(高清版)GBT 40116-2021 箔片軸承　氣體動壓徑向軸承性能　靜態(tài)承載能力、摩擦因數和壽命測試VIP

ICS21.100.10GB/T40116—2021/ISO13939:2019箔片軸承氣體動壓徑向軸承性能Testingofstaticloadcapacity,frictioncoefficientandlifetime(ISO13939:2019,Foilbearings—Performancetestingoffoiljournalbearings—Testingofstaticloadcapacity,frictioncoefficientandlifetime,IDT)國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會GB/T40116—2021/ISO13939:2019本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定本文件使用翻譯法等同采用ISO13939:2019《箔片軸承箔片徑向軸承性能測試靜態(tài)承載能片軸承氣體動壓徑向軸承性能靜態(tài)承載能力、摩擦因數和壽命測試》。本文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國滑動軸承標準化技術委員會(SAC/本文件由全國滑動軸承標準化技術委員會負責解釋。I1GB/T40116—2021/ISO13939:2019箔片軸承氣體動壓徑向軸承性能本文件描述了箔片氣體動壓徑向軸承的性能測試方法及結果比較方法，軸承由空氣(氣體)作為潤滑介質，由轉軸轉動產生的氣體動壓作為支承。本文件給出的測試方法旨在測試和評價箔片氣體動壓轉軸轉速、環(huán)境氣壓和濕度等)獲得的測試結果進行比較。由于測試條件可以改變，所以可通過設置測試條件來改變軸承的靜態(tài)承載能力。本文件所描述的測試方法使用條件如下：b)只有當箔片氣體動壓徑向軸承在某一轉速下保持轉動慣量不變時，才能進入評估程序；c)不考慮具有時變幅度和時變方向的動態(tài)載荷。本文件沒有規(guī)范性引用文件。轉軸與頂箔之間的氣體動壓確保轉軸與頂箔開始分離一定距離的運行階段。轉軸幾何中心與軸套幾何中心重合時轉軸與頂箔之間的最小距離。轉軸與頂箔之間因轉動引起摩擦而產生的摩擦力矩。初始載荷initialload初始階段施加于轉動系統(tǒng)上的載荷(3.42GB/T40116—2021/ISO13939:20193.63.7注：摩擦因數測試見第9章。3.8注：軸承壽命測試見第10章。表1～表4列出的符號適用于本文件。符號說明單位C間隙mmd直徑mme偏心距mmF力NFw重量，載荷NH高度mmh濕度%K系數N·min/mmL長度mmM摩擦力矩N·mmN壽命啟停測試次數p壓強N/mm2R表面粗糙度r距離mmT溫度℃3GB/T40116—2021/ISO13939:2019表2符號基本符號希臘字母符號說明單位δ厚度mmE偏心率μ摩擦因數W轉速r/min下標說明a空氣(環(huán)境),平均值，應用軸套內的空氣b波箔，軸承f頂箔，摩擦頂箔表面h軸套最大值n凈值r徑向，半徑R相對起飛s穩(wěn)態(tài)，靜態(tài)，轉軸表4符號基本符號上標上標說明(顯示在X上)X無量綱5測試目的測試目的為測試和評估箔片氣體動壓徑向軸承的靜態(tài)承載能力、摩擦因數和使用壽命。特定尺寸箔片軸承的這些主要性能指標與軸承應用的機械系統(tǒng)密切相關。4GB/T40116—2021/ISO13939:2019箔片氣體動壓徑向軸承的典型結構見附錄A。6測試條件6.1總則過測試軸承摩擦力矩和轉軸轉速獲得軸承性能。