[发明专利]一种电机驱动的非接触激振装置及其激振方法

说明书

技术领域

本发明属于动力设备技术领域，具体一种电机驱动的非接触激振装置及其激振方法，主要适用于高刚度推力轴承油膜动刚度测试。

背景技术

机械的稳定性及可靠性日益受到重视，因此在机械设备投入使用前，要充分掌握并能够预测该设备的各项性能。支撑轴承的动特性影响着转子的临界转速，不平衡响应及转子的稳定性。对于滑动轴承-转子系统而言，正确预测滑动轴承油膜动力特性系数是至关重要的。

推力滑动轴承油膜动特性系数受到轴承的几何尺寸、转子速度以及载荷等众多因素的影响，虽然理论计算方面的研究已经取得辉煌的成绩，但由于轴承运行实际工况的复杂性和多变性，仅仅对滑动推力轴承油膜动力特性系数进行理论上计算是远远不够的，为了进一步准确研究，分析和分析实际运行工况对轴承性能的影响对滑动轴承油膜动态性能测试是极有必要的。

推力滑动轴承油膜动特性系数由众多参数确定，不能直接测量，需要做参数识别直接获得。目前滑动轴承动态性能测试主要的实验方法有：①时域工况法；②状态滤波法；③动态激振法。在这些测试方法中，动态激振法最为常用。用力锤对旋转轴进行脉冲激振，一方面，锤击的能量小，对于高刚度大阻尼的轴系，难以产生较明显的振动信号，并且采集到的信号长度有限，难以去掉信号中的噪声；另一方面，锤击的力度与均匀性难以把握，不易得到理想的数据。总之，使用力锤对旋转轴进行动态激振测试油膜动特性系数，信号处理是一个非常繁琐的工作。如果能对旋转轴的轴向施加周期力或者更简单的正弦力，将会使推力轴承油膜动特性系数测试变得简单。

对旋转轴轴向激振的方法有①使用激振器（电动式或电液式）对通过一个小球顶在旋转轴轴心处对旋转轴进行接触加载。②使用电磁激振器对旋转轴进行非接触电磁加载。

前者的缺点是电动式激振器力较小，难以满足高油膜刚度滑动轴承的测试要求；电液激振器，由于油的可压缩性及和调整压力油的摩擦性，使得激振力频率难以达到高频，较高频的电液激振器价格非常昂贵。另外，接触式加载需要保证激振力加在转轴中心线上，对激振器的安装位置需要进行繁琐的调节。后者是通过控制电流的大小进而控制电磁吸力的大小，缺点是由于受到功率放器功率的限制，难以产生高频大幅值电磁激振力，并且电磁铁持续通大电流，耗能发热严重。王亮，陈怀海等人提出利用传统振动发生器（信号发生器控制的电动激振器）带动永磁铁移动，改变永磁铁与被激振物体的距离，进而改变激振力大小（王亮，陈怀海，贺旭东.永磁式非接触激振器及其激振方法，专利号：200910026410.2）。但由于电动激振器力小，也不能产生大的激振力，另外大型永磁铁安装使用极为不方便。

发明内容

本法明旨在针对上述问题，提供一种电机驱动的非接触激振装置及其激振方法，以适用于高刚度推力轴承油膜动刚度测试。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电机驱动的非接触激振装置，包括步进电机、偏心轴、连杆、直线导轨、第一滑块、第二滑块、电永磁铁、衔铁、应变片电桥、应变信号调理电路、AD转换器、工业计算机和细分驱动器；细分驱动器驱动步进电机，步进电机通过联轴器带动偏心轴，间隔设置的第一支撑轴承和第二支撑轴承支撑偏心轴；第一滑块和第二滑块固定在直线导轨上，连杆固定在第一滑块和第二滑块上；连杆的一端与偏心轴形成转动副，另一端固定着电永磁铁；连杆上贴有应变片电桥，应变片电桥、信号调理电路、AD转换器、工业计算机和细分驱动器依次连接；电永磁铁和固定在被激振转轴上的衔铁相对设置。

本发明进一步的改进在于：偏心轴分为两段，与联轴器、第一支撑轴承和第二支撑轴承接触的为第一段，轴心为O；与连杆形成转动副的为第二段，轴心为O'；第一段与第二段的偏心距OO'为e；e＝100～200um；O'的轨迹为以O为圆心以2e为直径的圆。

本发明进一步的改进在于：连杆的运动方向垂直偏心轴的第二段的轴线方向。

本发明进一步的改进在于：连杆的内孔截面为正方形，正方形边长a大于偏心轴的直径D与偏心轴的偏心距e的二倍之和，即a>D+2e。

本发明进一步的改进在于：连杆与偏心轴配合处开有油孔。

一种电机驱动的非接触激振装置的激振方法，包括：将圆柱形的衔铁安装在被激振转轴上后，再给电永磁铁充磁；充磁后的电永磁铁对衔铁产生电磁吸力，电磁吸力迫使连杆与偏心轴始终接触；步进电机带动偏心轴转动时，连杆和电永磁铁在直线导轨上做直线往复运动，改变电永磁铁与衔铁之间的气息厚度，进而改变电磁吸力的大小。