本發(fā)明涉及微型氣體軸承測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種微型氣體軸承靜動(dòng)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，推動(dòng)了以航空航天、國(guó)防裝備、高端醫(yī)療及機(jī)器人為代表的高端裝備正朝著高速化、小型化、智能化的方向發(fā)展。氣體軸承因其工作摩擦小、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、效率高、清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械不可或缺的重要組成部分，為高速機(jī)械的發(fā)展提供了技術(shù)方案。由于氣體軸承承載的原理，當(dāng)氣體軸承工作轉(zhuǎn)速超過(guò)其穩(wěn)定運(yùn)行的臨界轉(zhuǎn)速而進(jìn)入高速、超高速狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生氣膜振蕩、軸承失穩(wěn)，嚴(yán)重影響了高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的發(fā)展。因此，數(shù)十年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了一系列的研究探索，在軸承穩(wěn)定性方面取得了豐碩的成果，但是這方面的試驗(yàn)卻不多。為了測(cè)試氣體軸承的穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外專家設(shè)計(jì)出了一系列的氣體軸承試驗(yàn)機(jī)，并且提出了一些穩(wěn)定性的相關(guān)試驗(yàn)方法及相應(yīng)的算法。分析現(xiàn)有的氣體軸承穩(wěn)定性測(cè)試及計(jì)算方法，尤其是對(duì)于工作狀態(tài)連續(xù)變化的試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程，其功能、測(cè)試精度及測(cè)試項(xiàng)目存在很大局限。無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別出氣體軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中瞬態(tài)的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)，也不能同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。研究啟停階段穩(wěn)定性的試驗(yàn)過(guò)程，限制條件多、針對(duì)性強(qiáng)，測(cè)算出來(lái)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際工作狀態(tài)有一定差距，且無(wú)法進(jìn)行其他工作狀態(tài)的穩(wěn)定性試驗(yàn)研究，設(shè)備啟停頻率高，效率低下。目前解決上述問(wèn)題使用靜一動(dòng)法和二次激振相結(jié)合法，靜一動(dòng)法即先后分三次在不同方向上對(duì)軸承進(jìn)行緩慢加載(每次只在一個(gè)方向上進(jìn)行加載)，忽略阻尼和慣性對(duì)軸承的影響，可以求出軸承的18個(gè)剛度和阻尼值，但是此方法假設(shè)限制較多，與軸承的實(shí)際工況不符，求解出來(lái)的數(shù)值誤差較大；三次激振法，該方法是通過(guò)三個(gè)相互獨(dú)立的激振力激振三次，可以求出軸承18個(gè)剛度和阻尼值，更加符合軸承實(shí)際運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，但是每一組數(shù)值需要計(jì)算6個(gè)矩陣方程，計(jì)算量大；復(fù)合激振法，是對(duì)試驗(yàn)軸承同時(shí)施加三個(gè)頻率不同的激振力，可以一次解出軸承的18個(gè)剛度和阻尼值，該方法工況最容易保證，結(jié)果精度高，但是這種方法設(shè)備復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理繁瑣，且緩慢加載過(guò)程中載荷的擺動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大。因此，對(duì)氣體軸承甚至是其他傳統(tǒng)軸承性能的測(cè)試試驗(yàn)及計(jì)算還缺乏有效的方法。本發(fā)明的測(cè)試試驗(yàn)和計(jì)算方法，是在現(xiàn)有的氣體軸承試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)氣體軸承各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行的實(shí)時(shí)連續(xù)的試驗(yàn)檢測(cè)及在線計(jì)算的試驗(yàn)方案，克服了現(xiàn)有氣體軸承方法中假設(shè)條件多、氣體軸承試驗(yàn)工況與實(shí)際使用工況差距大、測(cè)試狀態(tài)不連續(xù)、多次測(cè)量多重計(jì)算運(yùn)算量大的缺點(diǎn)，是在已經(jīng)申請(qǐng)的發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)枮?01610526871.6，名稱為“一種微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)方法”的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)試驗(yàn)前標(biāo)定測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的初始位置

