一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法。本發(fā)明在測試轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的基礎(chǔ)上，給出位移及振動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡面積與不平衡量之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建了包含轉(zhuǎn)子位移及軸承振動(dòng)的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)兩者的同步抑制，兼顧了轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)精度的提升與失衡振動(dòng)能量的抑制，并通過權(quán)重系數(shù)的配置，控制不同方位、不同截面上位移及振動(dòng)抑制效果的比重。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)振動(dòng)抑制方法鮮有綜合考慮轉(zhuǎn)子位移或軸承振動(dòng)，且振動(dòng)測試多數(shù)僅針對(duì)單方向或單截面實(shí)施，從而導(dǎo)致時(shí)有顧此失彼現(xiàn)象發(fā)生的缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明能使轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)振動(dòng)控制效果達(dá)到最優(yōu)，在保證系統(tǒng)運(yùn)行精度的同時(shí)，亦能有效延長系統(tǒng)運(yùn)行壽命。
【專利說明】一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷與振動(dòng)控制方法，特別涉及一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng) 空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法，該方法可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)子絕對(duì)位移與軸承基座相對(duì)振動(dòng)的 綜合控制。

【背景技術(shù)】
[0002] 高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)軌跡較為復(fù)雜，但其振動(dòng)信號(hào)多呈現(xiàn)平穩(wěn)信號(hào)特征， 例如純失衡振動(dòng)，以及對(duì)中不良、周期性切削激勵(lì)、熱變形、周期性環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致的 振動(dòng)。但當(dāng)不平衡故障很嚴(yán)重時(shí)，轉(zhuǎn)子在運(yùn)行發(fā)生碰撞與摩擦，原來的正弦波動(dòng)會(huì)變化為非 平穩(wěn)的振動(dòng)波形。此外，失衡轉(zhuǎn)子的柔性特性處于激發(fā)狀態(tài)，更容易受到外部激勵(lì)的沖擊， 進(jìn)而導(dǎo)致顫振等非平穩(wěn)信號(hào)的產(chǎn)生。由于受工藝水平限制，上述失衡及非失衡干擾因素幾 乎不可避免，以失衡為例，轉(zhuǎn)子制造和裝配誤差、材料不均勻等因素都會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡， 另外轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心膨脹效應(yīng)也會(huì)破壞原有平衡狀態(tài)。
[0003] 上述分析表明，轉(zhuǎn)子復(fù)雜空間振動(dòng)行為不可避免。然而，旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動(dòng)狀況是評(píng) 估設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)的重要參數(shù)，振動(dòng)若超過一定限制，不僅影響零件加工精度，還會(huì)對(duì)轉(zhuǎn) 子自身組件造成破壞，急劇減少轉(zhuǎn)子系統(tǒng)壽命，甚至使某些組件由于振動(dòng)量過大而當(dāng)場損 壞。因此，如何抑制轉(zhuǎn)子空間振動(dòng)尤為重要。
[0004] 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)通常是復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，僅在自由邊界條件下分析其 存在失衡等故障前后的動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)安裝完畢之后，主軸與其軸承 基座組成相互耦合的新系統(tǒng)，軸承基座振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性將產(chǎn)生不可忽略的影 響。而當(dāng)轉(zhuǎn)子處于不平衡等故障狀態(tài)時(shí)，其慣性中心不在回轉(zhuǎn)軸線上，此刻軸承基座處振動(dòng) 尤為明顯。
[0005] 轉(zhuǎn)子絕對(duì)位移與軸承基座相對(duì)振動(dòng)分別表征回轉(zhuǎn)精度、失衡振動(dòng)能量，現(xiàn)有的關(guān) 于轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)抑制的研宄沒有同時(shí)考慮轉(zhuǎn)子位移與軸承振動(dòng)，皆是分別對(duì)兩者 進(jìn)行獨(dú)立分析或優(yōu)化。而正是由于現(xiàn)有動(dòng)平衡方法鮮有將兩類振動(dòng)綜合考慮，平衡操作中 時(shí)有顧此失彼的現(xiàn)象發(fā)生。因此，需要對(duì)轉(zhuǎn)子絕對(duì)位移與軸承基座相對(duì)振動(dòng)的進(jìn)行合理評(píng) 估及綜合平衡，進(jìn)而有效抑制轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振 動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法，可同時(shí)控制高速轉(zhuǎn)子絕對(duì)位移與軸承基座相對(duì)振動(dòng)，在提升轉(zhuǎn)子回 轉(zhuǎn)精度的同時(shí)，也兼顧失衡振動(dòng)能量的抑制。
