專利名稱：：單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，主要用于解決大功率、高轉(zhuǎn)速、細(xì)長軸的轉(zhuǎn)子的平衡問題。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械向大功率、高轉(zhuǎn)速、細(xì)長軸等方向發(fā)展的趨勢下，轉(zhuǎn)子的平衡問題變得更加突出和重要。現(xiàn)有的平衡方法總的可分為模態(tài)平衡法和影響系數(shù)法兩類，但由于單盤轉(zhuǎn)子其本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，針對它的平衡提出了一些獨(dú)特的方法，簡單的有兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法，比較復(fù)雜的有試加重量周移法。兩點(diǎn)法和三點(diǎn)法都是利用作圖法求出應(yīng)加平衡重量的位置和大小，但它們都至少需要啟機(jī)3次。雖然試加重量周移法平衡精度相對來說比較高，但其需要的啟機(jī)次數(shù)更多，手續(xù)煩雜，花費(fèi)時(shí)間長。況且實(shí)際中轉(zhuǎn)子是不可能非常好的穩(wěn)定在一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)速下工作的，為了克服這一點(diǎn)，就需要采用瞬態(tài)平衡的方法來平衡轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子在較符合實(shí)際工作的條件下進(jìn)行平衡。因此研究一種啟機(jī)次數(shù)少的瞬態(tài)平衡方法就顯得特別重要。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，一種啟機(jī)次數(shù)少的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)特征在于a)通過兩個(gè)互相垂直安裝的振動(dòng)位移傳感器和鍵相信號(hào)傳感器，采集轉(zhuǎn)子加速過程中振動(dòng)位移變化數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鍵相信號(hào)，將采集到的數(shù)據(jù)序列分別記為x(O、b)將采集到的振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行處理，求得撓度響應(yīng)信號(hào))、；c、^向的速度信號(hào)^(/)和少(0、轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角加速度"、轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角速度卩W、轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角V(0和進(jìn)動(dòng)角速度WO;C)對轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度進(jìn)行分區(qū)將轉(zhuǎn)子的動(dòng)撓度r(f)、進(jìn)動(dòng)角速度W0、自轉(zhuǎn)角速度太O和鍵相信號(hào)P(O隨時(shí)間的變化圖疊加在一起，并將轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度VKO進(jìn)行分區(qū)；i.第一區(qū)范圍從進(jìn)動(dòng)角速度的初始值到進(jìn)動(dòng)角速度的值等于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速；ii.第二區(qū)范圍從進(jìn)動(dòng)角速度等于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速到進(jìn)動(dòng)角速度出現(xiàn)最小值；iii.第三區(qū)范圍為進(jìn)動(dòng)角速度出現(xiàn)最小值以后的區(qū)域；d)根據(jù)分區(qū)的結(jié)果，確定轉(zhuǎn)子不平衡所在的方位角將動(dòng)撓度KO波動(dòng)的每個(gè)極小值所對應(yīng)的時(shí)刻記為""寸刻對應(yīng)的進(jìn)動(dòng)角記為WW，,時(shí)刻前面緊鄰的鍵相信號(hào)脈沖所對應(yīng)的時(shí)刻記為/。，通過分析可得出如下的結(jié)論i.在進(jìn)動(dòng)角速度第二區(qū)所對應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，盤上不平衡量的方位角可表示為"=垂^2一會(huì)《—W(0;ii.在進(jìn)動(dòng)角速度第三區(qū)所對應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，盤上不平衡量的方位角可表示為=會(huì)加2—會(huì)《《，(,)士T;e)確定轉(zhuǎn)子不平衡量的大小根據(jù)己經(jīng)確定出的轉(zhuǎn)子的偏心方位角"的值，在偏心所在的方向或其相反的方向上加一次試重，利用轉(zhuǎn)子撓度響應(yīng)的幅值和偏心大小之間的線性關(guān)系^=^即可確定轉(zhuǎn)子不平衡量的大??；R、n分別為轉(zhuǎn)子初始不平衡量大小及轉(zhuǎn)子在初始不平衡量下的撓度響應(yīng)幅值，K、^分別為加一次試重后轉(zhuǎn)子上不平衡量大小及對應(yīng)的轉(zhuǎn)子撓度響應(yīng)的幅值；f)根據(jù)已經(jīng)確定出的轉(zhuǎn)子不平衡量的方位角和不平衡量的大小，通過加減平衡配重，完成單盤柔性轉(zhuǎn)子的平衡工作。所述的動(dòng)撓度信號(hào)KO由KO一(柳2+(柳2確定。所述的;c、少向的速度信號(hào)雄)和沖)為雄)=x"+1)—x")=+1)_/、.洲,l)-氛[一—超、A/1其中&為采樣周期，/、.為采樣頻率。