開啟激光位移傳感器，此時(shí)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子與軸承座外圈在最低點(diǎn)接觸，Y軸激光位移傳感器記錄此時(shí)Y軸初始最大值y_0max,將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子沿Y軸提升至與軸承座外圈在最高點(diǎn)接觸，Y軸激光位移傳感器記錄此時(shí)Y軸初始的最小值y_0min,然后將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子Y軸的初始值設(shè)置為y₀＝y(tǒng)_0max-1/2(y_0min+y_0max),X、Z軸的初始值設(shè)置為0；

2)連續(xù)采集測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

啟動(dòng)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的壓力控制閥，確保測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)時(shí)開啟電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子，試驗(yàn)機(jī)連續(xù)采集測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下分別進(jìn)行空載和激振運(yùn)行時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將不同工作狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)送入信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB的模型方程中進(jìn)行分析計(jì)算；

3)計(jì)算獲得測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和圖表，并判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性

信號(hào)采集分析系統(tǒng)將所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，直接生成測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和圖表包括：轉(zhuǎn)速、偏心量、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖；

將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入MATLAB的模型方程中進(jìn)行計(jì)算求解，得到測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的剛度和阻尼值，根據(jù)剛度和阻尼構(gòu)建穩(wěn)定性特征方程，根據(jù)穩(wěn)定性特征方程及軸承穩(wěn)定性理論判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，上述步驟2)和步驟3)中的不同工作狀態(tài)是通過(guò)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、供氣壓力和外加載荷中的一種或任何幾種的組合所形成的工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，上述步驟3)中的穩(wěn)定性特征方程是根據(jù)MATLAB的模型方程軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程和氣膜增量與運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系方程獲得的；

所述軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為：

所述氣膜增量與運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系方程為：

聯(lián)立方程(1)和(2)得模型方程(3)為：

模型方程(3)變換為模型矩陣方程組(4)為：

模型矩陣方程組(4)中參數(shù)的計(jì)算公式(5)為：

其中，X₀、Y₀、Z₀為測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心軌跡的初始位置；

X_n、Y_n、Z_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心軌跡的位置；

ΔX_n、ΔY_n、ΔZ_n為X、Y、Z軸上激光位移傳感器t_n時(shí)刻測(cè)試的振動(dòng)量；

m為測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的質(zhì)量；

g為重力加速度；

Δt為兩次采樣的時(shí)間間隔；

e_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量；

Δe_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量變化量；

θ_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角；

Δθ_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角變化量；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z相關(guān)的氣膜增量；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z有關(guān)的主剛度；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z兩兩耦合有關(guān)的交叉剛度；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z有關(guān)的主阻尼；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z兩量耦合有關(guān)的的交叉阻尼；為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量變化量一次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角變化量一次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的X軸向位移變化量一次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量二次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角二次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的X軸向位移二次導(dǎo)數(shù)；

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集中第n-2到n+3次采樣所對(duì)應(yīng)的測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的參數(shù)ΔX_n、ΔY_n、ΔZ_n、Δe_n、Δθ_n、代入模型矩陣方程組(4)中進(jìn)行求解，n≥2，得到第n次采樣時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的18個(gè)剛度和阻尼值矩陣為：

將式(6)中的剛度和阻尼值代入下列各式計(jì)算測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性特征方程的系數(shù)：a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅和a₆

a₀＝m³

a₁＝m²(b_ee+b_θθ+b_zz)

a₂＝m²(k_ee+k_θθ+k_zz)+m(b_eeb_θθ+b_θθb_zz+b_zzb_ee-b_ezb_ze-b_eθb_θe-b_θzb_zθ)

a₃＝m[k_ee(b_θθ+b_zz)+k_θθ(b_ee+b_zz)+k_zz(b_ee+b_θθ)]-m[(k_ezb_ze+k_zeb_ez)+(k_eθb_θe+k_θeb_eθ)+(k_θzb_zθ+k_zθb_θz)]+(b_zzb_θθb_ee+b_θeb_ezb_zθ+b_zeb_eθb_θz)-(b_ezb_zeb_θθ+b_θzb_zθb_ee+b_θeb_eθb_zz)

