一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台及测试方法
阅读说明：本技术 一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台及测试方法 (Test bed and test method for testing multi-point support magnetic suspension shafting ) 是由 钟仁志 袁军 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁悬浮轴系测试领域,尤其涉及一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台及测试方法。该试验台包括底座和电机轴；底座设置有T型槽,电机轴外壁从左至右依次套设有第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置、电机定子装置、轴向轴承装置和第四径向轴承装置；电机轴设置有电机转子、径向轴承转子、径向被测体、推力盘和轴向被测体；第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置和第四径向轴承装置都设置有与相应径向被测体相对齐的径向传感器；第四径向轴承装置还设置有轴向传感器,轴向传感器与轴向被测体相对齐。该试验台能够改变电机轴的支撑条件,提高试验台的适应性。(The invention relates to the field of magnetic suspension shafting testing, in particular to a test bed and a test method for testing a multipoint support magnetic suspension shafting. The test bed comprises a base and a motor shaft; the base is provided with a T-shaped groove, and a first radial bearing device, a second radial bearing device, a third radial bearing device, a motor stator device, an axial bearing device and a fourth radial bearing device are sequentially sleeved on the outer wall of a motor shaft from left to right; the motor shaft is provided with a motor rotor, a radial bearing rotor, a radial measured body, a thrust disc and an axial measured body; the first radial bearing device, the second radial bearing device, the third radial bearing device and the fourth radial bearing device are all provided with radial sensors aligned with corresponding radial measured bodies; the fourth radial bearing device is also provided with an axial sensor, and the axial sensor is aligned with the axial measured body. The test bed can change the supporting condition of the motor shaft and improve the adaptability of the test bed.)
技术领域
本发明涉及磁悬浮轴系测试领域，尤其涉及一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台及测试方法。
背景技术
磁力轴承是磁悬浮原理应用在机械工程领域中的一项新的支承技术，其区别于传统的支承方式，具有无摩擦、无磨损、无润滑、运动阻力小、转速高、精度高、功耗低以及寿命长等优点，随着有关研究的不断发展，磁力轴承得到了广泛的应用。但磁悬浮轴系的试验台在磁悬浮技术开发领域很少涉及，随着磁悬浮系统理论研究的深入，迫切需要进行适应不同支撑情形的磁悬浮轴承综合试验台的研发，以能够为磁悬浮轴系的优化设计提供依据。
