基于穩態激勵法的轉子動平衡測定方法與裝置與流程

本公開涉及測量測試
技術領域：
，具體而言，涉及一種基于穩態激勵法的測定轉子動平衡的方法與裝置。
背景技術：
：在旋轉機械的運行過程中，如果轉子質量不均勻，在運行過程中就會產生離心力，并引起轉子振動，降低轉子壽命。為了延長轉子的使用壽命，通常可以在轉子平面外圈的預設位置添加一特定質量的配重塊，將這部分離心力完全抵消，此即動平衡過程。對于多面轉子，每一面的不平衡均會對多個面的振動產生影響，因此需要在轉子的多個面添加大小和位置合適的配重塊進行動平衡。現實生活中汽車輪胎的動平衡即為典型的單面動平衡過程。目前通常使用的轉子動平衡方法通常為影響系數法，即通過分別對每一面添加配重塊并開機測量本次添加配重塊后的振動矢量來測得影響系數，從而計算出各個面的配重位置以及質量。當轉子具有n個面時，通常需要開機測試n+1次。對于一些大型機械，非生產性開機一次，就將產生十幾萬甚至幾十萬的成本，因此在動平衡過程中，如能減少開機次數，將會產生巨大的經濟效益。需要說明的是，在上述
背景技術：
部分公開的信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。技術實現要素：本公開的目的在于提供一種基于穩態激勵法的轉子動平衡測定方法與裝置，用于至少在一定程度上克服由于相關技術的限制和缺陷而導致的一個或多個問題。根據本公開實施例的第一方面，提供一種基于穩態激勵法的轉子動平衡測定方法，包括：在不開機狀態下，同時沿所述轉子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激勵，用相同的頻率和大小，分別按正弦激勵和余弦進行激勵，并獲取所述各校正面的振動矢量；在開機升至設定轉速狀態下，測量所述各校正面的原始振動矢量；根據所述振動矢量以及所述原始振動矢量，采用影響系數法建立方程，解出方程后，獲取所述各校正面的配重大小及相位。在本公開的一種示例性實施例中，所述第一法向與所述第二法向均為轉子徑向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。在本公開的一種示例性實施例中，當所述激振器沿所述第一法向激勵時，激振器輸出余弦波；當所述激振器沿所述第二法向激勵轉子邊沿時，激振器輸出正弦波。在本公開的一種示例性實施例中，所述激振器輸出的波形頻率等于所述設定轉速對應的頻率。在本公開的一種示例性實施例中，所述根據所述振動矢量以及所述原始振動矢量，采用影響系數法，獲取各校正面的配重大小及相位包括：根據所述振動矢量獲得所述轉子在所述設定轉速下的影響系數，所述影響系數通過以下公式求得：K＝V/m＝Vrω2/F其中K為影響系數，ω為所述設定轉速對應的角頻率，V為測得的振動矢量，r為相應配重的加重半徑，F為激勵力的大小。在本公開的一種示例性實施例中，還包括：在各校正面上的加重半徑處分別加一相應配重，開機升至所述設定轉速測得相應的平衡振動矢量。根據本公開的第二方面，提供一種基于穩態激勵法的轉子動平衡測定裝置，包括：激勵測量模塊，用于在不開機狀態下，同時沿所述轉子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激勵，用相同的頻率和大小，分別按正弦激勵和余弦進行激勵，并獲取所述各校正面的振動矢量；原始測量模塊，用于在開機升至設定轉速狀態下，測量所述各校正面的原始振動矢量；配重計算模塊，用于根據所述振動矢量以及所述原始振動矢量，采用影響系數法建立方程，解出方程后，獲取所述各校正面的配重大小及相位。在本公開的一種示例性實施例中，所述第一法向與所述第二法向均為轉子徑向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。在本公開的一種示例性實施例中，當所述激振器沿所述第一法向激勵轉子邊沿時，激振器輸出余弦波；當所述激振器沿所述第二法向激勵轉子邊沿時，激振器輸出正弦波。在本公開的一種示例性實施例中，所述激振器輸出的波形頻率等于所述設定轉速對應的頻率。在本公開的一種示例性實施例中，所述配重計算模塊還用于根據所述振動矢量獲得所述轉子在所述設定轉速下的影響系數，所述影響系數通過以下公式求得：K＝V/m＝Vrω2/F其中K為影響系數，ω為所述設定轉速對應的角頻率，V為測得的振動矢量，r為相應配重的加重半徑，F為激勵力的大小。在本公開的一種示例性實施例中，還包括：開機驗證模塊，用于在各校正面上的加重半徑處分別加一相應配重，開機升至所述設定轉速測得相應的平衡振動矢量。本公開提供的基于穩態激勵法的轉子動平衡測定方法通過用激振器同時沿轉子校正面徑向的兩個相互垂直的角度對轉子校正面進行穩態激勵，從而計算得到影響系數，得出轉子校正面的配重質量以及相位，使得用影響系數法進行動平衡測定的開機次數減少至一次，極大降低了動平衡測定過程的成本。應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。