a₄＝m[(k_eek_θθ+k_θθk_zz+k_zzk_ee)-(k_ezk_ze+k_θzk_zθ+k_θek_eθ)]+k_ee(b_θθb_zz-b_zθb_θz)+k_θθ(b_zzb_ee-b_zeb_ez)+k_zz(b_eeb_θθ-b_eθb_θe)+k_eθ(b_θzb_ze-b_θeb_zz)+k_θz(b_zeb_eθ-b_zθb_ee)+k_ze(b_eθb_θz-b_ezb_θθ)+k_θe(b_zθb_ez-b_eθb_zz)+k_zθ(b_ezb_θe-b_θzb_ee)+k_ez(b_θeb_zθ-b_zeb_θθ)

a₅＝b_ee(k_θθk_zz-k_θzk_zθ)+b_θθ(k_zzk_ee-k_zek_ez)+b_zz(k_eek_θθ-k_eθk_θe)+b_ez(k_θek_zθ-k_zek_θθ)+b_zθ(k_ezk_θe-k_θzk_ee)+b_θe(k_zθk_ez-k_eθk_zz)+b_eθ(k_zek_θz-k_θek_zz)+b_θz(k_eθk_ze-k_zθk_ee)+b_ze(k_θzk_eθ-k_ezk_θθ)

a₆＝(k_zzk_θθk_ee+k_θzk_zek_eθ+k_ezk_zθk_θe)-(k_ezk_zek_θθ+k_θzk_zθk_ee+k_eθk_θek_zz)

根據(jù)穩(wěn)定性特征方程的系數(shù)a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅和a₆的結(jié)果構(gòu)造測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性特征方程(7)為：

a₀v⁶+a₁v⁵+a₂v⁴+a₃v³+a₄v²+a₅v¹+a₆＝0(7)

依據(jù)軸承穩(wěn)定性理論，軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決特征根v在復(fù)平面的分布狀況：當(dāng)v<0時(shí)，系統(tǒng)將處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)v＝0時(shí)，系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)；當(dāng)v>0時(shí)，系統(tǒng)處于失穩(wěn)狀態(tài)；判斷軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在某一工作狀態(tài)下是否穩(wěn)定，只需判定特征根v是否具有負(fù)實(shí)部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明的試驗(yàn)方法及計(jì)算過(guò)程，一次數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算過(guò)程，計(jì)算機(jī)就能夠同時(shí)測(cè)量、計(jì)算氣體軸承模型方程中18個(gè)剛度和阻尼的值，按照本發(fā)明的測(cè)試方法，對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程不同運(yùn)行狀態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)采集及連續(xù)測(cè)量、計(jì)算，計(jì)算機(jī)就可輸出氣體軸承啟停時(shí)段、平穩(wěn)運(yùn)行及失穩(wěn)等各種狀態(tài)下氣體軸承的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等靜、動(dòng)態(tài)特性圖表和穩(wěn)定性的變化規(guī)律，并判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、計(jì)算量小，可以通過(guò)更換不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)試軸承、可以測(cè)量并計(jì)算出測(cè)試軸承本身結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)氣體軸承靜、動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性的影響，對(duì)動(dòng)靜壓氣體軸承潤(rùn)滑分析、理論計(jì)算和設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)，進(jìn)一步提高復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下氣體軸承穩(wěn)定性，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明提供的微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法所用的試驗(yàn)機(jī)的原理框圖。

圖3為本發(fā)明提供的微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法所用的試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明提供的微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法所用的試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)方法的流程圖。