測試中，可觀察到轉軸無接觸浮于頂箔之上的起飛轉6.2測試裝置結果。測試箔片氣體動壓徑向軸承摩擦力矩和靜態(tài)承載能力的裝置可按圖1安裝。采用圖1所示測試系位移傳感器安裝在軸套兩端且互成直角(如圖2所示)。通過測量和比較傳感器數值可獲得軸心位移。對測量位移信號進行快速傅立葉變換(FFT),或采用轉速計測量轉軸轉速。采用熱電偶測量周圍5GB/T40116—2021/ISO13939:2019234568圖1軸承摩擦力矩和承載能力測試裝置6GB/T40116—2021/ISO13939:2019標引序號說明：1——位移傳感器；2——軸套；3——測量空氣溫度的熱電偶；摩擦力F可通過連接在軸套外側力臂桿上的測力單元進行測量。轉軸轉動所導致的軸承摩擦力矩M可通過摩擦力F和距離r(軸套軸心到測力單元軸心的垂直距離)的乘積計算獲得，如公式(1)M=FXr (1)r—-—軸套軸心線與力臂桿上測力單元軸心線的垂直距離，單位為毫箔片氣體動壓徑向軸承的凈載荷Fw,n(如圖1所示)等于加載載荷Fw,減去軸套重量Fw,h,Fw,a通過安裝在軸套與加載裝置之間的測力單元測得。6.5測試樣本7測試方法7.1總則應在充分預熱后測試起飛轉速并評估承載能力。測試報告給出了測試和評估所需的相關變量(見附錄B)。7GB/T40116—2021/ISO13939:2019轉軸在驅動器驅動下開始轉動，軸承開始工作。當轉軸開始轉動且轉速逐漸增加時測試軸承摩擦力矩。圖3所示為啟停測試中軸承摩擦力矩變化的典型情況，軸承摩擦力矩與轉軸轉速密切相關。隨著軸承摩擦力矩下降到穩(wěn)定值時，此時的轉速確定為軸承的起飛轉速，應將其記錄在測試報告中(見附單個啟停測試周期包含以下過程：a)首先，應確定啟停測試所需載荷并加載。宜選擇實際施加于轉動系統(tǒng)的載荷值對軸承的承載能力和使用壽命進行評估。否則，可根據經驗公式(2)計算啟停測試所需初始載荷Fw,隨后根據7.3的測試程序評估施加載荷Fwa。Fw=K×(L×dg)×(d×w) K—-—箔片氣體動壓徑向軸承的承載能力系數，其值為1.4(N·min/mm3);b)轉軸轉速達到起飛轉速后，運行狀態(tài)應保持15s,隨后關閉電動機并保持5s停止狀態(tài)。8GB/T40116—2021/ISO13939:20197.3靜態(tài)承載能力的評估靜態(tài)承載能力Fw,是穩(wěn)態(tài)下箔片氣體動壓徑向軸承可承受的最大穩(wěn)定載荷。靜態(tài)承載能力的確定過程如下。a)轉軸轉速保持在給定測試速度(如軸承在實際工作中的運行速度)。通過安裝在軸套內的熱電偶測量空氣(氣體)溫度并確定熱平衡狀態(tài)，系統(tǒng)達到熱平衡狀態(tài)后方可進行測試。測試轉速設置在起飛轉速和保證軸承系統(tǒng)穩(wěn)定運行的轉速之間。b)提高轉速，轉速增量為測試轉速的10%左右，以使軸承獲得更高承載能力。施加初始載荷Fw,隨后將轉速降至測試轉速。該狀態(tài)下連續(xù)測試轉軸轉速和軸承摩擦力矩5min,以判斷空氣膜或軸承是否破壞。轉軸和頂箔間具有空氣膜則說明軸承運轉正常。若轉軸和頂箔之間出現不必要的接觸，則會發(fā)生不穩(wěn)定振動，此時務必切換到步驟d),否則粘附將會在幾秒鐘內出現。c)如果沒有發(fā)生失效，則提高轉速，轉速增量為測試轉速的10%左右；增加載荷，載荷增量為初始載荷的1%,隨后將轉速降至測試轉速。觀察軸承5min看是否發(fā)生失效。d)一旦軸承發(fā)生失效，應及時卸載施加載荷，并在轉軸達到穩(wěn)定轉動狀態(tài)且保持測試速度穩(wěn)定運行幾分鐘后停止測試。e)保證軸承順利工作的最大載荷為施加載荷Fw.a,凈載荷Fw.