[发明专利]一种低功耗激振力方向可调的非接触激振器及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于激振器领域，具体为一种低功耗激振力方向可调的非接触激振器及控制方法，适用于正置式结构高速超高速滑动轴承转子系统动特性系数测试。

背景技术

人们在对滑动轴承的研究过程中发现，稳定静态工作的滑动轴承，如果受到动载荷作用时会表现出刚度和阻尼特性，这种特性会对整个轴承转子系统的临界转速，不平衡响应和稳定性有着重要影响，对轴承油膜动特性系数的测试一直是研究轴承转子系统一个必不可少的过程。最为常用的滑动轴承动态性能测试方法有：①脉冲激振（锤击）识别法；②不平衡质量法；③动态激振识别法。用力锤去敲击高速高精度旋转轴，力度难以掌握不容易操作，并且由于油膜力具有非线性，这种方法测试的动特性系数离散度较大。不平衡质量法测试动特性系数，每个转速至少需要在三种工况下测试，由于三种工况下位移值要相互运算，所以键相的准确度直接影响到动特性系数测试的结果，尤其是对相位敏感的油膜阻尼系数。动态激振识别法是非常受欢迎的方法。

以往研究轴承转子系统时，常常将其设计成倒置式结构，因为这样可以方便地使用电动式激振器对悬置的实验轴承进行动态激振，测试其油膜动特性系数。但随着高速切削技术日益受到关注，对以电主轴驱动的高速滑动轴承转子系统的研究越来越热。高速轴承转子系统要求高的临界转速，结构布局要非常紧凑，往往就只能设计成正置式结构。对于正置式结构轴承转子系统，欲想要采用动态激振法测试轴承的油膜动特性系数，就只能使用非接触激振器（如DJ‐20系列电磁激振器）对旋转主轴施加正弦激振力。

如果非接触电磁激振器产生的激振力方向可调，一方面可以对主轴施加不同方向的激振力；另一方面是电磁激振力的动态范围就能增加一倍。

市场上的主流非接触电磁激振器，若要实现对电磁激振力方向可调，需要在被激振目标（主轴）上安装永磁体，并调节电磁线圈上的电流方向实现。王亮，陈怀海，贺旭东提出一种改变非接触电磁激振器激振力方向的方法，具体为激振器使用两个永磁铁，被激振物置于两个永磁铁之间，利用传统的振动发生器改变两个永磁铁体到被激物到之间的距离，改变施加于被激振目标上的力的方向（永磁式非接触电磁激振器及其激振方法，专利号：2009100264102）。以上两种方法的缺点是永磁体加工性差，安装困难。楼向明等人利用电磁轴承作为激振器对转子进行激振（楼向明.运转状态下转子不平衡识别方法的研究，浙江大学博士学位论文,2001），他们要对激振器施加偏置磁场或偏置电流，激振器功耗大；他们对麦克斯韦电磁吸力公式采用泰勒展开进行局部线性化进而控制电磁吸力，使对大幅值动态激振力进行精确控制变得困难。

因此研制一种低功耗，激振力方向可调，动态幅值大，波形失真度小的非接触电磁激振器，对于高速超高速滑动轴承转子系统的油膜动特性系数测试很有意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有的非接触激振器功耗大，产生的激振力方向不可调，激振力幅值小，波形失真度大的弊端；为高速超高速滑动轴承转子系统中油膜的动特性系数测试提供一种低功耗激振力方向可调的非接触激振器及控制方法。

为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案实现的：

一种低功耗激振力方向可调的非接触激振器，包括第一U型电磁铁、第三U型电磁铁、圆柱形衔铁、不锈钢支架、不锈钢底座、第一功率放大器、信号调理电路、AD转换电路、DA转换电路和工业计算机；独立的第一U型电磁铁和第三U型电磁铁对称设置于圆柱形衔铁两侧，圆柱形衔铁固定在高速主轴上；第一U型电磁铁和第三U型电磁铁对高速主轴产生的电磁吸力方向相反；第一U型电磁铁包括第一电磁铁芯和缠绕在第一电磁铁芯上的第一电磁线圈；第三U型电磁铁包括第三电磁铁芯和缠绕在第三电磁铁芯上的第三电磁线圈；第一电磁铁芯和第三电磁铁芯与圆柱形衔铁对应的面为圆柱面，二者之间的气隙为400um～500um；第一U型电磁铁和第三U型电磁铁固定在不锈钢支架上；不锈钢支架的底部固定在不锈钢底座上，不锈钢底座上水平对称设有两个半导体应变片；半导体应变片经调理电路和AD转换电路连接工业计算机；工业计算机通过DA转换电路连接第一功率放大器；第一功率放大器的输出连接有相互并联的第一二极管分路和第三二极管分路，第一二极管分路包括相互串联的第一二极管和第一电磁线圈，第三二极管分路包括相互串联的第三二极管和第三电磁线圈；其中第一二极管和第三二极管的方向相反。