专利名称：一种在偏心载荷下轴承润滑剂油膜耐冲击能力的测试方法
技术领域：
本发明属于润滑油性能测试技术领域，特别涉及在偏心载荷下轴承润滑剂油膜耐 冲击能力的测试方法，用于筛选评价轴承在偏心载荷下具有较好油膜刚度的润滑油。
背景技术：
滑动轴承油膜刚度系数是轴承可靠性分析、稳定性计算中的关键参数之一。在相 同偏心力作用下，轴承油膜刚度系数越大，轴的振幅越�。岢�-轴系统运行越稳定。在偏 心力不变的情况下，采用不同的润滑油，有的轴承振动幅值增加，而另一些轴承振动幅值减 小。轴承的动态响应与轴承载荷、油膜刚度及油品性质有密切关系，润滑油的性质、不同工 况下的选配直接决定动态载荷下滑动轴承的可靠性、稳定性。当前国内这方面的研究主要 集中在轴承整体动态响应的表征上，例如轴承振幅与轴承载荷与油膜刚度的关系、油膜刚 度变化对轴承振动特性的影响等。尚无专门的文献去研究不同油品性质对油膜耐冲击能力 的影响。本发明涉及使用的装置是INV1612型多功能柔性转子试验系统，该实验装置由基 座及安装在基座上的电动机、光电转速传感器、联轴器、滑动轴承、轴、转盘、传感器支座、电 涡流传感器，以及测试系统及计算机组成。该装置可以模拟多种转动机械的振动情况，并可 对柔性转子的振动情况如转速、振幅、相位、位移进行测量，以及进行转子动平衡、临界转 速、油膜涡动、等试验。目前，INV1612型多功能柔性转子实验系统主要是用来测试系统的 机械力学性能，如动平衡实验、临界转速、转子结构形式的变化对临界转速的影响、转子振 动的基频倍频分析等，该系统主要是针对非偏心载荷和较小的偏心载荷下的机械轴系的动 态平衡(在距离转盘中心40mm的同心环处等分加工16个M3螺纹孔，通过在螺纹孔中添加 螺母进行调节系统的动态平衡)。
发明内容
本发明的目的是为了比较润滑油的性质对在偏心载荷下轴承稳定性与可靠性的 影响，帮助筛选在偏心载荷下具有较好油膜耐冲击能力的润滑油，提出了一种在偏心载荷 下轴承润滑油性质对油膜耐冲击能力影响的测试方法。该方法可以简单、有效的筛选评定 在偏心载荷下轴承润滑油性质对油膜耐冲击能力的影响。本发明提出的一种在偏心载荷下轴承润滑油性质对油膜耐冲击能力影响的测试 方法，其特征在于，包括以下步骤(1)装配好实验装置，安装光电转速传感器和电涡流传感器，并将光电转速传感器 和电涡流传感器分别与计算机相连；添加待测试的第一种润滑油，使每个滑动轴承达到充 分润滑状态；(2)运行实验装置，将电机转速调整到预定转速，等系统稳定运行后开始采样，电 涡流传感器测试得到检测轴在χ方向偏移量和y方向偏移量的多个实验数据，分别选择该χ 方向偏移量和y方向偏移量数据中重复性较好的一部分数据进行计算机处理，得到检测轴在X方向上的平均偏移量和1方向上的平均偏移量；(3)改变实验装置的转速，重复上述步骤(2)，得到在各测试转速下检测轴在χ方 向上的平均偏移量的一组实验数据和y方向上的平均偏移量的一组实验数据；(4)在实验装置的转盘上添加偏心块，重复上述中的步骤(2)、(3)，得到在偏心载 荷、不同测试转速下检测轴在X方向上平均偏移量的多组实验数据和y方向上平均偏移量 的多组实验数据；(5)上述实验结束后，将实验装置中的轴联轴器、滑动轴承、传动轴、检测轴、转盘、 传感器支座拆卸下来，并将各个轴和各个滑动轴承上的润滑油清洗干净后，重新组装好实 验装置；(6)依次更换新的待测润滑油，每更换一种待测润滑油，均重复上述的(1) (2)、 (3)、(4)、(5)步骤；(7)计算机对实验获得的实验数据进行处理，获得在各种待测润滑油润滑时检测 轴的振幅与转速的变化曲线；(8)根据所得到的检测轴在待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化曲线， 对比各测试转速下待测润滑油对检测轴的振幅影响的幅度，选择检测轴的振幅较小的润滑 油为偏心载荷下油膜耐冲击能力较好的润滑油。