CN1632495A - 基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置 - Google Patents

基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置 Download PDF

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CN1632495A CN 200410093866 CN200410093866A CN1632495A CN 1632495 A CN1632495 A CN 1632495A CN 200410093866 CN200410093866 CN 200410093866 CN 200410093866 A CN200410093866 A CN 200410093866A CN 1632495 A CN1632495 A CN 1632495A
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曹树谦
陈予恕
郎作贵
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Tianjin University
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Abstract

基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置，主要由力锤、电荷放大器、涡流传感器、涡流测振仪、振动测试仪、信号采集器、信号分析仪等组成。由带力传感器的力锤敲击静态转子校正平面部位，将力传感器测得的激励信号送入电荷放大器，经放大后送入信号采集器，由电涡流传感器测得转子多个校正平面部位的位移响应信号，经电涡流测振仪放大后送入信号采集器，根据传递函数和影响系数之间的关系，可获得转子校正部位的影响系数。根据影响系数可获取校正平面的不平衡量。本发明关键在于通过测试给出了转子影响系数与传递函数的关系，从而可不通过加试重的方法得到转子的影响系数。本发明适用于涉及各类旋转机械产品及现场单跨及多跨转子的动平衡测定。

Description

基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置
                          技术领域
本发明属于振动力学，具体涉及一种柔性转子动平衡的装置。
                         技术背景
常用的柔性转子动平衡方法有两种：振型平衡法和影响系数法。振型平衡法的优点是，在各临界转速下校正好的转子，在各种转速下均有良好的平衡效果。对一般转子，考虑平衡前3阶振型即可，故启停次数较少。振型平衡法的缺点是平衡转子为转子的临界转速，容易引起转子的永久变形，并且相位测量不稳定。影响系数法的优点是，不在临界转速下进行平衡，避免了共振引起的永久变形，并且可通过计算机程序化。其缺点是启停次数多，对现场动平衡来讲平衡费用很高。但两者进行综合比较，影响系数法应用较为广泛。在影响系数法中，影响系数的获得均是依靠在平衡部位施加试重，通过测量转子响应而得到。目前存在的问题是如何能通过一种简单的方法快速得到转子***的影响系数，从而低成本地进行动平衡，是本发明所要解决的问题。
                             发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、快速获得柔性转子影响系数进而低成本进行动平衡的方法，即基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置。
本发明通过以下技术方案及计算方法实现。基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置，主要由力锤1、电荷放大器2、涡流传感器3、涡流测振仪4、光电测速计5、振动测试仪6、信号采集器7、信号分析仪8组成(如附图)。由带力传感器的力锤1敲击静态转子校正平面部位，将力传感器测得的激励信号送入电荷放大器2，经放大后送入信号采集器7。由电涡流传感器3测得转子多个校正平面部位的位移响应信号经电涡流测振仪4放大后送入信号采集器7。力传感器测得的激励信号和涡流传感器3测得的响应信号同时送入信号分析仪8，可得转子各校正部位之间的传递函数。通过带力传感器的力锤1锤击测量得到转子的传递函数，根据传递函数和影响系数之间的关系α(Ω)＝Ω2H(Ω)取得转子转子校正部位的影响系数。在平衡转速下，由电涡流传感器3、电涡流测振仪4、信号采集器7和信号分析仪8测得转子校正部位的振动响应。同时由光电测速计5、数字式振动测试仪6，信号采集器7和信号分析仪8测得其平衡转速。
根据求得的影响系数可得到校正平面的不平衡量。
本发明提出柔性转子影响系数与传递函数的关系为：
            α(Ω)＝Ω2H(Ω)                 (a)
式中Ω为转速，α(Ω)为影响系数矩阵，H(Ω)为传递函数矩阵。
应用力锤击法，容易求得转子的传递函数矩阵：
            X(Ω)＝H(Ω)F(Ω)                (b)
式中X(Ω)为瞬态响应幅值谱列阵，F(Ω)为脉冲激励幅值谱列阵。
在平衡转速下，测量校正平面的位移响应A(Ω)，由下式可求得转子的不平衡量U(Ω)：
            A(Ω)＝α(Ω)U(Ω)               (c)
本发明的有益效果及优点在于：给出了一种柔性转子动平衡测定的装置与方法，通过测量转子的传递函数，简单、快速地求出转子的影响系数，进而确定转子校正平面上的不平衡量，低成本地开展柔性转子动平衡。本发明的关键在于给出了转子影响系数与传递函数的关系，从而可不通过加试重的方法得到转子的影响系数。本方法只需一次启停转子***，具有方法简单、快速、成本低等优点，适用于涉及各类旋转机械产品及现场单跨及多跨转子的动平衡测定。
                            附图说明
附图为基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置的测试框图。
其中：带力传感器的力锤-1；电荷放大器-2；电涡流传感器-3；电涡流测振仪-4；光电测速计-5；数字式振动测试仪-6；信号采集器-7；信号分析仪-8；转轴-9；转子圆盘-10；轴承-11；弹性联轴器-12；直流调速电机-13。
                         具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和装置做进一步的说明。实施过程通过一个转子实验台进行(附图中的虚线框部分)。柔性转子由转轴9和两个圆盘10组成并由两个轴承11支撑。转子通过联轴器12由直流调速电机13驱动。对本实施例而言，转子结构参数为：圆盘10的质量M1＝M2＝0.991kg；盘距l1＝l2＝l3＝0.183m；转轴9长度(跨距)L＝l1+l2+l3＝0.55m；转轴9直径d＝0.012m；圆盘10预留偏心半径：re＝0.0415m。取平衡转速n＝1600rpm(Ω＝167.55rad/s)。
由带力传感器的力锤1沿铅直方向敲击静态转子校正平面圆盘10-1，将力传感器测得的激励信号送入电荷放大器2，经放大后送入信号采集器7。由电涡流传感器3测得转子圆盘10-1和10-2部位的铅直位移响应信号，经电涡流测振仪4放大后送入信号采集器7。力传感器测得的激励信号和涡流传感器3测得的响应信号同时送入信号分析仪8，由式X(Ω)＝H(Ω)F(Ω)可得转子两个圆盘10-1和10-2的传递函数，见表1。根据传递函数和影响系数之间的关系α(Ω)＝Ω2H(Ω)取得转子转子圆盘10-1和10-2在平衡转速Ω下的影响系数，见表2。在平衡转速下，由电涡流传感器3、电涡流测振仪4、信号采集器7和信号分析仪8测得转子校正部位的水平和铅直振动位移响应。同时由光电测速计5、数字式振动测试仪6，信号采集器7和信号分析仪8测得其平衡转速。根据求得的影响系数可得到校正平面圆盘10-2的不平衡质量(4.9126e+00，-1.0900e+02)(g，°)，其反相质量即拟加于圆盘10-2上的平衡质量(4.9126e+00，7.1000e+01)(g，°)。圆盘10-2平衡前后的位移响应见表3，位移响应下降到原来12.67％，平衡效果良好。
             表1本实施例求得的传递函数
  n＝1600rpm               传递函数H/m/N，°
  H12(H21)   H22(H11)
  0.237e-04，-6.00+   0.244e-04，-6.00
  0.433e-04，-14.0   0.425e-04，-13.0
+注：由于激励方向为-2x，表中相位角为实测值-180°。
             表2本实施例求得的影响系数
    n＝1600rpm                影响系数α/1/Kg，°
  α12(α21)   α22(α11)
    传递函数法   6.740e-01，-6.000   6.939e-01，-6.000
  表3平衡前后圆盘10-2的位移响应
    位移A/mm，°
    n＝1600rpm     2x
    平衡前     0.15，-115.0
    平衡后     0.019，-135.0

