技术领域
[0001] 本
发明涉及一种轴承载荷测量方法，特别涉及一种基于轴瓦变形来测试
滑动轴承载荷的方法，用来测试各类
旋转机械滑动轴承实际安装状态下所承受的载荷，为评估轴系对中
质量、轴瓦安装质量以及安全运行寿命提供帮助。
背景技术
[0002] 在现代工业中，轴承是各类旋转机械的重要组成部件，对于机组的安全稳定运行至关重要。大量研究和实践表明，轴承所承受的载荷直接影响其工作状况。轴承承载过重，会引起瓦温高、乌金碎裂、碾瓦等故障；轴承承载过轻，容易出现油膜涡动和油膜振荡等故障。这两种情况都会引起旋转机械轴系振动增大，影响机组安全运行。因此，轴承载荷的测试计算就显得极为重要。
[0003] 目前，用于测量轴承载荷的常用方法有以下几种：(1)顶举法：在待测轴承附近
转轴正下方安装千斤顶，转轴上方安装百分表，通过顶举曲线来计算轴承载荷。为了能测量准确，该法需要将轴顶起一段距离，即将轴承“托”空。但是由于轴承间隙通常很小，顶举时容易碰到上部轴瓦，从而受到一个来自上瓦的额外反
力，导致测量误差增大。而且这种方法所需工作量很大，实用性较差。(2)油压法：在轴承底部安装油压
传感器，由实测轴承油膜压力反推载荷。这种方法的准确度取决于计算模型的准确性及油膜压力测点
位置等，影响因素和不确定性很多，测试误差较大。(3)测力法：在轴承座底部安装力传感器测试轴承载荷。
专利号为96236141.0的实用新型公开了一种负荷传感器，它是专用在可倾瓦轴承载荷测试过程中。由于需要用该负荷传感器代替轴瓦与轴承座之间的
垫块，因此对其加工
精度和
耐磨性都有很高的要求。该方法不仅应用领域受限制，而且会对轴瓦的安全稳定运行带来负面影响。(4)应变法：通过测量截面的弯曲应变来计算轴承载荷。公布号为CN 102323058的专利公开了一种通过测量转轴不同截面处的应变
信号来识别轴承载荷的方法。该方法需要在每两个轴承之间布置一个应变测点，同时需要对全轴系结构进行建模。该方法存在测量误差积累、传递和发散等问题，对建模准确度依赖性很高。而且需要在高中压缸中部布置测点，增加了工作量和难度。公布号为CN 102650556的专利公开了一种通过测试轴承两端三个截面处的应变信号来识别轴承载荷。该方法会受到现场轴系结构空间的限制，比如发
电机两端的端盖轴承，由于其与发电机
定子连为一体，因此无法满足两端三个测量截面的要求。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种通过测量轴瓦变形来计算轴承载荷的测量方法，该方法适用于各类旋转机械滑动轴承实际安装状态下所承受的载荷计算的技术应用中，可为在技术领域评估轴系对中质量、轴瓦安装质量及运行寿命提供帮助。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于轴瓦变形的滑动轴承载荷测量方法，它通过测试轴瓦变形来计算滑动轴承实际安装状态下所承受的载荷，其特征在于，它包括如下步骤：
[0007] (1)、在待测轴承下轴瓦外侧表面正下方轴线上布置一个应变片作为应变测点，对该应变测点进行防油封装。该应变片需选用自身具有
温度补偿作用的应变片，以便消除由于温度引起的测量误差；
[0008] (2)、待轴瓦安装完毕，但轴颈还未安装时，测量此时应变
输出信号值，记为ε1；
[0009] (3)、待轴颈及轴承座均安装完毕时，测量此时实际安装状态下应变输出信号值，记为ε2。测试前将
转子连续盘动若干周，测试开始后，以若干周内的平均值作为相应的应变输出信号；
[0010] (4)、计算该轴瓦由于受到轴颈重力和安装预紧力等外力作用下圆周方向产生的线变形，记为εx(0)，则εx(0)＝ε2-ε1；
[0011] (5)、建立一空间
坐标系，根据广义胡克定律，列出下轴瓦应变测点安装处的轴瓦线应变公式：
[0012]
[0013]
[0014] 式中，E1、μ1为轴瓦材料的
弹性模量和泊松比；
[0015] (6)、应变测点安装处的轴瓦在Y方向线应变为0，在X方向的线应变即为所测应变εx(0)，即：
[0016]
[0017]
[0018] (7)、在受力状态下，轴瓦与轴颈的
接触面为矩形，记接触面半宽度为a，接触面
应力为p(x)，其中：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022] 式中，F为待求的轴承载荷，l为轴瓦轴向宽度，R1为轴瓦半径，R2为轴颈半径，E2、μ2分别为轴颈材料的弹性模量和泊松比；
[0023] (8)、轴瓦所受的最大正应力是x＝0处的接触面应力，即：
[0024]
[0025] (9)、轴瓦和轴颈静态下接触时的平面中产生的应力场处于平面应变状态，接触产生的分布应力为：
[0026]
[0027]
[0028] 式中， x,z均为无量纲坐标。
[0029] (10)、下轴瓦表面应变测点处的坐标为x＝0,z＝-δ/a，其中δ为轴瓦的厚度，则，下轴瓦应变测点安装处的分布应力为：
[0030]
[0031]
[0032] (11)、将步骤10中计算的σx,σz带入步骤6中的线应变公式，未知数为待求的载荷F和Y方向的应力σy，方程式数目也是2个，方程式数目等于未知数数目，求出轴承所承受的载荷F。