本发明的特点及有益效果本发明改变INV1612型多功能柔性转子实验系统的加载方式及部件的布局方式 (即改变滑动轴承的距离、轴的长度)，以实现测量在偏心载荷作用下检测轴的径向偏移， 通过轴的径向偏移来判断区分不同润滑油的抗冲击能力，本发明主要针对较大偏心载荷影 响下润滑油性质对油膜耐冲击能力影响的测试。该方法可以简单、有效的测量润滑油性质在偏心载荷下的对轴承油膜耐冲击能力 的影响。使用装置分别测量在无偏心载荷和有偏心载荷下的轴的径向偏移量，通过有、无偏 心载荷的偏移量的差值作为表征润滑油在偏心载荷下的油膜耐冲击能力的参数，帮助筛选 评价在偏心载荷下油膜耐冲击能力较好的润滑油。
图1为本发明方法的装置原理示意图；图2为采用本发明方法得到的在待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化 曲线。
具体实施例方式本发明提出的在偏心载荷下润滑油性质对油膜耐冲击能力影响的测试方法结合 实施例及附图详细说明如下本发明实施例所采用的实验装置结构，如图1所示，该实验装置由基座15及安装 在基座上的电动机1、光电转速传感器2、二个联轴器6、14、传动轴4、检测轴13、四个滑动 轴承3、5、7、11、转盘8、偏心载荷、电涡流传感器9及其传感器支座12，以及及计算机组成。 本实施例对已有装置中的转盘进行了改造，其的直径为70mm，在距离转盘中心20mm同心环 处等分加工4个M8的螺孔，偏心块的直径为30mm(可以通过改变偏心块的厚度改变载荷的大�。渲衅目椴牧衔�45号钢，厚度8mm 12mm)，使用螺母将偏心块拧在转盘的某一 螺孔内作为偏心载荷，通过改造后的转盘可以施加较大的偏心载荷。本实施例中的装置的 实验参数如下传动轴的直径10mm、长度为200mm，检测轴的直径25mm、长度为230mm，电机 的功率300W、采用手动无级调速，采样频率为5120Hz，采样时间为200s，轴的转速变化范围 为2250-3500rpm，偏心块质量为150g (偏心质量等于偏心块质量加上螺栓螺母)，偏心距为 20mm。(以上参数仅为举例说明，并不用以限定本发明方法的实现)本实施例的测试方法包括以下步骤(1)装配实验装置，如图1所示，首先将电动机1安装在基座15的一端，光电转速 传感器2、联轴器(1)13依次安装在电动机1的输出端，再将滑动轴承(1)3、滑动轴承(2)5 依次安装在传动轴4的两端部，然后将传动轴4 一端安装在电动机联轴器14上，其次将滑 动轴承(3) 7、转盘8、传感器支座12滑动轴承(4) 11依次安装在检测轴13上，然后将检测 轴13通过轴联轴器6安装在传动轴(4)的另一端，再分别将上述各滑动轴承和传感器支座 12固定在基座15上，最后将电涡流传感器9安装在传感器支座12上，油杯10安装在滑动 轴承上(图中仅示出油杯安装在滑动轴承(4)的情况)，然后将光电转速传感器2和电涡 流传感器9分别与计算机相连；调整电涡流传感器9的传感端面距离检测轴表面的距离约 为500微米(可根据实际进行调整，使轴在测试中不能与电涡流传感器9的传感端面相接 触)，设置传感器灵敏度为8mV/ μ m、采用直流电源、采样频率设置为5120HZ，添加待测试的 第一种润滑油使4个滑动轴承达到充分润滑状态；(2)运行实验装置，将电机转速调整到预定的2250rpm(转速参数的选择，可根据 实际工况进行选择，此转速只作为举例说明)，等系统稳定运行后(即电涡流传感器所采样 