一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法。本发明在测试转子轴承系统空间振动的基础上，给出位移及振动运动轨迹面积与不平衡量之间的关联关系，构建了包含转子位移及轴承振动的优化目标函数，结合优化方法实现两者的同步抑制，兼顾了转子回转精度的提升与失衡振动能量的抑制，并通过权重系数的配置，控制不同方位、不同截面上位移及振动抑制效果的比重。本发明克服了传统振动抑制方法鲜有综合考虑转子位移或轴承振动，且振动测试多数仅针对单方向或单截面实施，从而导致时有顾此失彼现象发生的缺点。与传统方法相比，本发明能使转子轴承系统振动控制效果达到最优，在保证系统运行精度的同时，亦能有效延长系统运行寿命。
【专利说明】一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及旋转设备故障诊断与振动控制方法，特别涉及一种高速转子轴承系统 空间振动的动平衡抑制方法，该方法可同时实现高速转子绝对位移与轴承基座相对振动的 综合控制。
【背景技术】
[0002] 高速转子轴承系统空间振动轨迹较为复杂，但其振动信号多呈现平稳信号特征， 例如纯失衡振动，以及对中不良、周期性切削激励、热变形、周期性环境干扰等因素导致的 振动。但当不平衡故障很严重时，转子在运行发生碰撞与摩擦，原来的正弦波动会变化为非 平稳的振动波形。此外，失衡转子的柔性特性处于激发状态，更容易受到外部激励的冲击， 进而导致颤振等非平稳信号的产生。由于受工艺水平限制，上述失衡及非失衡干扰因素几 乎不可避免，以失衡为例，转子制造和装配误差、材料不均匀等因素都会导致转子不平衡， 另外转子高速旋转时的离心膨胀效应也会破坏原有平衡状态。
[0003] 上述分析表明，转子复杂空间振动行为不可避免。然而，旋转设备的振动状况是评 估设备运行健康状态的重要参数，振动若超过一定限制，不仅影响零件加工精度，还会对转 子自身组件造成破坏，急剧减少转子系统寿命，甚至使某些组件由于振动量过大而当场损 坏。因此，如何抑制转子空间振动尤为重要。
[0004] 转子轴承系统通常是复杂机电系统中的一个子系统，仅在自由边界条件下分析其 存在失衡等故障前后的动态特性远远不够。当转子轴承系统安装完毕之后，主轴与其轴承 基座组成相互耦合的新系统，轴承基座振动对转子系统的动态特性将产生不可忽略的影 响。而当转子处于不平衡等故障状态时，其惯性中心不在回转轴线上，此刻轴承基座处振动 尤为明显。
[0005] 转子绝对位移与轴承基座相对振动分别表征回转精度、失衡振动能量，现有的关 于转子轴承系统空间振动抑制的研宄没有同时考虑转子位移与轴承振动，皆是分别对两者 进行独立分析或优化。而正是由于现有动平衡方法鲜有将两类振动综合考虑，平衡操作中 时有顾此失彼的现象发生。因此，需要对转子绝对位移与轴承基座相对振动的进行合理评 估及综合平衡，进而有效抑制转子轴承系统空间振动。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种高速转子轴承系统空间振 动的动平衡抑制方法，可同时控制高速转子绝对位移与轴承基座相对振动，在提升转子回 转精度的同时，也兼顾失衡振动能量的抑制。
[0007] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0008] 一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法，包括下述步骤：
[0009] 步骤一，通过位移传感器采集配重盘表面水平及垂直方向位移信号 Sm，δΚΗ，δ!?，通过振动传感器采集轴承外圈处振动信号um， uW URH，Urv，通过鉴 相传感器采集相位信号。
[0010] 其中：下标字母表示传感器安装位置，L表示左侧，R表示右侧，H表示水平，V表 示垂直；Sui, δ w，δ ΚΗ，δ w分别表示左侧水平、左侧垂直、右侧水平、右侧垂直方向的位移 信号；υω，υ ΚΗ，?κν分别表示左侧水平、左侧垂直、右侧水平、右侧垂直方向的振动信 号；
[0011] 步骤二，分别以水平、垂直信号为椭圆长、短轴，构建与振动、位移信号相对应的运 动轨迹椭圆，进而根据椭圆面积几何求解公式，建立运动轨迹椭圆面积与振 动、位移信号的关联关系；
[0012] 其中：上标字母表示构成椭圆的信号类型，δ表示位移、υ表示振动，下标字母含 义同前，即W 分别表示左侧位移、右侧位移、左侧振动、右侧振动信号所构成的 运动轨迹拟合椭圆面积
[0013] 步骤三，通过在两侧配重盘上添加试重，建立，5^与左、右侧配重盘位 置的不平衡量P 1、匕之间的关联关系：
【权利要求】
1. 一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法，其特征在于：包括下述步骤： 步骤一，通过位移传感器采集配重盘表面水平及垂直方向位移信号峰峰值 δω，δκΗ，δΚν，通过振动传感器采集轴承外圈处振动信号峰峰值um，uWURH，URV， 通过鉴相传感器采集相位信号； 其中：下标字母表示传感器安装位置，L表示左侧，R表示右侧，H表示水平，V表示垂 直；Sui, δΚΗ，δκν分别表示左侧水平、左侧垂直、右侧水平、右侧垂直方向的位移信号； um，uWυΚΗ，分别表示左侧水平、左侧垂直、右侧水平、右侧垂直方向的振动信号； 步骤二，分别以水平、垂直信号为椭圆长、短轴，构建与振动、位移信号相对应的运动轨 迹椭圆，进而根据椭圆面积几何求解公式，建立运动轨迹椭圆面积，<，Sf，巧与振动、 位移信号的关联关系； 其中：上标字母表示构成椭圆的信号类型，S表示位移、υ表示振动，下标字母含义同 前，即，&% 分别表示左侧位移、右侧位移、左侧振动、右侧振动信号所构成的运动 轨迹椭圆面积； 步骤三，通过在两侧配重盘上添加试重，建立，巧与左、右侧配重盘位置的不平衡畺Pi.P^问的羊雔羊蒸.
其中：μ为不同位置处位移或振动信号与转子两侧配重盘处单位不平衡量之间的影 响系数，μ的上标字母中1、1分别表示与左侧、右侧配重盘相关，其它上、下标字母含义同 前；例如//么在数值上等于左侧配重盘上单位不平衡量引起左侧水平位置处位移信号的变 化； 步骤四，构建转子轴承系统空间残余振动描述函数：
其中： 分别表示对左侧位移、右侧位移、左侧振动、右侧振动进行动平衡 抑制的权重系数； 步骤五，构建多目标优化函数，即： Minimize T(PljPr) =& lfl+&2f2 其中β2分别表示对全局振动及局部振动进行动平衡抑制的权重系数，取β β2; 步骤六，根据步骤五建立的优化函数，求解Minimizef所对应的平衡配重组合 (P1,PJ，该平衡配重组合（P1,PJ即为最优平衡配重组合； 步骤七，通过转子两侧的配重盘，施加步骤六得到的最优配重，完成转子轴承系统空间 振动的动平衡抑制操作。
2.如权利要求1所述的一种高速转子轴承系统空间振动的动平衡抑制方法，其特征在 于：所述的步骤三中的μ满足下列关系：
【文档编号】G05D19/00GK104460728SQ201410605556
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】章云, 陈贵敏, 邵敏, 孙虎 申请人:西安电子科技大学