓氣體軸承潤(rùn)滑分析與理論計(jì)算的改進(jìn)，進(jìn)一步提高復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下氣體軸承穩(wěn)定性，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。[〇〇54]以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本發(fā)明實(shí)施例并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，包括:機(jī)架(1)、橫向軸承座(2)、微型測(cè)試軸 承轉(zhuǎn)子(8)、空氣壓縮系統(tǒng)(4)、電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(10)、激振系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)；橫向軸承座(2)設(shè)置在機(jī)架(1)上，橫向軸承座(2)上設(shè)有氣道和供氣嘴(3)，氣道與供 氣嘴(3)連通，供氣嘴(3)與空氣壓縮系統(tǒng)(4)連接，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)設(shè)置在橫向軸承 座(2)上，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(10)設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的一端，驅(qū)動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子 (8)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述激振系統(tǒng)包括:X軸非接觸式電磁激振器(7)、Y軸非接觸式電磁激振器(12)和Z軸 非接觸式電磁激振器(9 )，X軸非接觸式電磁激振器(7 )、Y軸非接觸式電磁激振器(12)和Z軸 非接觸式電磁激振器(9)對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)在X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向進(jìn)行擾動(dòng)；所述信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)包括:X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位移傳感器(14)、Z軸激光 位移傳感器(15)、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表(5)、模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、信號(hào)接收器(16)和計(jì)算機(jī)(17)， X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位移傳感器(14)和Z軸激光位移傳感器(15)分別設(shè)置在 微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)周?chē)腦軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上，X軸激光位移傳感器(13 )、Y軸 激光位移傳感器(14)、Z軸激光位移傳感器(15)分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和 非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表分別與信號(hào)接收器(16)連接，信號(hào)接收器(16)和計(jì)算機(jī)(17)連接，計(jì) 算機(jī)(17)上安裝有信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB軟件，X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位 移傳感器(14)和Z軸激光位移傳感器(15)采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)X軸軸向、Y軸軸向和Z 軸軸向上的模擬位移信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將采集到的模擬位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字位移信號(hào)， 信號(hào)接收器(16)接收數(shù)字位移信號(hào)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集的數(shù)字速度信號(hào)，數(shù)字位移 信號(hào)和數(shù)字速度信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)(17)上的信號(hào)采集分析系統(tǒng)處理與MATLAB中所建立的模 型方程的計(jì)算，得到靜、動(dòng)態(tài)下微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形 圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅_時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖。2.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述空氣壓縮系統(tǒng)包括:螺 桿式空氣壓縮機(jī)(4-1)、高溫冷凍式干燥機(jī)(4-2)、分離過(guò)濾器(4-3)、主管路過(guò)濾器(4-4)、 除油過(guò)濾器(4-5)、壓力控制閥(4-6)及氣體管路，螺桿式空氣壓縮機(jī)(4-1)、高溫冷凍式干 燥機(jī)(4-2)、分離過(guò)濾器(4-3)、主管路過(guò)濾器(4-4)、除油過(guò)濾器(4-5)依次通過(guò)氣體管路連 接，壓力控制閥(4-6)設(shè)置在除油過(guò)濾器(4-5)與供氣嘴(3)之間的氣體管路上，壓力控制閥 (4-6)通過(guò)氣體管路與供氣嘴(3)連接。3.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(10)包 括:微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈(10-1)、微型定子線圈(10-2)、定子換向電路(10-3)和對(duì)中定子外 殼(10-4);微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈(10-1)安裝在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的一端，與微型測(cè)試軸 承轉(zhuǎn)子(8)作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)；微型定子線圈(10-2)通過(guò)過(guò)盈配合安裝在對(duì)中定子外殼 (10-4)的內(nèi)部，定子換向電路(10-3)固定在對(duì)中定子外殼(10-4)的端面，微型定子線圈 (10-2)、定子換向電路(10-3)和對(duì)中定子外殼(10-4)作為一個(gè)組件，進(jìn)行配和對(duì)中，對(duì)中定 子外殼(10-4)和橫向軸承座(2)固定連接，通過(guò)微型定子線圈(10-2)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng) 微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈(10-1)帶動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)轉(zhuǎn)動(dòng)。4.