Claims (4)

1.基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置，主要由力锤(1)、电荷放大器(2)、涡流传感器(3)、涡流测振仪(4)、光电测速计(5)、振动测试仪(6)、信号采集器(7)、信号分析仪(8)组成，其特征在于由带力传感器的力锤(1)敲击静态转子校正平面部位，将力传感器测得的激励信号送入电荷放大器(2)，经放大后送入信号采集器(7)，由电涡流传感器(3)测得转子多个校正平面部位的位移响应信号经电涡流测振仪(4)放大后送入信号采集器(7)，同时力传感器测得的激励信号和电涡流传感器(3)测得的响应信号送入信号分析仪(8)。
2.按照权利要求1所述的基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置，其特征在于所述的电涡流传感器(3)、电涡流测振仪(4)、信号采集器(7)和信号分析仪(8)测得转子校正部位的振动响应，同时由光电测速计(5)、数字式振动测试仪(6)、信号采集器(7)和信号分析仪(8)测得平衡转速。
3.按照权利要求1或2所述的基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置，其特征在于通过所述带力传感器的力锤(1)锤击测量得到转子的传递函数，柔性转子影响系数与传递函数的关系为：由α(Ω)＝Ω2H(Ω)。
4.按照权利要求3所述的基于传递函数的柔性转子动平衡测定装置，其特征在于所述柔性转子影响系数与传递函数的关系α(Ω)＝Ω2H(Ω)，其中所述Ω为转速，所述α(Ω)为影响系数矩阵，所述H(Ω)为传递函数矩阵。
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