采用6.4中的方法計算，并記錄在附錄B的測試報告中。f)啟停測試應在給定測試轉速下重復至少3次，并將每次獲得的凈載荷Fw,記錄在測試報告中(見附錄B)。g)上述凈載荷Fw,n中，將保證軸承順利工作的最小凈載荷值作為軸承在給定測試轉速下的靜態(tài)承載能力Fw,s,并記錄在測試報告中(見附錄B)。7.4無量綱靜態(tài)承載能力的計算箔片氣體動壓徑向軸承的靜態(tài)承載能力會受到周圍空氣(氣體)壓力影響，作為工作介質，氣體壓力與軸承的投影面積(即轉軸直徑與軸承長度的乘積)有關。因此，工作環(huán)境參數不同時，箔片氣體動壓徑向軸承的性能可通過對靜態(tài)承載能力進行無量綱化，即計算每一投影面積的承載能力來消除周圍空氣(氣體)造成的影響，從而進行比較和評估。無量綱靜態(tài)承載能力Fw..通過公式(3)計算，并記錄在測試報告中(見附錄B)。Fw,g=Fw,/(pa×L×d?)…………(3)Fw,s——無量綱靜態(tài)承載能力；Fw——靜態(tài)承載能力，單位為牛(N);pa——周圍空氣壓力，單位為牛每平方毫米(N/mm2);L——頂箔軸向長度，單位為毫米(mm);d,——轉軸直徑，單位為毫米(mm)。7.5軸承承載能力系數軸承承載能力系數可根據公式(4)計算，并作為靜態(tài)承載能力的性能指標，記錄在測試報告中(見附錄B)。K=Fw,s/[(L×d?)×(d?×w)]………………(4)Fw.——靜態(tài)承載能力，單位為牛(N);L——頂箔軸向長度，單位為毫米(mm);98間隙和偏心率無量綱靜態(tài)承載能力與轉軸中心位置的變化密切相關。將軸套和轉軸的中心距定義為偏心距e,轉軸中心與軸套中心重合時，軸與頂箔間的徑向間隙定義為間隙C。間隙和偏心率根據公式(5)計算獲得： (5)E=e/C,式中：C.——箔片氣體動壓軸承的間隙，單位為微米(mm);δf——頂箔厚度，單位為毫米(mm);E——偏心率；圖4給出了偏心率與無量綱靜態(tài)承載能力的關系。間隙在軸承設計和制造時確定，并在測試報告中注明(見附錄B)。位移傳感器按圖2所示安裝在軸套兩端且互成直角，通過比較傳感器測量值可獲得轉軸軸心的位移。偏心距和偏心率通過測得的位移計算獲得，并記錄在報告中(見附錄B)。本文件標引序號說明：Fw,s-—無量綱靜態(tài)承載能力：Y——1/e。測試數據。擬合曲線。圖4偏心率與無量綱靜態(tài)承載能力的典型關系GB/T40116—2021/ISO13939:20199摩擦因數摩擦力和摩擦因數是箔片氣體動壓徑向軸承的主要性能表征值。這些值可通過穩(wěn)態(tài)條件下測得的摩擦力F。,以及通過公式(1)和7.3獲得的靜態(tài)承載能力Fw.計算出來。μ=F./Fw,s…(6)啟動過程中轉軸與頂箔間的摩擦力是最大靜摩擦力。最大摩擦因數根據公式(6)的最大靜摩擦力以靜態(tài)承載能力Fw.作為施加載荷，重復7.2中所描述的啟停測試，以對軸承進行耐久性測試。轉軸轉動產生的氣體動壓在很大程度上受轉軸與頂箔之間的間隙C.影響(如第8章所述)。當因頂箔和/或轉軸磨損導致其間隙超過一定數值時，性能指標(如靜態(tài)承載能力)將會降低。因此，應將磨損量控制在一定范圍內，以保證間隙處于合適的范圍(典型箔片氣體動壓徑向軸承的間隙約為啟停測試次數即為軸承使用壽命，記錄在測試報告中(見附錄B)。其他情況下，當頂箔磨損率達到頂箔厚度20%或轉軸接觸到頂箔厚度的20%時，其啟停測試次數啟停測試每循環(huán)1000次，測量一次磨損率。測試報告(見附錄B)應包含以下內容：a)本文件編號；b)軸承參數；c)測試條件；d)測試方法；e)加載方法；f)測試地點；g)測試日期；h)測試人員；i)測試結果。