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滚动轴承支撑的高速转子系统的可靠性和运行状态是提高航空航天、武器装备、高档机床等复杂机械系统极限工作能力、运转精度、稳定性、和延长寿命的关键环节之一。因此,我国正在进行的嫦娥工程、大运载、大飞机、高速机床等重大科技领域,轴承技术都面临空前挑战,迫切需要开发能够模拟苛刻环境和条件的轴承相关产品的集成测试技术及装备,以准确获取轴承极限工作能力、基础数据和失效形式,开发具有自主知识产权的高端轴承技术及相关产品的关键基础技术,提高复杂机械系统的极限工作能力和可靠性。
针对航空航天、武器装备、高档机床等领域中轴承部件工况环境日益苛刻,摩擦学部件的故障诊断、失效模式分析、PACTS设计等对苛刻环境摩擦学测试设备的需求不断增加,完成了苛刻环境摩擦学测试集成技术及装备的研究。所研制的实验器能够模拟多种单一的、复合的苛刻工况,能够进行轴承、密封、润滑剂等多种部件的性能考核试验。可以模拟多种苛刻环境和条件,考核轴承、密封装置、润滑剂等摩擦学功能部件在苛刻工作条件下的综合性能。实现轴承等关键部件的失效监测及故障诊断技术、高速高温旋转轴密封技术等。在特殊工况环境与条件模拟实验技术方面,可模拟高速(转速42000 r/min、线速度大于80 m/s)、高温(大于250℃)、高低温交互(-60℃~+250℃)和重裁(13t)的工况条件,并考核此工况条件下的摩擦学部件极限性能。测试装备实现机电液技术集成,包括高速机械部分、液压加载润滑控制部分、传感检测部分、控制及信号处理几个部分的集成,实现对实验器的数据采集、数据记录、执行元件的控制及异常报警等操作的集成。开发了专用测试控制与软件,实现状态在线监测与分析、分析与控制。测试控制融合现代传感技术、信号分析与处理技术及计算机技术,集成传感器系统、模数转化系统、软件处理分析系统。对实验各项数据参数进行监控、保存并处理。软件实现组太软件、MATLAB和VB混合编程技术。
集成测试装备可满足苛刻工况摩擦学的大部分环境模拟试验,在航空航天和武器装备领域,栽人航天和深空探测等领域的摩擦学部件的模拟试验中具有广阔的应用前景。
此外,针对滚动轴承支撑的高速转子系统,为了避免其工作在临界转速下,提高转子高速运转的可靠性,研究了复合阻尼与轴承一体化集成减振结构,研制了用于该减振结构的复合填充PPS、PEEK和石墨的PTFE基阻尼减振材料,该材料在较宽温度范围内具有较好的粘弹阻尼和摩擦阻尼综合性能。得到了结构参数和材料参数对集成结构的刚度和阻尼的影响规律。该集成减振结构有效改善了高速转子系统的动力学特性。