[0033] 本发明提供的基于轴瓦变形的滑动轴承载荷测量方法与
现有技术相比具有如下技术效果：
[0034] 1.提出了一种基于轴瓦变形计算轴承载荷的计算方法，该方法是在轴瓦实际安装状态下测试的，测试结果具有较高的可信度；
[0035] 2.本发明所需参数均为轴颈及轴瓦本身的物性参数，不存在建模误差等各种误差，测量结果也具有较高准确度；
[0036] 3.本发明只需在检修期间在轴瓦背面安装应变测点，所需测量的工作量小；
[0037] 以及
[0038] 4.本方法不改变轴承座及轴瓦本身的结构特性和安装特性，也不改变轴承座的运行特性，适应性于大部分滑动轴承的载荷测试，有较高推广前景；
附图说明
[0039] 图1为轴承座结构示意图。
[0040] 图2为轴瓦应力分析坐标系示意图。
[0043] 其中：100-轴颈 101-轴瓦 102-轴承座；
[0044] 103-应变测点 200-轴承
具体实施方式
[0045] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0046] 如图1和图3所示，在轴瓦101外侧表面(与轴承座102接触面)正下方轴线上布置一个应变片作为应变测点103，对该应变测点进行防油封装。该应变片需选用自身具有温度补偿作用的应变片以便消除由于温度引起的测量误差。这样，以便测量实际安装状态下应变测点处的轴瓦沿圆周方向的线变形，记为εx(0)；
[0047] 待轴瓦安装完毕，但轴颈还未安装时，通过一具温度自补偿的应变测量单元记录并输出应变信号值ε1，即该应变测点处的轴瓦沿圆周方向的初始线变形；待轴颈及轴承座均安装完毕时，记录此时应变信号输出值为ε2，此为实际安装状态下该应变测点处的轴瓦沿圆周方向的线变形。实际安装状态下测试前将转子连续盘动若干周，测试开始后，以若干周内的平均值作为相应的应变输出信号。
[0048] 通过上述应变输出信号计算该轴瓦由于受到轴颈重力和安装预紧力等外力作用下应变测点处的轴瓦沿圆周方向产生的线变形，记为εx(0)，则εx(0)＝ε2-ε1。
[0049] 为此，参见图4，所述中央控制单元CPU通过下列程序进行工作：
[0050] 1)收集并输入下列物性参数，包括轴颈材料的弹性模量和泊松比、轴瓦材料的弹性模量和泊松比、轴颈半径、轴瓦半径、轴瓦宽度、轴瓦厚度。这些参数均可通过常规手段进行测量；
[0051] 2)根据图2所示的空间坐标系，根据广义胡克定律，其中，用来计算应变测点安装处的轴瓦线应变公式为：
[0052]
[0053]
[0054] 式中，E1、μ1为轴瓦材料的弹性模量和泊松比。
[0055] 3)根据轴承座102结构，由于在本发明的实施例中，轴瓦101是嵌套安装在轴承座102内，因此，在Y方向线应变为0，在X方向的线应变即为所测应变εx(0)，即：
[0056]
[0057]
[0058] 4)在静态下，轴颈100与轴瓦101接触为弹性接触，轴颈100无变形，载荷只引起轴瓦101的微变形。根据接触力学相关知识可知，轴瓦101与轴颈100的接触面为矩形，记该接触面半宽度为a，该接触面应力为p(x)，由下列计算公式得到该p(x)：
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 式中，F为待求的轴承的载荷，l为轴瓦101宽度，R1为轴瓦101半径，R2为轴颈100半径，E2、μ2分布为轴颈100的材料的弹性模量和泊松比；
[0063] 5)根据接触面应力公式分析可知，轴瓦101所受的最大正应力是x＝0处的接触面应力，即：
[0064]
[0065] 根据Hertz理论，当轴瓦101和轴颈100静态下接触时，平面中产生的应力场处于平面应变状态，x和z轴方向上的接触产生的分布应力分别由下列计算公式得到：
[0066]
[0067]
[0068] 式中， x,z均为无量纲坐标。
[0069] 6)轴瓦101表面应变测点处的坐标为x＝0,z＝-δ/a，其中δ为轴瓦101的厚度，因此，上述轴瓦101应变测点安装处的
应力分布为：
[0070]
[0071]
[0072] 将上述步骤6)中计算的σx,σz带入上述步骤中的线应变公式(3)，未知数为待求的载荷F和Y方向的应力σy，方程式数目也是2个，方程式数目等于未知数数目，因此，可以得出轴承所承受的载荷F。
[0073] 上述测得的轴承所承受的载荷F由一载荷值输出单元输出并显示。
[0074] 本发明计算和测量得到的载荷F数值，可用于各类旋转机械滑动轴承实际安装状态下所承受的载荷计算的技术应用中，可为在技术领域评估轴系对中质量、轴瓦安装质量及运行寿命提供帮助，从而达到如下效果：
[0075] 1、由于是在轴瓦实际安装状态下测试的，测试结果具有较高的可信度；
[0076] 2、所需参数均为轴颈及轴瓦本身的物性参数，不存在建模误差等各种误差，测量结果也具有较高准确度；
[0077] 3、只需在检修期间在轴瓦背面安装应变测点，所需测量的工作量小；以及[0078] 4、不改变轴承座及轴瓦本身的结构特性和安装特性，也不改变轴承座的运行特性，适应于大部分滑动轴承的载荷测试，有较高推广前景。
[0079] 最后所要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