圖5為本發(fā)明提供的微型氣體軸承穩(wěn)定性控制的流程圖。

圖6為本發(fā)明提供的微型氣體軸承穩(wěn)定性控制方法的軸心軌跡圖。

圖6(a)為氣體軸承穩(wěn)定運(yùn)行的軸心軌跡圖。

圖6(b)為氣體軸承的氣膜渦動(dòng)頻率和氣體軸承的固有頻率相互耦合的軸心軌跡圖。

圖6(c)為氣體軸承的阻尼和工頻振動(dòng)耦合的軸心軌跡圖。

圖6(d)為氣體軸承運(yùn)行進(jìn)入混沌的軸心軌跡圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1-機(jī)架，2-橫向軸承座，3-供氣嘴，4-空氣壓縮系統(tǒng)，4-1-螺桿式空氣壓縮機(jī)，4-2-高溫冷凍式干燥機(jī)，4-3-分離過(guò)濾器，4-4-主管路過(guò)濾器，4-5-除油過(guò)濾器，4-6-壓力控制閥，5-非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表，6-軸承端蓋，7-X軸非接觸式電磁激振器，8-微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子，9-Z軸非接觸式電磁激振器，10-電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，10-1-微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈，10-2-微型定子線圈，10-3-定子換向電路，10-4-對(duì)中定子外殼，11-支撐軸承，12-Y軸非接觸式電磁激振器，13-X軸激光位移傳感器，14-Y軸激光位移傳感器，15-Z軸激光位移傳感器，16-信號(hào)接收器，17-計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的微型氣體軸承靜動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)試驗(yàn)前標(biāo)定測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的初始位置

開啟激光位移傳感器，此時(shí)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子與軸承座外圈在最低點(diǎn)接觸，Y軸激光位移傳感器記錄此時(shí)Y軸初始最大值y_0max,將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子沿Y軸提升至與軸承座外圈在最高點(diǎn)接觸，Y軸激光位移傳感器記錄此時(shí)Y軸初始的最小值y_0min,然后將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子Y軸的初始值設(shè)置為y₀＝y(tǒng)_0max-1/2(y_0min+y_0max),X、Z軸的初始值設(shè)置為0；

2)連續(xù)采集測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

啟動(dòng)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的壓力控制閥，確保測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子處于懸浮狀態(tài)時(shí)開啟電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子，試驗(yàn)機(jī)連續(xù)采集測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下分別進(jìn)行空載和激振運(yùn)行時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將不同工作狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)送入信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB的模型方程中進(jìn)行分析計(jì)算；

3)計(jì)算獲得測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的靜動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和圖表，并判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性信號(hào)采集分析系統(tǒng)將所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，直接生成測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和圖表包括：轉(zhuǎn)速、偏心量、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖；

將測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入MATLAB的模型方程中進(jìn)行計(jì)算求解，得到測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的剛度和阻尼值，根據(jù)剛度和阻尼構(gòu)建穩(wěn)定性特征方程，根據(jù)穩(wěn)定性特征方程及軸承穩(wěn)定性理論判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，上述步驟2)和步驟3)中的不同工作狀態(tài)是通過(guò)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、供氣壓力和外加載荷中的一種或任何幾種的組合所形成的工作狀態(tài)。

進(jìn)一步地，上述步驟3)中的穩(wěn)定性特征方程是根據(jù)MATLAB的模型方程軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程和氣膜增量與運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系方程獲得的；

所述軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程為：

所述氣膜增量與運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系方程為：

聯(lián)立方程(1)和(2)得模型方程(3)為：

模型方程(3)變換為模型矩陣方程組(4)為：

模型矩陣方程組(4)中參數(shù)的計(jì)算公式(5)為：

其中，X₀、Y₀、Z₀為測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心軌跡的初始位置；

X_n、Y_n、Z_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子軸心軌跡的位置；

ΔX_n、ΔY_n、ΔZ_n為X、Y、Z軸上激光位移傳感器t_n時(shí)刻測(cè)試的振動(dòng)量；

m為測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的質(zhì)量；

g為重力加速度；

Δt為兩次采樣的時(shí)間間隔；

e_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量；

Δe_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量變化量；

θ_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角；

Δθ_n為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角變化量；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z相關(guān)的氣膜增量；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z有關(guān)的主剛度；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z兩兩耦合有關(guān)的交叉剛度；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z有關(guān)的主阻尼；

為t_n時(shí)刻與參數(shù)e、θ、Z兩量耦合有關(guān)的的交叉阻尼；為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量變化量一次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角變化量一次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的X軸向位移變化量一次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心量二次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的偏心角二次導(dǎo)數(shù)；

為t_n時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的X軸向位移二次導(dǎo)數(shù)；

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集中第n-2到n+3次采樣所對(duì)應(yīng)的測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的參數(shù)ΔX_n、ΔY_n、ΔZ_n、Δe_n、Δθ_n、代入模型矩陣方程組(4)中進(jìn)行求解，n≥2，得到第n次采樣時(shí)刻測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的18個(gè)剛度和阻尼值矩陣為：