实验数据点的有效值基本处于稳定时)开始采样，采样时间为200s(采样时间范围180s 300s)，电涡流传感器9测试得到检测轴在χ方向偏移量和y方向偏移量的多个实验数据， 分别选择χ和y方向偏移量多个数据中重复性较好的一部分数据，使用计算机处理这两组 数据(常规技术)，得到检测轴在χ方向上的平均偏移量和y方向上的平均偏移量；(3)改变实验装置的转速，(本实施例中是采用每250rpm的幅值递加，直到 3500rpmo可根据实际的工况选择转速的范围，并根据需要将转速等分进行测试)，重复上述 步骤(2)，得到在各测试转速下检测轴在χ方向上的平均偏移量一组实验数据和y方向上 的平均偏移量的一组实验数据；(4)在实验装置的转盘上添加偏心块(偏心块的质量可根据实际工况下偏心载荷 的大小进行选择)，重复上述中的步骤(2)、(3)，得到在偏心载荷、不同测试转速下检测轴 在χ方向上平均偏移量多组的实验数据和y方向上平均偏移量的多组的实验数据；(5)上述实验结束后，将装置中的轴联轴器、4个滑动轴承、2个轴、转盘、传感器支 座拆卸下来，并将各个轴和各个滑动轴承上的润滑油清洗干净后，重新组装好实验装置；(6)依次更换新的待测润滑油，每更换一种待测润滑油，均重复上述的(1) (2)、 (3)、(4)、(5)步骤；(7)计算机对实验获得的实验数据进行处理，获得在各种待测润滑油润滑时检测 轴的振幅与转速的变化曲线；每种待测润滑油的实施实验数据处理的具体的步骤如下<7. 1>将实验中获得的不同测试转速下，待测润滑油1在有、无偏心载荷时，检测 轴在X方向上的平均偏移量一组实验数据和y方向上的平均偏移量一组实验数据进行处理。分别求取无偏心载荷下，不同转速时，检测轴在χ方向上的平均偏移量和y方向上的平 均偏移量的平均值；然后分别求取偏心载荷下，不同转速时，检测轴在χ方向上的平均偏移 量和y方向上的平均偏移量的平均值；再分别将不同转速时，有偏心载荷下的平均偏移量 的平均值减去无偏心载荷下的平均偏移量的平均值得到最终偏移量，该最终偏移量值为该 润滑油润滑时检测轴的振幅；使用上述同样的方法依次处理所有待测润滑油的实验数据， 得到各种润滑油润滑时检测轴的振幅；<7. 2>将实验中测试的转速作为横坐标，在不同转速下、检测轴的振幅作为纵坐标 得到在不同待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化曲线。如图2所示。图2中仅显 示出两种待测润滑油的变化曲线，图中，棱形标注的曲线是检测轴在第一种待测润滑油润 滑下的振幅与转速的变化曲线；方形标注的曲线是检测轴在第二种待测润滑油润滑下的振 幅与转速的变化曲线。(8)根据所得到的检测轴在待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化曲线， 对比各测试转速下待测润滑油对检测轴的振幅影响的幅度，选择检测轴的振幅较小的润滑 油为偏心载荷下油膜耐冲击能力较好的润滑油。在本实施实例中，由待测润滑油的检测轴的振幅与转速的变化曲线，如图可以看 出，在不同的转速下，由第二种润滑油润滑时，检测轴的振幅都比较�。ü员日饬街秩� 滑油得出，在偏心载荷下第二种润滑油为油膜耐冲击能力较好的润滑油。通过本发明方法可以比较待测轴承润滑油在偏心载荷下对油膜耐冲击能力的影 响，并且简单、有效筛选评价出偏心载荷下油膜耐冲击能力较好的润滑油。
权利要求
