一種雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統的制作方法

本發明屬于軸承轉子系統試驗領域，具體涉及一種雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統。

背景技術：

在實際的工業生產中，存在著一大類具有非對稱轉子或定子的旋轉機械，如發電機、電動機、曲軸、風機以及裂紋轉子等。從嚴格的定義出發，完全對稱的轉子系統應當同時具有軸對稱的轉子以及各向同性的支承結構，這對于絕大多數的旋轉機械是非常嚴苛的條件。實際的轉子結構為了實現特定的功能，往往需要在其上安裝相應的工作部件，如汽輪機發電機轉子為了滿足發電要求，需要在軸的本體上面開槽，軸承本體分為大齒和小齒，轉子本體為非對稱結構。此外，旋轉機械中廣泛應用的滑動軸承與滾動軸承一般也不能滿足各向同性的要求。雙重非對稱即是指轉子和支承部件同時存在非對稱特征，此時轉子支承系統的運動微分方程中包含周期時變系數，在力學上屬于參數振動系統。轉子非對稱和軸承非對稱被稱為雙重非對稱軸承轉子系統，在某些情況下會導致系統響應放大，使得整機振動問題非常嚴重，甚至損傷設備。此外，雙重非對稱軸承轉子系統的動平衡也更為復雜。為此，需要研究雙重非對稱軸承轉子系統的振動機理，抑制雙重非對稱軸承轉子系統的參數振動。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統，以解決雙重非對稱軸承轉子系統的參數振動測試問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統，包括雙重非對稱特征產生裝置；雙重非對稱特征產生裝置包括裝配平臺、調速電機和兩個非對稱軸承產生裝置；調速電機和兩個非對稱軸承產生裝置固定安裝在裝配平臺上；調速電機的輸出軸通過柔性聯軸器連接非對稱軸，非對稱軸支撐在兩個非對稱軸承產生裝置的軸承中；兩個非對稱軸承產生裝置之間的非對稱軸上安裝有若干平衡盤。

進一步的，非對稱軸承產生裝置包括軸承支座、螺栓結構、非線性彈簧和調節轉盤；軸承支座包括底板，底板上豎直設有三個相互平行的豎板，分別為兩側的第一豎板、第三豎板和位于中間的第二豎板；第二豎板的上部設有支撐非對稱軸的軸承；第一豎板和第三豎板的上部設有螺紋孔，調節轉盤固定連接螺栓結構，螺栓結構與第一豎板、第三豎板上對應的螺紋孔螺紋連接，螺栓結構的前部連接非線性彈簧的一端，非線性彈簧的另一端抵持在軸承上。

進一步的，螺栓結構和非線性彈簧水平設置。

進一步的，裝配平臺為條狀結構，該裝配平臺上設有若干縱向的梯形槽；調速電機和兩個非對稱軸承產生裝置通過梯形槽固定在裝配平臺上。

進一步的，若干平衡盤包括平行設置的第一動平衡盤、中心圓盤和第二動平衡盤；第一動平衡盤、中心圓盤和第二動平衡盤的邊緣均對稱設有若干不平衡孔，不平衡孔中能夠固定不同重量的不平衡螺栓，實現不平衡量的施加。

進一步的，非對稱軸的截面形狀為長方形、去掉圓冠的殘缺圓形或橢圓形。

進一步的，還包括測量裝置；測量裝置包括設置于非對稱軸旁側的第一加速度傳感器、位移傳感器、轉速測量儀和第二加速度傳感器；第一加速度傳感器、位移傳感器、轉速測量儀采集和第二加速度傳感器的信號通過數據采集器傳輸給計算機。

進一步的，還包括保護裝置；保護裝置包括制動裝置；制動裝置上設有懸臂制動片，懸臂制動片下方安裝有塑性接觸片，塑性接觸片位于非對稱軸上方；制動裝置連接調速電機；一旦轉子系統的振動量大于限定值時，非對稱軸碰觸塑性接觸片，觸發制動裝置，制動裝置傳遞信號給調速電機，調速電機停止轉動，使得轉子平穩停止。

進一步的，雙重非對稱特征產生裝置和保護裝置設置于一個防彈玻璃罩內。

進一步的，非對稱轉子是指具有非圓截面軸的轉子，非對稱軸承產生裝置可以通過調整產生不同的非對稱系數。雙重非對稱軸承轉子系統由伺服電機驅動，可以通過編程控制電機在指定轉速下運行，還可以實現不同工況的加速和減速工況。

進一步的，轉子的軸截面具有不同形式，分為長方形、去掉圓冠的殘缺圓形和橢圓形，以研究不同慣性軸方向的慣性矩和形狀對雙重非對稱軸承轉子系統參數振動特性的影響。

進一步的，彈簧螺栓結構與水平面平行，分別布置在轉子兩側；通過調整螺栓結構的旋進程度實現軸承剛度不對稱程度的連續調節。

進一步的，可以通過調整兩個軸承各自的非對稱特性，研究不同軸承非對稱組合下的雙重非對稱軸承轉子系統的參數振動規律，以達到降低參數振動響應幅值的目的。

進一步的，在轉子中間布置有制動裝置，制動裝置與電機相連，可通過編程控制制動裝置的行為。一旦轉子系統的振動量大于限定值時，會選擇性地觸發制動裝置，可以使轉子平穩停止，也可以保持接觸而不停止。