[0007] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法，包括下述步驟：
[0009] 步驟一，通過位移傳感器采集配重盤表面水平及垂直方向位移信號(hào) Sm，δΚΗ，δ!?，通過振動(dòng)傳感器采集軸承外圈處振動(dòng)信號(hào)um， uW URH，Urv，通過鑒 相傳感器采集相位信號(hào)。
[0010] 其中：下標(biāo)字母表示傳感器安裝位置，L表示左側(cè)，R表示右側(cè)，H表示水平，V表 示垂直；Sui, δ w，δ ΚΗ，δ w分別表示左側(cè)水平、左側(cè)垂直、右側(cè)水平、右側(cè)垂直方向的位移 信號(hào)；υω，υ ΚΗ，?κν分別表示左側(cè)水平、左側(cè)垂直、右側(cè)水平、右側(cè)垂直方向的振動(dòng)信 號(hào)；
[0011] 步驟二，分別以水平、垂直信號(hào)為橢圓長、短軸，構(gòu)建與振動(dòng)、位移信號(hào)相對(duì)應(yīng)的運(yùn) 動(dòng)軌跡橢圓，進(jìn)而根據(jù)橢圓面積幾何求解公式，建立運(yùn)動(dòng)軌跡橢圓面積與振 動(dòng)、位移信號(hào)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；
[0012] 其中：上標(biāo)字母表示構(gòu)成橢圓的信號(hào)類型，δ表示位移、υ表示振動(dòng)，下標(biāo)字母含 義同前，即W 分別表示左側(cè)位移、右側(cè)位移、左側(cè)振動(dòng)、右側(cè)振動(dòng)信號(hào)所構(gòu)成的 運(yùn)動(dòng)軌跡擬合橢圓面積
[0013] 步驟三，通過在兩側(cè)配重盤上添加試重，建立，5^與左、右側(cè)配重盤位 置的不平衡量P 1、匕之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法，其特征在于：包括下述步驟： 步驟一，通過位移傳感器采集配重盤表面水平及垂直方向位移信號(hào)峰峰值 δω，δκΗ，δΚν，通過振動(dòng)傳感器采集軸承外圈處振動(dòng)信號(hào)峰峰值um，uWURH，URV， 通過鑒相傳感器采集相位信號(hào)； 其中：下標(biāo)字母表示傳感器安裝位置，L表示左側(cè)，R表示右側(cè)，H表示水平，V表示垂 直；Sui, δΚΗ，δκν分別表示左側(cè)水平、左側(cè)垂直、右側(cè)水平、右側(cè)垂直方向的位移信號(hào)； um，uWυΚΗ，分別表示左側(cè)水平、左側(cè)垂直、右側(cè)水平、右側(cè)垂直方向的振動(dòng)信號(hào)； 步驟二，分別以水平、垂直信號(hào)為橢圓長、短軸，構(gòu)建與振動(dòng)、位移信號(hào)相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌 跡橢圓，進(jìn)而根據(jù)橢圓面積幾何求解公式，建立運(yùn)動(dòng)軌跡橢圓面積，<，Sf，巧與振動(dòng)、 位移信號(hào)的關(guān)聯(lián)關(guān)系； 其中：上標(biāo)字母表示構(gòu)成橢圓的信號(hào)類型，S表示位移、υ表示振動(dòng)，下標(biāo)字母含義同 前，即，&% 分別表示左側(cè)位移、右側(cè)位移、左側(cè)振動(dòng)、右側(cè)振動(dòng)信號(hào)所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng) 軌跡橢圓面積； 步驟三，通過在兩側(cè)配重盤上添加試重，建立，巧與左、右側(cè)配重盤位置的不平衡畺Pi.P^問的羊雔羊蒸.
其中：μ為不同位置處位移或振動(dòng)信號(hào)與轉(zhuǎn)子兩側(cè)配重盤處單位不平衡量之間的影 響系數(shù)，μ的上標(biāo)字母中1、1分別表示與左側(cè)、右側(cè)配重盤相關(guān)，其它上、下標(biāo)字母含義同 前；例如//么在數(shù)值上等于左側(cè)配重盤上單位不平衡量引起左側(cè)水平位置處位移信號(hào)的變 化； 步驟四，構(gòu)建轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間殘余振動(dòng)描述函數(shù)：
其中： 分別表示對(duì)左側(cè)位移、右側(cè)位移、左側(cè)振動(dòng)、右側(cè)振動(dòng)進(jìn)行動(dòng)平衡 抑制的權(quán)重系數(shù)； 步驟五，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，即： Minimize T(PljPr) =& lfl+&2f2 其中β2分別表示對(duì)全局振動(dòng)及局部振動(dòng)進(jìn)行動(dòng)平衡抑制的權(quán)重系數(shù)，取β β2; 步驟六，根據(jù)步驟五建立的優(yōu)化函數(shù)，求解Minimizef所對(duì)應(yīng)的平衡配重組合 (P1,PJ，該平衡配重組合（P1,PJ即為最優(yōu)平衡配重組合； 步驟七，通過轉(zhuǎn)子兩側(cè)的配重盤，施加步驟六得到的最優(yōu)配重，完成轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間 振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制操作。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高速轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)空間振動(dòng)的動(dòng)平衡抑制方法，其特征在 于：所述的步驟三中的μ滿足下列關(guān)系：
【文檔編號(hào)】G05D19/00GK104460728SQ201410605556
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】章云, 陳貴敏, 邵敏, 孫虎 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)