一种在偏心载荷下轴承润滑剂油膜耐冲击能力的测试方法，其特征在于，包括以下步骤(1)装配好实验装置，安装光电转速传感器和电涡流传感器，并将光电转速传感器和电涡流传感器分别与计算机相连；添加待测试的第一种润滑油，使每个滑动轴承达到充分润滑状态；(2)运行实验装置，将电机转速调整到预定转速，等系统稳定运行后开始采样，电涡流传感器测试得到检测轴在x方向偏移量和y方向偏移量的多个实验数据，分别选择该x方向偏移量和y方向偏移量数据中重复性较好的一部分数据进行计算机处理，得到检测轴在x方向上的平均偏移量和y方向上的平均偏移量；(3)改变实验装置的转速，重复上述步骤(2)，得到在各测试转速下检测轴在x方向上的平均偏移量的一组实验数据和y方向上的平均偏移量的一组实验数据；(4)在实验装置的转盘上添加偏心块，重复上述中的步骤(2)、(3)，得到在偏心载荷、不同测试转速下检测轴在x方向上平均偏移量的多组实验数据和y方向上平均偏移量的多组实验数据；(5)上述实验结束后，将实验装置中的轴联轴器、滑动轴承、传动轴、检测轴、转盘、传感器支座拆卸下来，并将各个轴和各个滑动轴承上的润滑油清洗干净后，重新组装好实验装置；(6)依次更换新的待测润滑油，每更换一种待测润滑油，均重复上述的(1)(2)、(3)、(4)、(5)步骤；(7)计算机对实验获得的实验数据进行处理，获得在各种待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化曲线；(8)根据所得到的检测轴在待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化曲线，对比各测试转速下待测润滑油对检测轴的振幅影响的幅度，选择检测轴的振幅较小的润滑油为偏心载荷下油膜耐冲击能力较好的润滑油。
2.根据权利要求1中的所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中每种待测润滑油的实 验数据处理的具体步骤如下；<7. 1>将实验中获得的不同测试转速下，待测润滑油在有、无偏心载荷时，检测轴在χ 和y两个方向上的平均偏移量实验数据进行处理，分别求取无偏心载荷下，不同转速时，检 测轴在χ和y两个方向上的平均偏移量的平均值，然后分别求取偏心载荷下，不同转速时， 检测轴在χ和y两个方向上的平均偏移量的平均值，再分别将不同转速时，有偏心载荷下的 平均偏移量的平均值减去无偏心载荷下的平均偏移量的平均值得到最终偏移量，该最终偏 移量值为该润滑油润滑时检测轴的振幅；使用上述同样的方法依次处理所有待测润滑油的 实验数据，得到各种润滑油润滑时检测轴的振幅；<7. 2>将实验中测试的转速作为横坐标，在不同转速下、检测轴的振幅作为纵坐标得到 在不同待测润滑油润滑时检测轴的振幅与转速的变化曲线。
全文摘要
本发明涉及在偏心载荷下轴承润滑剂油膜耐冲击能力的测试方法，属于润滑油性能测试技术领域，该方法包括装配好实验装置，安装传感器，将光电转速传感器和电涡流传感器分别与计算机相连；添加待测试的第一种润滑油；将转速调整到预定的转速，等系统稳定运行后开始采样，测试得到轴在x和y方向偏移量的一组实验数据；改变实验装置的转速，得到多组实验的数据；改变待测润滑油，得到不同润滑油的实验数据；获得在不同待测润滑油润滑时轴的振幅与转速的变化曲线；根据所得到的轴在待测润滑油润滑时轴的振幅与转速的变化曲线，筛选评价偏心载荷下油膜耐冲击能力较好的润滑油。该方法可以简单、有效的评定在偏心载荷下轴承润滑油的油膜耐冲击能力。
文档编号G01B7/02GK101986133SQ20101028859
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者乔小溪, 张向军, 徐金龙, 熊春华, 王渊渊, 赵巍 申请人:清华大学
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