將式(6)中的剛度和阻尼值代入下列各式計(jì)算測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性特征方程的系數(shù)：a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅和a₆

a₀＝m³

a₁＝m²(b_ee+b_θθ+b_zz)

a₂＝m²(k_ee+k_θθ+k_zz)+m(b_eeb_θθ+b_θθb_zz+b_zzb_ee-b_ezb_ze-b_eθb_θe-b_θzb_zθ)

a₃＝m[k_ee(b_θθ+b_zz)+k_θθ(b_ee+b_zz)+k_zz(b_ee+b_θθ)]-m[(k_ezb_ze+k_zeb_ez)+(k_eθb_θe+k_θeb_eθ)+(k_θzb_zθ+k_zθb_θz)]+(b_zzb_θθb_ee+b_θeb_ezb_zθ+b_zeb_eθb_θz)-(b_ezb_zeb_θθ+b_θzb_zθb_ee+b_θeb_eθb_zz)

a₄＝m[(k_eek_θθ+k_θθk_zz+k_zzk_ee)-(k_ezk_ze+k_θzk_zθ+k_θek_eθ)]+k_ee(b_θθb_zz-b_zθb_θz)+k_θθ(b_zzb_ee-b_zeb_ez)+k_zz(b_eeb_θθ-b_eθb_θe)+k_eθ(b_θzb_ze-b_θeb_zz)+k_θz(b_zeb_eθ-b_zθb_ee)+k_ze(b_eθb_θz-b_ezb_θθ)+k_θe(b_zθb_ez-b_eθb_zz)+k_zθ(b_ezb_θe-b_θzb_ee)+k_ez(b_θeb_zθ-b_zeb_θθ)

a₅＝b_ee(k_θθk_zz-k_θzk_zθ)+b_θθ(k_zzk_ee-k_zek_ez)+b_zz(k_eek_θθ-k_eθk_θe)+b_ez(k_θek_zθ-k_zek_θθ)+b_zθ(k_ezk_θe-k_θzk_ee)+b_θe(k_zθk_ez-k_eθk_zz)+b_eθ(k_zek_θz-k_θek_zz)+b_θz(k_eθk_ze-k_zθk_ee)+b_ze(k_θzk_eθ-k_ezk_θθ)

a₆＝(k_zzk_θθk_ee+k_θzk_zek_eθ+k_ezk_zθk_θe)-(k_ezk_zek_θθ+k_θzk_zθk_ee+k_eθk_θek_zz)

根據(jù)穩(wěn)定性特征方程的系數(shù)a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅和a₆的結(jié)果構(gòu)造測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性特征方程(7)為：

a₀v⁶+a₁v⁵+a₂v⁴+a₃v³+a₄v²+a₅v¹+a₆＝0(7)

依據(jù)軸承穩(wěn)定性理論，軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決特征根v在復(fù)平面的分布狀況：當(dāng)v<0時(shí)，系統(tǒng)將處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)v＝0時(shí)，系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)；當(dāng)v>0時(shí)，系統(tǒng)處于失穩(wěn)狀態(tài)；判斷軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在某一工作狀態(tài)下是否穩(wěn)定，只需判定特征根v是否具有負(fù)實(shí)部。

由于采樣頻率大，采樣時(shí)間間隔非常短，每次采樣相鄰的前后6次采樣時(shí)間段內(nèi)測(cè)試軸承只是振動(dòng)量、轉(zhuǎn)速運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化，測(cè)試軸承靜、動(dòng)態(tài)特性系數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)沒(méi)有本質(zhì)變化，因此將第n-2到n+3次采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行編組，作為第n次采樣的瞬時(shí)狀態(tài)進(jìn)行求解；采樣增加一次，按照上述編組原則將編組數(shù)據(jù)集合在采樣順序數(shù)軸上等寬度向前平移一次，形成新的編組數(shù)據(jù)，作為第n+1次采樣瞬時(shí)狀態(tài)進(jìn)行求解；所依次類推滾動(dòng)進(jìn)行，直到數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)束，即可連續(xù)得到測(cè)試軸承整個(gè)運(yùn)行過(guò)程剛度、阻尼等靜、動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性數(shù)據(jù)圖表，具體過(guò)程參考數(shù)據(jù)計(jì)算矩陣；由于采樣時(shí)間極短，第一個(gè)和最后一個(gè)編組數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果近似看成初始3次和最后3次采樣時(shí)刻測(cè)試軸承的靜、動(dòng)態(tài)特性。