附圖說明此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本公開的實施例，并與說明書一起用于解釋本公開的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本公開的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1示意性示出本公開示例性實施例中一種轉子動平衡測定方法的流程圖。圖2示意性示出本公開示例性實施例中一種轉子動平衡測定裝置的方框圖。具體實施方式現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實施方式使得本公開將更加全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本公開的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本公開的技術方案而省略所述特定細節中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知技術方案以避免喧賓奪主而使得本公開的各方面變得模糊。此外，附圖僅為本公開的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重復描述。附圖中所示的一些方框圖是功能實體，不一定必須與物理或邏輯上獨立的實體相對應。可以采用軟件形式來實現這些功能實體，或在一個或多個硬件模塊或集成電路中實現這些功能實體，或在不同網絡和/或處理器裝置和/或微控制器裝置中實現這些功能實體。下面參考附圖對本公開示例實施例進行詳細說明。圖1是本公開示例實施例中轉子動平衡測量方法的流程圖。參考圖1，方法100可以包括：步驟S1，在不開機狀態下，同時沿轉子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激勵，獲取各校正面的振動矢量。本公開所涉及的轉子可以為具有多個轉動面的轉子。當轉子轉動面具有不平衡質量時，需要加配重進行校正時，可以稱該平面為校正面。轉子的不平衡質量可以視為在平衡轉子平面的一個特定位置放置的一個具有特定質量的質量塊。因此，可以通過在轉子平面某一合適位置添加配重塊的方式平衡該不平衡質量。轉子的校正面的形狀例如可以為一圓盤。在本公開的示例性實施方式中，上述的第一法向與第二法向均為轉子徑向方向，其中第一法向垂直于第二發向。激振器沿轉子的一個校正面對轉子進行激勵時，可以使激振器的柔性頂桿沿法線方向接觸圓盤外沿的一點，該點可以被稱作第一點。可以將該第一點對圓盤圓心的徑向角度設置為0°。接下來，在與該徑向角度相隔90°的圓盤外沿的一第二點，使用激振器的柔性頂桿與該點進行接觸，從而可以使激振器同時從兩點相隔90°激勵該校正面。在上述過程中，可以設定同旋轉方向或反旋轉方向的角度為正方向，方向不同，影響系數方程也不同，但是最后得到的配重位置在物理上是相同的。當激振器沿第一法向激勵時，激振器輸出余弦波；當激振器沿第二法向激勵沿時，激振器輸出正弦波。正弦波和余弦波的幅值應當相等，例如為可以為F，則F可以視為對轉子施加的力，它引起的作用與質量為m＝F/rω2的配重塊接近相同，其中r為配重塊到軸心的距離，ω為轉速對應的角頻率，ω＝2πf，f為轉速對應的頻率，即一秒轉多少轉。因此可以通過正弦波和余弦波的疊加模擬配重塊對該校正面的力作用。為了測定該校正面在設定轉速下的配重，可以使激振器輸出的波形頻率等于設定轉速對應的頻率。轉速單位通常為x轉/分鐘，將此轉速轉化為x轉/秒，即可得到轉速對應的頻率，因此只要將常規的轉速除以60即可。例如設定轉速為3000轉/分鐘，則其對應的頻率為3000/60＝50Hz。使激振器輸出的正弦波和余弦波的頻率都等于50Hz，則可模擬在轉速為3000轉/分鐘時，質量為m＝F/rω2的配重塊對校正面的作用。通過在轉子基座或其他不影響轉子工作的機殼位置設置響應傳感器，可以測得本次激勵時轉子各平衡面的振動矢量V。傳統的為轉子n個面做動平衡的過程為在每個校正面的相應位置放置一個加速度傳感器，再接一個測量鍵相信號的轉速傳感器，所有n+1路信號在試驗過程中用動態信號采集儀進行采集，然后對照轉速通道得到各個面響應被測點在對應轉速頻率時的振動幅值和相位。測量過程都是在開機運行的情況下進行的，n個面的動平衡過程最少需要開機n+2次：分別是沒有試重時測量一次，單面分別加試重時測量n次，配重計算完成后，加配重驗證測量一次。下面對影響系數法測量動平衡的的原理做詳細介紹。做n個面的現場動平衡，通常需要n+1個通道，第1通道為相位基準通道，其余n個通道用來測量n個平面的振動。共需進行n+1次測量，每次測量必須在同一轉速下進行，第一次各面都不加配重，測出各個平面的振動矢量為V10、V20、V30、……Vn0。