中国实用新型专利申请（公开号CN206321422U，公开日：20170711）公开了一种高速转子系统磁悬浮支承装置试验台，包括磁悬浮轴承，高速电机，磁粉离合器，负载飞轮组，电涡流测功机五个部分。该试验台通过加载不同的飞轮配组实现高速磁悬浮支承装置的不同负载模拟以适应不同领域的实验要求，可以测试装置在不同运行状态下的功率，承载能力，轴系的转速转矩，刚度，阻尼以及回转精度等性能参数。该试验台结构灵活，适应于多种高速磁悬浮支承装置的模拟实验，特性分析，也可用于中低速磁悬浮支承装置的实验模拟，具有良好的通用性。
现有技术存在以下不足：只使用两组径向轴承装置对电机轴进行支撑，并且径向轴承装置不能调整位置；即只能对电机轴进行单一条件下的参数测试，不能对电机轴进行不同支撑条件下的参数测试；从而使得试验台不能对复杂支撑情况下的轴系进行参数测试，降低了试验台的适应性。
发明内容
本发明的目的是：针对上述问题，提出设置四个径向轴承装置，底座设置T型槽，并且径向轴承装置可以在T型槽移动；进而能够改变电机轴的支撑条件，使得试验台能够对复杂支撑情况下的轴系进行参数测试，提高试验台的适应性的一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台及测试方法。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台，该试验台包括底座和电机轴；底座设置有T型槽，电机轴外壁从左至右依次套设有第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置、电机定子装置、轴向轴承装置和第四径向轴承装置，并且套设在电机轴外壁的以上装置分别通过螺栓与T型槽相连接固定在底座上；电机轴设置有电机转子、径向轴承转子、径向被测体、推力盘和轴向被测体；电机定子装置与电机转子相对齐并且用于驱动电机轴转动；第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置和第四径向轴承装置分别与电机轴上相应位置的径向轴承转子相对齐用于对电机轴提供径向支撑，并且都设置有与相应径向被测体相对齐的径向传感器；轴向轴承装置的限位端分别位于推力盘轴向两侧并且用于对电机轴进行轴向限位；第四径向轴承装置还设置有轴向传感器，轴向传感器与轴向被测体相对齐。
作为优选，径向被测体为硅钢片，轴向被测体固定设置在电机轴端面。
作为优选，电机转子包括转子硅钢片和转子磁钢，多个转子硅钢片固定套设在电机轴上并且在轴向相互堆叠设置；转子硅钢片设置有磁钢孔，多个转子磁钢固定嵌设在磁钢孔内。
作为优选，电机定子装置包括电机定子座和电机定子，电机定子座设置有电机定子内孔，电机定子固定嵌设在电机定子内孔内，并且与相应位置的电机转子相对齐。
作为优选，第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置和第四径向轴承装置都包括径向轴承座和径向轴承定子，径向轴承座设置有径向定子内孔，径向轴承定子固定嵌设于径向定子内孔并且与相应位置的径向轴承转子相对齐。
作为优选，第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置和第四径向轴承装置都还包括保护轴承座和保护轴承；保护轴承座设置有保护轴承内孔，保护轴承外圈与保护轴承内孔过盈配合，保护轴承内圈与电机轴之间存在间隙。
作为优选，轴向轴承装置包括轴向轴承座、前轴向轴承组件和后轴向轴承组件；前轴向轴承组件和后轴向轴承组件都固定在轴向轴承座上，并且前轴向轴承组件和后轴向轴承组件分别位于推力盘轴向两侧。
作为优选，试验台还设置有直线导轨和多个直线轴承，保护轴承座、轴向轴承座和电机定子座都设置有轴向贯穿并且高度相对齐的直线轴承内孔；多个直线轴承外壁固定嵌设在直线轴承内孔内，直线导轨与多个直线轴承内孔滑动配合。
作为优选，保护轴承座、轴向轴承座和电机定子座都还设置有定位台阶，底座在轴向设置有定位槽，定位台阶与定位槽在轴向滑动配合。
另外，本发明还公开了一种磁悬浮轴系参数的测试方法，该方法采用所述的一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台，该方法包括以下的步骤：
（S1）将第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置、电机定子装置、轴向轴承装置和第四径向轴承装置上的螺栓松开，而后将各个装置调整至设定位置后将其锁紧在T型槽上；