如圖5所示，微型氣體軸承的穩(wěn)定性控制，包括以下步驟：

1)根據(jù)微型氣體軸承的穩(wěn)定性測(cè)試方法獲得的測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)圖表，建立測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子在不同工作狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)；

根據(jù)靜、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)圖表：轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖，建立測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的在不同工作狀態(tài)下試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)；

建立測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時(shí)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形、頻譜和軌跡的特征數(shù)據(jù)庫(kù)；

2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；

根據(jù)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋找不同工作狀態(tài)下測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的剛度和阻尼的最佳組合；

將不同工作狀態(tài)下測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的剛度和阻尼代入測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性特征方程中進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)穩(wěn)定性特征方程的計(jì)算結(jié)果及軸承穩(wěn)定性理論，判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；

根據(jù)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子不同工作狀態(tài)下實(shí)時(shí)靜、動(dòng)態(tài)特性圖表中的軌跡圖，判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子運(yùn)行軌跡是否發(fā)生紊亂直接判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；

通過(guò)比對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子不同工作狀態(tài)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)波形、頻譜、剛度和阻尼數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；

3)分析測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響，獲得測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素，分析測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子靜、動(dòng)態(tài)特性與穩(wěn)定性關(guān)系，預(yù)測(cè)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性；

改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析運(yùn)行參數(shù)對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的靜、動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)和圖表及穩(wěn)定性的影響規(guī)律；

改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子靜、動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)和圖表及穩(wěn)定性的影響規(guī)律；

分析測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)動(dòng)靜壓測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子靜、動(dòng)態(tài)主剛度K_θθ、K_ee、K_zz和交叉剛度K_eθ、K_ez、K_θe、K_θz、K_ze、K_zθ及動(dòng)態(tài)主阻尼b_ee、b_θθ、b_zz和交叉阻尼b_eθ、b_ez、b_θe、b_θz、b_ze、b_zθ的影響規(guī)律，尋找不同工作狀態(tài)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的最優(yōu)剛度和阻尼的最佳組合，對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性及工作狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)；

4)根據(jù)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，和測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運(yùn)行影響因素，提出測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性控制策略，對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子進(jìn)行穩(wěn)定性控制；

根據(jù)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)時(shí)的臨界轉(zhuǎn)速；

建立主動(dòng)控制策略、測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)及測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)聯(lián)系機(jī)制，預(yù)測(cè)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)及失穩(wěn)狀態(tài)，在測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)，通過(guò)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)，使測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子從臨界失穩(wěn)狀態(tài)跨越轉(zhuǎn)速失穩(wěn)區(qū)直接過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；

建立測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性閾值與運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的自適應(yīng)模型，結(jié)合測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子突破臨界轉(zhuǎn)速及提高軸承穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)最佳控制點(diǎn)及調(diào)節(jié)方案，對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子進(jìn)行穩(wěn)定性控制。

進(jìn)一步地，上述步驟3)和步驟4)中測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)包括：測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、外加載荷和供氣壓力。

進(jìn)一步地，上述步驟3)和步驟4)中測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的槽深比、槽寬比、切向角、軸承內(nèi)圈表面螺旋槽形狀、節(jié)流孔數(shù)量和節(jié)流孔分布形式。

如圖2和圖3所示，測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子所采用的試驗(yàn)機(jī)包括：包括：機(jī)架1、橫向軸承座2、微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8、空氣壓縮系統(tǒng)4、電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10、激振系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)；橫向軸承座2設(shè)置在機(jī)架1上，橫向軸承座2上設(shè)有氣道和供氣嘴3，氣道與供氣嘴3連通，供氣嘴3與空氣壓縮系統(tǒng)4連接，微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8設(shè)置在橫向軸承座2上，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的一端，驅(qū)動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動(dòng)；所述激振系統(tǒng)包括：X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9，X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向進(jìn)行擾動(dòng)；所述信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)包括：X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表5、模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、信號(hào)接收器16和計(jì)算機(jī)17，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15分別設(shè)置在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8周圍的X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15分別與模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表分別與信號(hào)接收器16連接，信號(hào)接收器16和計(jì)算機(jī)17連接，計(jì)算機(jī)17上安裝有信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB軟件，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在X軸軸向、Y軸軸向和Z軸軸向上的模擬位移信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將采集到的模擬位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字位移信號(hào)，信號(hào)接收器16接收數(shù)字位移信號(hào)和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集的數(shù)字速度信號(hào)，數(shù)字位移信號(hào)和數(shù)字速度信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)17上的信號(hào)采集分析系統(tǒng)處理與MATLAB中所建立的模型方程的計(jì)算，得到靜、動(dòng)態(tài)下微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖，根據(jù)靜、動(dòng)態(tài)下微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖分析研究微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的穩(wěn)定性影響因素。