第二次，在第1面加試重Q1(矢量)，測得各個平面的振動矢量為V11、V21、V31、……Vn1。第三次，卸掉以前所加試重，在第2個面加試重Q2(矢量)，測得各個平面的振動矢量為V12、V22、V32、……Vn2。…………第n+1次，卸掉以前所加試重，在第n個面加試重Qn(矢量)，測得各個平面的振動矢量為V1n、V2n、V3n、……Vnn。每個面的修正質量P1、P2、…Pn(矢量)，可以由下面復數方程組求解：V11-V10Q1P1+V12-V10Q2P2+...+V1n-V10Qnpn=-V10V21-V20Q1P1+V22-V20Q2P2+...+V2n-V20Qnpn=-V20............Vn1-Vn0Q1P1+Vn2-Vn0Q2P2+...+Vnn-Vn0Qnpn=-Vn0]]>方程中左邊每個配重對應的矢量即為影響系數。式中各量都為矢量。相位角以和轉子轉動方向相同的為正。因此，測得振動矢量后，還需要測量轉子在不加配重的情況下的不平衡狀態下的原始振動矢量。步驟S2，在開機升至設定轉速狀態下，測量各校正面的原始振動矢量。測量原始振動矢量的儀器和測量上述振動矢量的儀器相同，只是在此步驟中，不需用激振器對轉子施加激勵。步驟S3，根據振動矢量以及原始振動矢量，采用影響系數法獲取各校正面的配重大小及相位。在本公開的示例性實施方式中，根據振動矢量以及原始振動矢量，采用影響系數法獲取各校正面的配重大小及相位包括：根據振動矢量獲得轉子在設定轉速下的影響系數，影響系數通過以下公式求得K＝V/m＝Vrω2/F其中K為影響系數，ω為設定轉速對應的角頻率，V為測得的振動矢量，r為相應配重的加重半徑，F為激勵力的大小。根據上述影響系數，可以對應上述影響系數法原理，求解方程得到各校正面應該施加的配重大小以及位置。在計算出配重后，還可以包括驗證過程，具體可以通過在各校正面上的加重半徑處對應的相位角，分別加一相應配重，開機升至所述設定轉速測得相應的平衡振動矢量。對應于上述方法實施例，本公開還提供了一種可以用來實施上述方法實施例的基于穩態激勵法的轉子動平衡測定裝置。圖2是本公開的轉子動平衡測定裝置的方框圖。參考圖2，裝置200可以包括：激勵測量模塊202可以用于在不開機狀態下，同時沿所述轉子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激勵，用相同的頻率和大小，分別按正弦激勵和余弦進行激勵，并獲取所述各校正面的振動矢量。激勵測量模塊202的具體實施方式可以由激振器、功率放大器、動態信號采集儀等儀器組成。與上述方法實施例相同，所述第一法向與所述第二法向均為轉子徑向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。當所述激振器沿所述第一法向激勵轉子邊沿時，激振器可以輸出余弦波；當所述激振器沿所述第二法向激勵轉子邊沿時，激振器可以輸出正弦波。所述激振器輸出的波形頻率可以等于所述設定轉速對應的頻率。原始測量模塊204可以用于在開機升至設定轉速狀態下，測量所述各校正面的原始振動矢量。原始測量模塊204的具體實施方式可以由動態信號采集儀等構成。配重計算模塊206可以用于根據所述振動矢量以及所述原始振動矢量，采用影響系數法建立方程，解出方程后，獲取所述各校正面的配重大小及相位。配重計算模塊206可以通過計算機或人工計算得以實現。在本公開的一種示例性實施例中，所述配重計算模塊還可以用于根據所述振動矢量獲得所述轉子在所述設定轉速下的影響系數，所述影響系數通過以下公式求得：K＝V/m＝Vrω2/F其中K為影響系數，ω為所述設定轉速對應的角頻率，V為測得的振動矢量，r為相應配重的加重半徑，F為激勵力的大小。根據一些實施例，計算得出轉子各校正面的配重后，還可以進行開機驗證，因此上述裝置還可以包括開機驗證模塊208，用于在各校正面上的加重半徑處對應的相位分別加一相應配重，開機升至所述設定轉速測得相應的平衡振動矢量。本公開提供的基于穩態激勵法的轉子動平衡測定方法通過用激振器沿轉子校正面徑向的兩個相互垂直的角度對轉子校正面進行穩態激勵，從而計算得到影響系數，得出轉子校正面的配重質量以及相位，使得用影響系數法進行動平衡測定的開機次數減少至一次，極大降低了動平衡測定過程的成本。本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發明后，將容易想到本公開的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本公開的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本公開的一般性原理并包括本公開未公開的本
技術領域：
中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本公開的真正范圍和精神由所附的權利要求指出。當前第1頁1 2 3