一种飞轮轴承动刚度的测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110044625A(43)申请公布日2019.07.23(21)申请号201910361917.7(22)申请日2019.04.30(71)申请人东华大学地址201600上海市松江区人民北路2999号(72)发明人徐洋尹显波盛晓伟申妍(74)专利代理机构上海申汇专利代理有限公司31001代理人翁若莹王文颖(51)Int.Cl.G01M13/045(2019.01)G01M5/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种飞轮轴承动刚度的测量方法(57)摘要本发明公开了一种飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，将待测飞轮安装在微振动测试平台上，驱动飞轮至最大转速后进行惯性停车，通过采集系统获取整个运行状态下的三向扰动力信号；对采集的时域信号进行快速傅里叶变换，并绘制出飞轮三向转速频谱图，通过幅值大小提取转子径向平移频率和轴向平移频率；在x、z向转速频谱图上分别提取与径向、轴向平移模态共振放大的高次谐波振幅数据，根据幅值函数对数据拟合得出径向阻尼系数和轴向阻尼系数；计算得出飞轮轴承的径向动刚度和轴向动刚度。本发明采用间接测量能避免对结构的拆装与破坏，具有计算简单、非侵入性、结果实时性与可视化的有益效果。CN110044625ACN110044625A权利要求书1/2页1.一种飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：将待测飞轮安装在微振动测试平台上，驱动飞轮至最大转速后进行惯性停车，通过采集系统获取整个运行状态下的三向扰动力信号；步骤2)：对采集的时域信号进行快速傅里叶变换，并绘制出飞轮三向转速频谱图，通过幅值大小提取转子径向平移频率fr和轴向平移频率fa；步骤3)：在x、z向转速频谱图上分别提取与径向、轴向平移模态共振放大的高次谐波振幅数据，根据幅值函数对数据拟合得出径向阻尼系数ξr和轴向阻尼系数ξa；步骤4)：通过式1和式2计算得出飞轮轴承的径向动刚度kr和轴向动刚度ka：其中，fr为径向平移频率，m为飞轮转子质量，ξr为径向阻尼系数，fa为轴向平移频率，ξa为轴向阻尼系数。2.如权利要求1所述的飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，所述步骤1)中微振动测试设备包括用于固定待测飞轮的转接工装(1)，转接工装(1)固定于测力平台(2)上，测力平台(2)上设有四个三轴压电式测力传感器(201)，用于对飞轮三向扰动力进行测量，三轴压电式测力传感器(201)与电荷放大器(3)连接，电荷放大器(3)通过数据采集系统(4)连接计算机(5)，数据采集系统(4)与计算机(5)连接，电荷放大器(3)将输出的电荷转换为成比例的电压信号，数据采集系统(4)用于信号的数字转换与传输，计算机(5)用于对采集信号进行处理与计算。3.如权利要求1所述的轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，所述步骤4)中式1和式2的构建过程如下：将飞轮的轴承等效为弹簧-阻尼系统，其三自由度振动下的加速度、速度、位移分别为a、v、u，系统的质量、阻尼和刚度矩阵分别为M、C、K，所受激励力为F，通过拉格朗日建立系统动力方程，得到式3：Ma+Cv+Ku＝F式3；求解系统动力方程得到飞轮径向平移频率fr和轴向平移频率fa：对测算式4和式5变换得到：2CN110044625A权利要求书2/2页4.如权利要求1所述的轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，所述步骤3)中的径向阻尼系数ξr和轴向阻尼系数ξa构建过程如下：步骤3.1)：由单自由度质量-弹簧-阻尼模型得到系统的径向的振幅放大系数βr和轴向的振幅放大系数βa分别为：其中，Ω为飞轮转速，Ωr为谐波与径向平移模态发生共振转速，Ωa为谐波与轴向平移模态发生共振转速；步骤3.2)：提取与径向和轴向平移模态发生共振的hi阶次谐波，根据飞轮的微振动模型得到径向振幅函数Ar(Ω)、轴向振幅函数Aa(Ω)分别为：2Ar(Ω)＝CrΩβr式8；2Aa(Ω)＝CaΩβa式9；其中，Cr为径向谐波振幅系数，Ca为轴向谐波振幅系数；步骤3.3)：通过径向和轴向振幅函数对提取到的谐波振幅数据进行拟合，得到飞轮轴承的径向阻尼系数ξr和轴向阻尼系数ξa。3CN110044625A说明书1/4页一种飞轮轴承动刚度的测量方法技术领域[0001]本发明涉及一种飞轮轴承动刚度的测量方法，属于工程测量计算技术领域。背景技术[0002]旋转机械是现代工业中应用最为广泛的设备之一，其状态监测、故障诊断已成为系统设计与维护中最为关键的部分。作为典型的旋转机械，飞轮由运动转子、支撑轴承及保护罩等组成，主要用于航天器的姿态控制。在对卫星进行颤振特性研究时，往往需要获取飞轮的相关特征参数。[0003]通常情况下，飞轮的轴承刚度由轴承生产商提供，普遍的测量方法