軸承振動檢查儀校準方法研究

滿穎

(沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司 產(chǎn)品檢驗檢測中心計量處，遼寧 沈陽110043)

0 引言

發(fā)動機結(jié)構(gòu)故障常常可以通過其振動特性反應(yīng)出來，這是因為結(jié)構(gòu)的振動特性在結(jié)構(gòu)完好的狀態(tài)和故障狀態(tài)存在差異，這種差異包含了故障的信息，通過對振動信號進行處理，就能夠推斷出有關(guān)故障進一步的情況。發(fā)動機軸承振動故障診斷是發(fā)動機裝配試車及維修排故過程中重要部分，發(fā)動機軸承振動噪聲是否符合要求，是發(fā)動機可否正常交付使用的關(guān)鍵指標。軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在了解軸承的性能狀態(tài)和及早發(fā)現(xiàn)潛在故障等方面起著至關(guān)重要的作用，準確診斷發(fā)動機軸承故障，能夠提高發(fā)動機的安全可靠性，降低空中停車率，避免重大飛行事故的發(fā)生。

1 軸承振動故障測試現(xiàn)狀

現(xiàn)階段國內(nèi)航空發(fā)動機軸承振動測試應(yīng)用尚不廣泛，部分生產(chǎn)及維修單位，仍沿襲俄羅斯的要求對某型號發(fā)動機進行軸承振動狀態(tài)的測試，所使用的儀器為俄羅斯生產(chǎn)的ВАДИМ 牌振動診斷儀，具有針對性強、測量振動加速度小、指示方式與常規(guī)的測振儀不同等特點。要保證發(fā)動機軸承噪聲故障診斷的準確性，做到對發(fā)動機軸承狀態(tài)的準確判斷，首先應(yīng)該保證用于振動噪聲測量的測試設(shè)備的準確度。如何保證軸承振動檢查儀的測量準確度是亟需解決的問題。

2 軸承振動檢查儀

軸承振動檢查儀主要由振動傳感器、專用電纜、測量和指示部分及耳機組成，儀器輸出信號在由20 個單個發(fā)光二極管指示儀組成的線條上顯示，其讀數(shù)與儀器測量范圍最大值的離散度為5%，如圖1 所示。

圖1 軸承振動檢查儀

軸承振動檢查儀用于診斷航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動時齒輪和軸承的擺動。該儀器使用壓電式振動傳感器BK －315 作為初級轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓與振動加速度成正比。該電壓經(jīng)過連接電纜傳輸?shù)綔y量和指示部分，可以通過選擇測量范圍1∶ 1 或1∶ 10 的電壓匹配放大器和分配器，經(jīng)過放大器的電壓通過所選濾波器供向檢波器的輸入端和連接耳機的功率放大器，最終以指示燈的狀態(tài)及耳機輸出音量反應(yīng)出所測振動加速度的大小。

根據(jù)軸承振動檢查儀在軸承噪聲診斷中的使用，以及被校準軸承振動檢查儀特性及計量性能要求，該設(shè)備的技術(shù)指標主要從以下幾個方面考慮:①儀器的幅值非線性度;②信號的觸發(fā)水平;③耳機的輸出電壓;④儀器的幅頻特性。

3 校準方法選擇及校準裝置配置

由于軸承振動檢查儀特殊的結(jié)構(gòu)特點及測量范圍，不能夠按照《工作測振儀檢定規(guī)程》對其進行檢定/校準。目前，國內(nèi)某家發(fā)動機維修單位已開展軸承振動檢查儀的測試項目，但由于缺少參考和經(jīng)驗，其所能夠?qū)崿F(xiàn)的測試項目仍不夠完善。借鑒其校準方法，對軸承振動檢查儀采用比較法校準，將被校傳感器和標準傳感器同時安裝在校準振動臺上，通過被校振動檢查儀與標準測振儀相比較而獲得被校軸承振動傳感器示值誤差。為了使二者獲得相同的振動輸入，通常采用“背靠背”聯(lián)接，然后再將它們安裝到振動臺上。我單位所使用的校準裝置的標準傳感器是通過螺栓固定在振動臺內(nèi)部，被校軸承振動檢查儀傳感器自帶磁力，可直接吸附在振動臺臺面上，與標準加速度計形成“背靠背”狀態(tài)。

軸承振動檢查儀校準裝置由信號發(fā)生器、功率放大器、振動臺、振動傳感器、電荷放大器、數(shù)字電壓表和振動參數(shù)顯示儀等設(shè)備構(gòu)成，如圖2 所示。

圖2 軸承振動檢查儀校準原理圖

校準時，由信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率與被校軸承振動檢查儀基礎(chǔ)頻率一致的正弦波信號，該信號經(jīng)功率放大器放大后，作為激勵源供給振動臺，使振動臺產(chǎn)生于輸入信號頻率一致的振動，可通過調(diào)整功率放大器的增益來改變振動的幅值和加速度。標準測振儀的傳感器與被校檢查儀的傳感器同時測量振動臺產(chǎn)生的振動加速度，標準測振儀的傳感器輸出信號經(jīng)電荷放大器放大后，進入顯示儀經(jīng)過運算并顯示振動加速度值，被校準振動檢查儀也同時顯示測量結(jié)果。

4 校準時注意事項

當用比較法校準時，為了獲得較高的準確度，須注意如下幾個問題:

1)被校軸承振動檢查儀的傳感器與標準測振儀的傳感器，必須沿其靈敏度軸背靠背的安裝，以便使兩個傳感器承受同樣的振動輸入;

2)為使兩傳感器的安裝面之間不產(chǎn)生相對運動，要求安裝支架的平板必須有足夠的剛度和硬度，安裝面要平直而光滑，并且兩安裝面之間必須嚴格的平行;

3)對振動臺的要求是，臺面加速度失真應(yīng)小于5%，橫向運動分量應(yīng)小于10%，這樣普通試驗用振動臺只要經(jīng)過細心選擇和調(diào)整都能滿足使用;

4)輸出電壓的測量必須準確。

5 校準結(jié)果的不確定度分析

軸承振動檢查儀校準結(jié)果的不確定度來源主要包括以下幾個方面:①標準測振儀的誤差;②)環(huán)境因素的影響;③讀數(shù)誤差。

根據(jù)實際統(tǒng)計計算發(fā)現(xiàn)，校準軸承振動檢查儀時不確定度貢獻最大的分量為讀數(shù)誤差，分析主要原因是由于該儀器示值以發(fā)光二極管指示，而二極管的亮度的不同存在一定的區(qū)間，校準時應(yīng)盡量保證各校準點的量度值一定，以減小人為造成的非線性誤差。

6 結(jié)語

發(fā)動機軸承振動的測試和故障的診斷越來越受到重視，測試的準確性也越發(fā)重要，軸承振動檢查儀的校準技術(shù)也應(yīng)該隨之不斷完善和規(guī)范，下一步將結(jié)合實際使用情況重點對其幅頻特性進行分析，同時將通過大量試驗將校準結(jié)果的不確定度進行量化，提高校準的準確性。