所述的轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角加速度"的確定在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中，通過兩個(gè)連續(xù)相等位移S所用的時(shí)間分別為Z,和G，則該勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度可表示為",2，一^，取S-2;rmd,《,為相鄰的兩鍵相信號(hào)之間的時(shí)間段、^為緊隨/,之后的相鄰的兩鍵相信號(hào)之間的時(shí)間段，在不同的鍵相信號(hào)間可計(jì)算出多個(gè)"。值，然后將這些"。值進(jìn)行平均，就可得到轉(zhuǎn)子的最終角加速度a。所述的轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角速度^(0為一(0=|^2。所述的轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角^(0為y(,)-arctan(皿)+";r，("-0、1、…)，且"的取值應(yīng)該保證算得的進(jìn)動(dòng)角^(/)不會(huì)出現(xiàn)突變。所述的進(jìn)動(dòng)角速度V^)為州=少(。有益效果利用本發(fā)明提出的辦法，通過瞬態(tài)響應(yīng)可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)單盤柔性轉(zhuǎn)子的平衡，平衡過程中需要的啟機(jī)次數(shù)少，平衡精度高。圖l:RK4轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)示意圖圖2:RK4轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特征盤圖3:加速過程中特征盤的;c、y向位移響應(yīng)圖圖4:轉(zhuǎn)子加速過程中響應(yīng)圖的疊加具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述-本實(shí)施例是在Bently公司的RK4轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)(參考圖1)上完成的。轉(zhuǎn)子的特征盤為一帶16孔的等厚度的鋼盤(參考圖2)，每個(gè)孔中心到轉(zhuǎn)子軸的距離都為3cm。16個(gè)孔一方面用來設(shè)定轉(zhuǎn)子的初始不平衡，另一方面用來在平衡轉(zhuǎn)子時(shí)加試重。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)配套的帶有從O.lg到2g等多個(gè)重量不等的平衡螺釘。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)如下軸的總長度/=0.56111，軸承座兩端各伸出/,-^-0.03m，軸的直徑J-10mm，軸的密度為/9=7.8><103紐/附3，盤的質(zhì)量為w-0.8kg，直徑Z)-75mm。此轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速可達(dá)10000rpm，其臨界轉(zhuǎn)速為1680rpm。進(jìn)行單盤柔性轉(zhuǎn)子的平衡采集到特征盤處x、y向振動(dòng)位移信號(hào)jc(r)、y(0(如圖3所示)和鍵相信號(hào)p(O。其中P(O為一系列脈沖信號(hào)。將轉(zhuǎn)子的動(dòng)撓度KO、進(jìn)動(dòng)角速度^W、自轉(zhuǎn)角速度(^)和鍵相信號(hào)/^)隨時(shí)間的變化圖疊加在一起，并將轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度一(O進(jìn)行分區(qū)(如圖4所示)按照該瞬態(tài)平衡方法中所提出的求"。的方法，本實(shí)施例中算得20個(gè)不同的a。值，如表1所示，然后對所有的a。求平均值，即可得到轉(zhuǎn)子的實(shí)際旋轉(zhuǎn)加速度a=46.360W/V。表1計(jì)算所得的a。(rad/s2)值<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>確定出轉(zhuǎn)子不平衡量的方位角和不平衡量的大小結(jié)果分別如表2和表3所示:表2不平衡量方位角的識(shí)別結(jié)果<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2中的相對誤差有些表現(xiàn)比較大，但其對應(yīng)的絕對誤差最大不超過10°，說明對不平衡方位角的識(shí)別是比較精確的。表3中所加試重的正值表示所加試重在不平衡量的偏心方位上，而負(fù)值表示所加試重在不平衡量偏心方位的反方向上。前面各步識(shí)別出了轉(zhuǎn)子不平衡量的方位角和不平衡量的大小，然后在不平衡量所在的反方向上加一大小相等的平衡配重，即可完成此單盤轉(zhuǎn)子的平衡。權(quán)利要求1.一種單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于a)通過兩個(gè)互相垂直安裝的振動(dòng)位移傳感器和鍵相信號(hào)傳感器，采集轉(zhuǎn)子加速過程中振動(dòng)位移變化數(shù)據(jù)和相應(yīng)的鍵相信號(hào)，將采集到的數(shù)據(jù)序列分別記為x(t)、y(t)和p(t)；b)將采集到的振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行處理，求得撓度響應(yīng)信號(hào)r(t)、x、y向的速度信號(hào)id="icf0001"file="A2006101049500002C1.gif"wi="6"he="3"top="76"left="42"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>和id="icf0002"file="A2006101049500002C2.gif"wi="9"he="3"top="76"left="54"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角加速度a、轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角速度id="icf0003"file="A2006101049500002C3.gif"wi="8"he="4"top="76"left="153"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角ψ(t)和進(jìn)動(dòng)角速度id="icf0004"file="A2006101049500002C4.gif"wi="9"he="3"top="85"left="74"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>c)對轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度進(jìn)行分區(qū)將轉(zhuǎn)子的動(dòng)撓度r(t)、進(jìn)動(dòng)角速度id="icf0005"file="A2006101049500002C5.gif"wi="9"he="3"top="96"left="165"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>自轉(zhuǎn)角速度id="icf0006"file="A2006101049500002C6.gif"wi="6"he="4"top="103"left="46"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>和鍵相信號(hào)p(t)隨時(shí)間的變化圖疊加在一起，并將轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度id="icf0007"file="A2006101049500002C7.gif"wi="7"he="3"top="114"left="37"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="no"/>進(jìn)行分區(qū)；i.第一區(qū)范圍從進(jìn)動(dòng)角速度的初始值到進(jìn)動(dòng)角速度的值等于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速；ii.第二區(qū)范圍從進(jìn)動(dòng)角速度等于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速到進(jìn)動(dòng)角速度出現(xiàn)最小值；iii.第三區(qū)范圍為進(jìn)動(dòng)角速度出現(xiàn)最小值以后的區(qū)域；d)根據(jù)分區(qū)的結(jié)果，確定轉(zhuǎn)子不平衡所在的方位角將動(dòng)撓度r(t)波動(dòng)的每個(gè)極小值所對應(yīng)的時(shí)刻記為t，t時(shí)刻對應(yīng)的進(jìn)動(dòng)角記為ψ(t)，t時(shí)刻前面緊鄰的鍵相信號(hào)脈沖所對應(yīng)的時(shí)刻記為t0，通過分析可得出如下的結(jié)論i.在進(jìn)動(dòng)角速度第二區(qū)所對應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，盤上不平衡量的方位角可表示為2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于所述的動(dòng)撓度信號(hào)KO由KO=a/0<^))2+(;K0)2確定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于所述的;c、7向的速度信號(hào)雄)和為雄)="""0=[W+1)-其中A/為采樣周期，/，為采樣頻率。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角加速度a的確定在勻加速運(yùn)動(dòng)過程中，通過兩個(gè)連續(xù)相等位移S所用的時(shí)間分別為z,和/2，則該勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度可表示為取^^rad,r,為相鄰的兩鍵相信號(hào)之間的時(shí)間段、/2為緊隨/,之后的相鄰的兩鍵相信號(hào)之間的時(shí)間段，在不同的鍵相信號(hào)間可計(jì)算出多個(gè)"。值，然后將這些o。值進(jìn)行平均，就可得到轉(zhuǎn)子的最終角加速度a。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角速度AO為<^)=|^2。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角^(0為y(f)-arctan(巡)+肌，("-0、1、…)，且"的取值應(yīng)該保證算得的進(jìn)動(dòng)角WW不會(huì)出現(xiàn)突變。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，其特征在于所述的進(jìn)動(dòng)角速度一(O為全文摘要本發(fā)明涉及一種單盤柔性轉(zhuǎn)子瞬態(tài)平衡方法，技術(shù)特征在于采集轉(zhuǎn)子加速過程中x、y向的振動(dòng)位移信號(hào)和相應(yīng)的鍵相信號(hào)；將采集到的振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行處理，得到撓度響應(yīng)、x、y向的速度信號(hào)、轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角加速度、轉(zhuǎn)子的自轉(zhuǎn)角速度、轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角和進(jìn)動(dòng)角速度，并對轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)分區(qū)的結(jié)果，確定出轉(zhuǎn)子不平衡所在的方位角；通過加一次試重，確定出轉(zhuǎn)子不平衡量的大??；根據(jù)已經(jīng)確定出的轉(zhuǎn)子不平衡量的方位角和不平衡量的大小，加減平衡配重，完成單盤柔性轉(zhuǎn)子的平衡工作。利用本發(fā)明提出的辦法，通過瞬態(tài)響應(yīng)可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)單盤柔性轉(zhuǎn)子的平衡，平衡過程中需要的啟機(jī)次數(shù)少，平衡精度高。文檔編號(hào)G01M1/00GK101191753SQ200610104950公開日2008年6月4日申請日期2006年11月23日優(yōu)先權(quán)日2006年11月23日發(fā)明者任興民,黃金平申請人:西北工業(yè)大學(xué)