基于压电薄膜传感器的滑动轴承动态油膜压力分布实时测量方法研究

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滑动轴承的油膜压力分布,是滑动轴承的重要基本参数之一,一直是转子动力学和轴承润滑研究领域的热点问题,目前压力分布的获得主要依靠理论、仿真计算和间接测量,其精度和实用性存在较大局限,至今尚无有效的直接测量方法。本文提出了一种基于压电薄膜传感器的动态油膜压力分布实时测量方法,设计了实时测量系统,且对油膜的静动特性进行实验测量与研究分析。论文研究工作主要包括以下几个方面:(1)针对径向圆瓦滑动轴承油膜分布测量,设计传感器结构及测定性能实验,将两种压电材料(PVDF和EMFI)进行实验性能对比分析(包括输出线性度,灵敏度随频率及温度影响情况);设计多种44传感器阵列以及排线方案,分析其各自特点。(2)根据传感器阵列排布,设计开发了能实时同步多通道测量和分析数据采集系统,包括信号前置放大电路、硬件方案、软件显示和信号片选电路。为了在有限空间内减弱信号串扰、减少引线和增加传感器单元数量,提出了信号片选方案,开发研制了信号片选电路,同时解决了时钟信号、信号串扰、信号切换不稳定等关键问题,对研制的片选电路信号采集性能进行实验测试和验证。(3)在Bently转子实验台上,采用PVDF压电薄膜传感器进行了动态油膜压力的实验测量。分别在不持续注油和持续注油情况下,分析对比PVDF压电薄膜传感器输出信号,初步证明了用压电薄膜传感器进行动态油膜压力测量的可行性。(4)提出了采用压电薄膜传感器测量油膜力和油膜动特性系数的实验原理,设计传感器安装方式,在转子—滑动轴承实验台上,采用灵敏度较高、对正压力更敏感的EMFI压电驻极体薄膜传感器进行动态油膜压力分布实验测量,分析传感器输出信号,测量油膜的静动特性系数,验证了采用EMFI压电驻极体薄膜传感器测量滑动轴承动态油膜压力分布的可行性。(5)结合差分法和扰动法,理论计算求解雷诺方程,获得轴承动态油膜压力分布、油膜动特性系数,同时采用美国ARMD轴承软件数值计算,将这些结果与实验测量值进行对比分析,表明:三者的结果总体上具有一致性,证明现有计算方法基本正确,同时存在局部不足。
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