GB/T40116—2021/ISO13939:2019(資料性)典型箔片氣體動壓徑向軸承結構確保轉軸和頂箔之間的間隙可使轉軸轉動產生的流體動壓建立起空氣膜。1——頂箔；5——前緣；圖A.1典型箔片氣體動壓徑向軸承結構圖A.2波箔和頂箔結構GB/T40116—2021/ISO13939:2019(資料性)測試報告測試記錄內容見表B.1。表B.1測試報告測試依據：GB/T40116符號單位數據文件名稱：測試樣本：轉軸直徑：mm頂箔材料熱處理長度(軸向)Lmm厚度δmm表面粗糙度波箔高度Hmm厚度mm軸套內徑dmm重量FwhN間隙C,=[d,-ds-(H,+δ)]/2Cmm環(huán)境氣體條件類型□空氣口其他相對濕度%溫度℃壓強N/mm2加載方法□負重□氣動載荷液壓載荷□其他()測試結果4th起飛時的轉軸轉速Wto測試速度轉軸轉速r/min軸承摩擦力矩，最大值MmxN·m軸承摩擦力矩，穩(wěn)態(tài)MN·m最大摩擦因數=Mma/(r·Fw.)max穩(wěn)態(tài)摩擦因數=M,/(r·Fw,)μ軸套內空氣(氣體)溫度Tah℃頂箔表面溫度T℃GB/T40116—2021/ISO13939:2019表B.1測試報告(續(xù))測試依據：GB/T40116符號單位數據施加載荷Fw,N凈載荷=Fw,-Fw,hFw,nN靜態(tài)承載能力Fw.xN無量綱靜態(tài)承載能力Fw,軸承承載能力系數N·min/mm3偏心距emm偏心率E壽命Nb啟停測試次數測試地點測試時間：測試人員：評價：GB/T40116—2021/ISO13939:2019[1]ISO/IEC/TR10000-1,Informationtechnology—FrameworkandtaxonomyofInternationalStand-[2]DellaCorteC.ANewFoilAirBearingTestRigforUseto700℃and70000rpm,NASATM-1997-107405[3]DellaCorteC.,ValcoM.J.LoadCapacityEstimationofFoilAirJournalBearingsforOil-FreeTurbo-machineryApplications,NASATM-2000-209782,2000,Cleveland,Ohio[4]HeshmatH.,AdvancementsinthePerformanceofAerodynamicFoilJournalBearings:HighSpeedandLoadCapability,ASME.J.Tribol.1994,116(2)pp.287-295[5]RadilK.,HowardS.,DykasB.TheRoleofRadialClearanceonthePerformanceofFoilAirBearings,NASA/TM-2002-211705[6]FactsN.A.S.A.2001,CreatingaTurbomachineryRevolution,FS-2001-07-014-GRC,Cleveland,Ohio[7]SanAndresL.andDesantiago,O.C.IdentificationofJournalBearingForeCoefficientsUn-derHighDynamicLoading-PartI:ConcentricStaticOperation,ProceedingsofSTLE/ASMEInterna-tionalConference,No.Trib2004-64300,2004[8]KimT.H.,SanAndresL.HeavilyLoadedGa