所述空氣壓縮系統(tǒng)4包括：螺桿式空氣壓縮機(jī)4-1、高溫冷凍式干燥機(jī)4-2、分離過(guò)濾器4-3、主管路過(guò)濾器4-4、除油過(guò)濾器4-5、壓力控制閥4-6及氣體管路，螺桿式空氣壓縮機(jī)4-1、高溫冷凍式干燥機(jī)4-2、分離過(guò)濾器4-3、主管路過(guò)濾器4-4、除油過(guò)濾器4-5依次通過(guò)氣體管路連接，壓力控制閥4-6設(shè)置在除油過(guò)濾器4-5與供氣嘴3之間的氣體管路上，壓力控制閥4-6通過(guò)氣體管路與供氣嘴3連接。

所述電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10包括：微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈10-1、微型定子線圈10-2、定子換向電路10-3和對(duì)中定子外殼10-4；微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈10-1安裝在微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的一端，與微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8作為一個(gè)整體轉(zhuǎn)動(dòng)；微型定子線圈10-2通過(guò)過(guò)盈配合安裝在對(duì)中定子外殼10-4的內(nèi)部，定子換向電路10-3固定在對(duì)中定子外殼10-4的端面，微型定子線圈10-2、定子換向電路10-3和對(duì)中定子外殼10-4作為一個(gè)組件，進(jìn)行配和對(duì)中，對(duì)中定子外殼10-4和橫向軸承座2固定連接，通過(guò)微型定子線圈10-2產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)微型空心杯轉(zhuǎn)子線圈10-1帶動(dòng)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述激振系統(tǒng)還包括：信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和功率放大器，信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、功率放大器依次連接，X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9分別與功率放大器連接，信號(hào)發(fā)生器輸出各種函數(shù)的數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大，放大后的模擬信號(hào)直接輸入X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9，產(chǎn)生激振力，在X軸軸向、Y軸軸向、Z軸軸向?qū)ξ⑿蜏y(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行擾動(dòng)。

如圖4所示，微型氣體軸承試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法包括以下步驟：

步驟一：?jiǎn)?dòng)空氣壓縮系統(tǒng)4；

步驟二：調(diào)節(jié)空氣壓縮系統(tǒng)4的供氣壓力，使微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8處于懸浮狀態(tài)；

步驟三：測(cè)算出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在Y軸方向上的初始位移量，記為y₀；

步驟四：開啟X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15、非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表和信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，將Y軸激光位移傳感器14賦予初始值為y₀，將X軸激光位移傳感器13和Z軸激光位移傳感器15均賦予初始值為0，并開始采集數(shù)據(jù)，X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14、Z軸激光位移傳感器15采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)位移，非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；

步驟五：?jiǎn)?dòng)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10，通過(guò)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)17通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)將采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)位移和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的靜態(tài)特性曲線和圖表；

步驟六：?jiǎn)?dòng)X軸非接觸式電磁激振器7、Y軸非接觸式電磁激振器12和Z軸非接觸式電磁激振器9，在X、Y、Z軸方向上對(duì)微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行不同形式的激振加載；