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述激振系統(tǒng)還包括:信號(hào) 發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、功率放大器依次連接，X 軸非接觸式電磁激振器(7)、Y軸非接觸式電磁激振器(12)和Z軸非接觸式電磁激振器(9)分別與功率放大器連接，信號(hào)發(fā)生器輸出各種函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn) 換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大，放大后的模擬信號(hào)直接輸入X軸非接觸式電 磁激振器(7 )、Y軸非接觸式電磁激振器(12)和Z軸非接觸式電磁激振器(9 )，產(chǎn)生激振力，在 X軸軸向、Y軸軸向、Z軸軸向?qū)ξ⑿蜏y(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)進(jìn)行擾動(dòng)。5.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，還包括:非接觸式電磁激振 器可調(diào)支架和激光位移傳感器可調(diào)支架，X軸非接觸式電磁激振器(7 )、Y軸非接觸式電磁激 振器(12)和Z軸非接觸式電磁激振器(9)分別通過(guò)第一絲杠螺母副設(shè)置在非接觸式電磁激 振器可調(diào)支架上，所述X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位移傳感器(14)和Z軸激光位移傳 感器(15)分別通過(guò)第二絲杠螺母副設(shè)置在激光位移傳感器可調(diào)支架上。6.如權(quán)利要求5所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述機(jī)架、非接觸式電磁激 振器可調(diào)支架和激光位移傳感器可調(diào)支架均安裝在高精度氣浮光學(xué)平臺(tái)上。7.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述X軸非接觸式電磁激振 器(7)、Y軸非接觸式電磁激振器(12)和Z軸非接觸式電磁激振器(9)的加載表面與微型測(cè)試 軸承轉(zhuǎn)子(8)之間的間隙均為0.5-lmm〇8.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述X軸激光位移傳感器 (13)、Y軸激光位移傳感器(14)和Z軸激光位移傳感器(15)的量程均為500wi1、采樣頻率均為 100KHZ，調(diào)整所述X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位移傳感器(14)和Z軸激光位移傳感器 (15)，使其相對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)之間的初始測(cè)量距離均為150-250M1。9.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述橫向軸承座(2)包括外 圈和內(nèi)圈，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)設(shè)置在內(nèi)圈上，外圈上設(shè)有兩個(gè)支撐軸承(11 )，兩個(gè)支撐 軸承(11)相對(duì)套接在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的兩端，兩個(gè)支撐軸承(11)的外端設(shè)有軸承端 蓋(6)〇10.如權(quán)利要求1所述的微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟:步驟一:啟動(dòng)空氣壓縮系統(tǒng)(4);步驟二:調(diào)節(jié)空氣壓縮系統(tǒng)(4)的供氣壓力，使微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)處于懸浮狀態(tài)；步驟三:測(cè)算出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)在Y軸方向上的初始位移量，記為y〇;步驟四:開(kāi)啟X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位移傳感器(14)、Z軸激光位移傳感器 (15)、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，將Y軸激光位移傳感器(14)賦予初始值為y〇， 將X軸激光位移傳感器(13)和Z軸激光位移傳感器(15)均賦予初始值為0，并開(kāi)始采集數(shù)據(jù)， X軸激光位移傳感器(13 )、Y軸激光位移傳感器(14 )、Z軸激光位移傳感器(15)采集微型測(cè)試 軸承轉(zhuǎn)子(8)軸心的實(shí)時(shí)位移，非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)軸心的實(shí)時(shí) 轉(zhuǎn)速；步驟五:啟動(dòng)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(10)，通過(guò)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系 統(tǒng)的供氣壓力和微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變微型測(cè)試 軸承轉(zhuǎn)子(8)的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)(17)通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)將采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn) 子(8)軸心的實(shí)時(shí)位移和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即 可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、 振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅_時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的靜態(tài)特性曲線 和圖表；步驟六:啟動(dòng)X軸非接觸式電磁激振器(7)、Y軸非接觸式電磁激振器(12)和Z軸非接觸 式電磁激振器(9)，在X、Y、Z軸方向上對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)進(jìn)行不同形式的激振加載； 步驟七:同時(shí)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和試軸承轉(zhuǎn) 子(8)的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)(17) 通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)對(duì)X軸激光位移傳感器(13)、Y軸激光位移傳感器(14)和Z軸激光位 移傳感器(15)采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)軸心的實(shí)時(shí)位移和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集 到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn) 行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子(8)在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、 剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的動(dòng) 態(tài)特性曲線和圖表。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK105954035SQ201610526871
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月25日
【發(fā)明人】賈晨輝, 張海江, 孟肖, 馬文鎖, 邱明, 龐煥杰, 王振清, 高靖
【申請(qǐng)人】河南科技大學(xué)