（S2）电机定子装置通电驱动电机转子转动进而带动电机轴转动，第一径向轴承装置、第二径向轴承装置、第三径向轴承装置和第四径向轴承装置在不同位置对电机轴提供径向支撑，并且以上装置的径向传感器记录装置所在位置的径向位移；轴向轴承装置对电机轴进行轴向限位；并且轴向传感器记录电机轴的轴向位移；
（S3）改变不同径向轴承装置的位置、轴承刚度及阻尼，经径向传感器和轴向传感器来实时监测电机轴的位置变化；同时，可依据需要在第一径向轴承装置、第二径向轴承装置和第三径向轴承装置两端各加负载重量，改变轴系结构；再通过控制各径向轴承装置的位置、轴承刚度及阻尼，经径向传感器和轴向传感器来实时监测电机轴位置变化进而得到磁悬浮轴系的不同状态下的参数。
本发明采用上述技术方案的一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台及测试方法的优点是：
此种方式增加了两组径向支撑。负载端，如压缩机组、膨胀机组，可通过增加的两组径向磁轴承支撑。可理解为将轴系重新划分为几段刚性连接的传统轴系，增加了轴系运转时磁轴承的调整空间，增加了磁悬浮轴承应用于更复杂轴系提供了可能性。同时，电机轴受到四组径向轴承装置在不同位置的支撑，并且底座设置有T型槽，四组径向轴承装置可以通过螺栓锁紧在T型槽的不同位置上；即可以在电机轴的不同位置对其进行支撑，而后通过四组径向轴承装置中的径向传感器的数值以及轴向传感器的数值对电机轴进行分析，以使得试验台能够测得多种支撑情况下电机轴的参数；而且，可依据需要在第一径向轴承装置、第二径向轴承装置和第三径向轴承装置两端各加负载重量，改变轴系结构；再通过控制各径向轴承装置的位置、轴承刚度及阻尼，经径向传感器和轴向传感器来实时监测电机轴位置变化进而得到磁悬浮轴系的不同状态下的参数。从而使得试验台能够对复杂支撑情况下的轴系进行参数测试，提高了试验台的适应性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明侧视的结构示意图。
图3为底座的结构示意图。
图4为电机转子的结构示意图。
图5、图6为电机定子座的结构示意图。
图7为第一径向轴承装置、第二径向轴承装置和第三径向轴承装置的结构示意图。
图8为第四径向轴承装置的结构示意图。
图9为轴向轴承装置的结构示意图。
图10、图11为径向轴承座的结构示意图。
图12、图13为径向传感器的结构示意图。
图14、图15为轴向传感器的结构示意图。
10-锁紧螺母、20-径向保护套、30-径轴向保护套、40-硅钢片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
实施例1
如图1-3所示的一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台，该试验台包括底座1和电机轴2；底座1设置有T型槽11，电机轴2外壁从左至右依次套设有第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4、第三径向轴承装置5、电机定子装置6、轴向轴承装置7和第四径向轴承装置8，并且套设在电机轴2外壁的以上装置分别通过螺栓与T型槽11相连接固定在底座1上；电机轴2设置有电机转子21、径向轴承转子22、径向被测体、推力盘24和轴向被测体25；电机定子装置6与电机转子21相对齐并且用于驱动电机轴2转动；第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4、第三径向轴承装置5和第四径向轴承装置8分别与电机轴2上相应位置的径向轴承转子22相对齐用于对电机轴2提供径向支撑，并且都设置有与相应径向被测体相对齐的径向传感器31；轴向轴承装置7的限位端分别位于推力盘24轴向两侧并且用于对电机轴2进行轴向限位；第四径向轴承装置8还设置有轴向传感器81，轴向传感器81与轴向被测体25相对齐。此种方式中，增加了两组径向支撑。负载端，如压缩机组、膨胀机组，可通过增加的两组径向磁轴承支撑。可理解为将轴系重新划分为几段刚性连接的传统轴系，增加了轴系运转时磁轴承的调整空间，增加了磁悬浮轴承应用于更复杂轴系提供了可能性。同时，电机轴2受到四组径向轴承装置在不同位置的支撑，并且底座1设置有T型槽11，四组径向轴承装置可以通过螺栓锁紧在T型槽11的不同位置上；即可以在电机轴2的不同位置对其进行支撑，而后通过四组径向轴承装置中的径向传感器31的数值以及轴向传感器81的数值对电机轴2进行分析，以使得试验台能够测得多种支撑情况下电机轴2的参数；而且，可依据需要在第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4和第三径向轴承装置5两端各加负载重量，改变轴系结构；再通过控制各径向轴承装置的位置、轴承刚度及阻尼，经径向传感器31和轴向传感器81来实时监测电机轴2位置变化进而得到磁悬浮轴系的不同状态下的参数。从而使得试验台能够对复杂支撑情况下的轴系进行参数测试，提高了试验台的适应性。