步驟七：同時(shí)改變微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的轉(zhuǎn)速、空氣壓縮系統(tǒng)的供氣壓力和試軸承轉(zhuǎn)子8的載荷中的一種或任何幾種的組合來(lái)改變測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8的工作狀態(tài)，計(jì)算機(jī)17通過(guò)信號(hào)采集分析系統(tǒng)對(duì)X軸激光位移傳感器13、Y軸激光位移傳感器14和Z軸激光位移傳感器15采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)位移和非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表采集到的微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8軸心的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行處理，通過(guò)MATLAB中所建立的模型方程進(jìn)行計(jì)算，即可得到并輸出微型測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8在不同工作狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖和振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖的動(dòng)態(tài)特性曲線、圖表。

根據(jù)上述試驗(yàn)方法在上述試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)電磁激振器在X、Y、Z軸方向上對(duì)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子8進(jìn)行電磁激振，電磁激振器最大激振力按照最大氣膜力的5％進(jìn)行確定，最小調(diào)節(jié)單位為0.1N，通過(guò)激光位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子在X、Y、Z軸方向上測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的振動(dòng)量，其中激光位移傳感器選取分辨率小于軸承振動(dòng)最小測(cè)量單位一個(gè)數(shù)量級(jí)、測(cè)量范圍大于測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子最大振動(dòng)量且在激光位移傳感器序列中量程最小的那種激光位移傳感器，同時(shí)通過(guò)非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表檢測(cè)測(cè)試轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速，然后數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將激振力、轉(zhuǎn)子振動(dòng)量、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)送入信號(hào)采集分析系統(tǒng)進(jìn)行處理，并將其代入MATLAB所建立的模型方程，信號(hào)采集分析系統(tǒng)和MATLAB將所采集和計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，可以得到測(cè)試軸承在不同工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)速、偏心量、剛度、阻尼、振動(dòng)波形圖、頻譜圖、軌跡圖、振幅-時(shí)間-頻率三維圖，振幅-轉(zhuǎn)速分叉圖等靜、動(dòng)態(tài)特性圖表及穩(wěn)定性特征方程，求解穩(wěn)定性特征方程的特征根判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

依據(jù)軸承穩(wěn)定性理論，軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決特征根v在復(fù)平面的分布狀況：當(dāng)v<0時(shí)，系統(tǒng)將處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)v＝0時(shí)，系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)；當(dāng)v>0時(shí)，系統(tǒng)處于失穩(wěn)狀態(tài)；判斷軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在某一工作狀態(tài)下是否穩(wěn)定，只需判定特征根v是否具有負(fù)實(shí)部。

根據(jù)測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子不同工作狀態(tài)下靜、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)特性圖表中的軌跡圖，判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子運(yùn)行軌跡是否發(fā)生紊亂直接判斷測(cè)試軸承轉(zhuǎn)子工作的穩(wěn)定性，如圖6(a)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，軸心軌跡規(guī)律運(yùn)動(dòng)，由于周向加工不均，造成軸心軌跡不是標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形；如圖6(b)氣膜渦動(dòng)頻率和系統(tǒng)固有頻率相互耦合，發(fā)生倍周期分叉，中心軌跡變化明顯；如圖6(c)系統(tǒng)阻尼和工頻振動(dòng)耦合，非線性穩(wěn)定性開始，系統(tǒng)振動(dòng)出現(xiàn)低頻分量，發(fā)生擬周期運(yùn)動(dòng)；如圖6(d)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入混沌，測(cè)試軸承開始失穩(wěn)；

分析測(cè)試軸承運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)，探索氣體軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)本身氣體軸承穩(wěn)定性影響規(guī)律，為氣體軸承設(shè)計(jì)開發(fā)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)；分析氣體軸承結(jié)構(gòu)運(yùn)行參數(shù)，探索氣體軸承運(yùn)行參數(shù)對(duì)氣體軸承穩(wěn)定性影響規(guī)律；分析氣體軸承失穩(wěn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)測(cè)氣體軸承失穩(wěn)時(shí)的臨界轉(zhuǎn)速，并對(duì)氣體軸承臨界轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)理論進(jìn)行驗(yàn)證；根據(jù)上述分析的氣體軸承穩(wěn)定性影響因素，聯(lián)立測(cè)試軸承運(yùn)行狀態(tài)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、氣體軸承失穩(wěn)特性數(shù)據(jù)庫(kù)，提出氣體軸承主動(dòng)控制策略，對(duì)氣體軸承進(jìn)行穩(wěn)定性控制。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是，本發(fā)明實(shí)施例并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。