基于PVDF的滑动轴承动态油膜压力分布实时测量方法

The identification and measurement of the support characteristics of journal bearing has been one of the key challenges in rotor dynamics field. At present, its acquisition mainly depends on theoretical calculation and indirect measurement. The accuracy still cannot satisfy the practice need. The main reason is that there is not a reliable and effective direct measurement and test method. Aiming at this problem, in this project, the PVDF based sensor technology will be adopted to adapt the journal bearing work feature, and the measurement method and principle of the dynamical pressure distribution of oil film will be mainly investigated. Based on the study on the package and manufacture technology of PVDF film under bearing working condition, the sensor array will be designed and made to build the pressure measurement devices and apparatus to realize the real-time measurement of the dynamical pressure of lubrication oil film. It is expected that it could be an effective measurement tool for studying the journal bearing support characteristics as well as the analysis and design of dynamical rotor-bearing system.

滑动轴承动态支撑特性的识别与测量，一直是本领域的研究难点之一。目前国内外油膜力的获取，多依赖于理论计算和间接测量，无论在精度与实时性方面都存在较大的局限性。其主要原因是至今仍没有一种可靠、有效的油膜力直接实验测量手段。针对此问题，本项目拟采用新型复合压电薄膜(PVDF)传感技术,结合滑动轴承的工作特点,重点研究基于复合压电薄膜(PVDF)传感器的滑动轴承动态油膜压力分布实时测量方法和原理，研究压电薄膜的传感特性以及在轴承润滑环境下的安装与封装制备工艺，设计和研制基于PVDF复合压电薄膜传感阵列技术的油膜压力分布实时测量传感装置，建立相应实验测量、分析仪器，实现在工作状态下的油膜动态压力分布的实时直接测量，为滑动轴承支撑动态特性的研究以及转子-轴承系统的动力学分析与设计提供有效的实验测试手段。

本课题重点研究了基于PVDF的滑动轴承动态油膜压力分布的实时测量原理、方法和装置。研究了PVDF压电薄膜的压电特性，研究了加载频率、环境温度以及载荷大小对压电常数的影响，掌握了其影响规律和特性；在对压电薄膜特性进行研究的基础上，提出了滑动轴承动态油膜力直接测量实验方法，给出实验测量原理；并针对圆瓦滑动轴承具体结构，设计、加工了PVDF传感器阵列，并对传感器阵列排布方式进行了优化。根据薄膜传感阵列的特点，采用激振器加载，标准力传感器校准标定的方法，研制传感器灵敏度标定系统；采用油缸恒温加热的方法，设计了温度校准装置。应用设计的标定系统对传感器阵列的灵敏度特性和温漂特性进行研究，获得了其敏感因素和影响规律。建立了典型的转子—滑动轴承实验台及油膜力测量与验证综合试验系统。.取得的主要研究成果为：给出了基于薄膜传感阵列的滑动轴承动态油膜压力分布实时直接测量方法；搭建了薄膜传感器阵列测量系统；搭建了滑动轴承-转子综合试验台。本课题针对当前滑动轴承油膜力测量与识别存在的不足，基于PVDF压电薄膜制作多测点传感器阵列，提出了有效的油膜压力分布测量方法。实现了滑动轴承动态油膜压力分布的直接测量。本项目提出的方法可用于滑动轴承和挤压油膜阻尼器等的压力分布测量，能够对润滑理论以及非线性转子动力学的研究提供有效地实验、分析手段。将会为深入研究转子—轴承系统的动力学特性，尤其是转子非线性动力学的研究提供新的重要测试技术。