径向被测体为硅钢片，轴向被测体25固定设置在电机轴2端面。
如图4所示，电机转子21包括转子硅钢片211和转子磁钢212，多个转子硅钢片211固定套设在电机轴2上并且在轴向相互堆叠设置；转子硅钢片211设置有磁钢孔，多个转子磁钢212固定嵌设在磁钢孔内。
如图1、图5、图6所示，电机定子装置6包括电机定子座61和电机定子62，电机定子座61设置有电机定子内孔，电机定子62固定嵌设在电机定子内孔内，并且与相应位置的电机转子21相对齐。电机定子62通电后驱动转子磁钢212转动进而带动电机轴2转动。
如图7、图8所示，第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4、第三径向轴承装置5和第四径向轴承装置8都包括径向轴承座32和径向轴承定子33，径向轴承座32设置有径向定子内孔，径向轴承定子33固定嵌设于径向定子内孔并且与相应位置的径向轴承转子22相对齐。径向轴承定子33通过控制支撑径向轴承转子22进而对电机轴2进行径向限位。
第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4、第三径向轴承装置5和第四径向轴承装置8都还包括保护轴承座34和保护轴承35；保护轴承座34设置有保护轴承内孔，保护轴承35外圈与保护轴承内孔过盈配合，保护轴承35内圈与电机轴2之间存在间隙。当电机突然断电或者停机时，径向轴承装置和轴向轴承装置7失去磁力不能对电机轴2进行支撑限位，此时电机轴2下落并且与保护轴承35内圈相接触被保护轴承35支撑；从而避免电机突然断电或者停机时电机轴2突然下落引起径向轴承装置和轴向轴承装置7等重要零件的损坏。
如图9所示，轴向轴承装置7包括轴向轴承座71、前轴向轴承组件72和后轴向轴承组件73；前轴向轴承组件72和后轴向轴承组件73都固定在轴向轴承座71上，并且前轴向轴承组件72和后轴向轴承组件73分别位于推力盘24轴向两侧。前轴向轴承组件72和后轴向轴承组件73通过磁力对推力盘24的轴向位置进行限位，进而实现对电机轴2的轴向限位。
如图1、图5-11所示，试验台还设置有直线导轨91和多个直线轴承92，保护轴承座34、轴向轴承座71和电机定子座61都设置有轴向贯穿并且高度相对齐的直线轴承内孔93；多个直线轴承92外壁固定嵌设在直线轴承内孔93内，直线导轨91与多个直线轴承92内孔滑动配合从而使得保护轴承座34、轴向轴承座71和电机定子座61在移动时其顶端在轴向受到导向限位。
如图3、图6、图10所示，保护轴承座34、轴向轴承座71和电机定子座61都还设置有定位台阶94，底座1在轴向设置有定位槽12，定位台阶94与定位槽12在轴向滑动配合从而使得保护轴承座34、轴向轴承座71和电机定子座61的底部在轴向进一步受到导向限位。
另外，本发明还公开了一种磁悬浮轴系参数的测试方法，该方法采用所述的一种测试多点支撑磁悬浮轴系的试验台，该方法包括以下的步骤：
（S1）将第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4、第三径向轴承装置5、电机定子装置6、轴向轴承装置7和第四径向轴承装置8上的螺栓松开，而后将各个装置调整至设定位置后将其锁紧在T型槽11上；
（S2）电机定子装置6通电驱动电机转子21转动进而带动电机轴2转动，第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4、第三径向轴承装置5和第四径向轴承装置8在不同位置对电机轴2提供径向支撑，并且以上装置的径向传感器31记录装置所在位置的径向位移；轴向轴承装置7对电机轴2进行轴向限位；并且轴向传感器81记录电机轴2的轴向位移；
（S3）改变不同径向轴承装置的位置、轴承刚度及阻尼，经径向传感器31和轴向传感器81来实时监测电机轴2的位置变化；同时，可依据需要在第一径向轴承装置3、第二径向轴承装置4和第三径向轴承装置5两端各加负载重量，改变轴系结构；再通过控制各径向轴承装置的位置、轴承刚度及阻尼，经径向传感器31和轴向传感器81来实时监测电机轴2位置变化进而得到磁悬浮轴系的不同状态下的参数。
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