進一步的，制動裝置的底部是塑性材料，以避免軸承失穩后轉軸與制動裝置的底部相接觸時對轉子本體造成損傷。

進一步的，提供了一種判斷轉子失穩的標準，失穩意味著轉子的響應會隨著時間的增加而增加，當制動裝置因失穩被觸發后，此時的轉速可記錄為不穩定轉速；

進一步的，中心圓盤和動平衡盤的外圍開有均勻的不平衡孔，不平衡量用不同重量的不平衡螺栓代替，可在孔中加入不同質量的螺栓，實現不平衡量的施加。

進一步的，雙重非對稱軸承轉子系統的激勵源為重力激勵和不平衡激勵兩種，本發明可以通過在不同平衡孔內加載不平衡量來研究不同方向的重力激勵和不平衡激勵組合下的參數振動規律。

進一步的，除中心圓盤外，在軸向方向上布置了兩個平衡盤，通過在不同相位添加不同重量的螺栓來研究雙重非對稱軸承轉子系統參數振動系統的動平衡規律。

進一步的，實驗系統外部布置有防彈玻璃罩，以防止因轉子失穩和制動裝置失效引起的危急情況的發生，同時方便對試驗現象的觀察。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統，將雙重非對稱軸承轉子系統引入到軸承轉子系統振動特性研究中來，可以用于研究不同軸承各向異性組合下的雙重非對稱軸承轉子系統參數振動特性以及動平衡試驗規律，有效地拓展了軸承轉子系統研究的范圍。在試驗中，本發明能夠根據不同的需要，通過簡單的調節，即可在不同的軸承各向異性組合下對雙重非對稱軸承轉子系統的失穩區測量、重力響應的二倍頻現象和不平衡響應進行研究。此外，還可以研究雙重非對稱軸承轉子系統的動平衡規律。最后，可以為雙重非對稱軸承轉子系統的設計和現場動平衡提供準確的數據，以達到降低振動響應幅值的目的，對于提高雙重非對稱軸承轉子系統的設計水平具有至關重要的意義。

附圖說明

圖1為雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統示意圖；

圖2為雙重非對稱軸承轉子系統試驗本體的三維視圖；

圖3為不同截面形式的非對稱軸示意圖；

圖4為非對稱軸承產生裝置示意圖；

圖5為防彈玻璃罩示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。

參見圖1-圖4，一種雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統，包括第一加速度傳感器1、位移傳感器2，轉速測量儀3、第二加速度傳感器4、數據采集器5、計算機6、裝配平臺7、調速電機8、非對稱軸承產生裝置9、第一動平衡盤10、中心圓盤11、第二動平衡盤12、軸承支座13、不平衡孔14、不平衡螺栓15、塑性接觸片16、制動裝置17、柔性聯軸器18、緊固螺栓19、驅動電機安裝支座20、非對稱軸21、螺栓結構22、非線性彈簧23、調節轉盤24、防彈玻璃罩25。

雙重非對稱軸承轉子系統振動特性的測試試驗系統，包括測試裝置、雙重非對稱特征產生裝置和保護裝置。

雙重非對稱特征產生裝置包括裝配平臺7、調速電機8、非對稱軸承產生裝置9、第一動平衡盤10、中心圓盤11、第二動平衡盤12、軸承支座13、不平衡孔14、不平衡螺栓15、塑性接觸片16、制動裝置17、柔性聯軸器18、緊固螺栓19、驅動電機安裝支座20、非對稱軸21、螺栓結構22、非線性彈簧23、調節轉盤24。

裝配平臺7為條狀結構，該裝配平臺上設有縱向的梯形槽。調速電機8和兩個非對稱軸承產生裝置9均固定在裝配平臺7上；調速電機8的輸出軸通過柔性聯軸器18連接非對稱軸21，非對稱軸21支撐在兩個非對稱軸承產生裝置9的軸承中；兩個非對稱軸承產生裝置9之間的非對稱軸21上安裝有第一動平衡盤10、中心圓盤11和第二動平衡盤12。第一動平衡盤10、中心圓盤11和第二動平衡盤12的邊緣均對稱設有若干不平衡孔14，不平衡孔14中能夠固定不同重量的不平衡螺栓15，實現不平衡量的施加。

非對稱軸21的截面形狀設計為三種形式，分別為長方形、去掉圓冠的殘缺圓形和橢圓形。在加工的過程中，需加工不同截面形式的不同彎曲剛度非對稱截面若干組，以通過控制變量法研究彎曲剛度不對稱程度和不同截面形式對雙重非對稱軸承轉子系統參數振動的影響規律。軸承非對稱產生裝置9主要包括軸承支座13、螺栓結構22、非線性彈簧23和調節轉盤24。軸承支座13包括底部130，底板130上豎直設有三個相互平行的豎板，分別為兩側的第一豎板131、第三豎板133和位于中間的第二豎板132。第二豎板132的上部設有支撐非對稱軸21的軸承；第一豎板131和第三豎板133的上部設有螺紋孔，調節轉盤24固定連接螺栓結構22，螺栓結構22與第一豎板131、第三豎板133上對應的螺紋孔螺紋連接，螺栓結構22的前部連接非線性彈簧23的一端，非線性彈簧23的另一端抵持在軸承90上。通過旋轉調節轉盤24調節螺栓結構22的旋進深度實現軸承剛度不對稱程度的連續調節，非線性彈簧23被壓縮時，水平方向的支承剛度則增加，反之亦然。從而使得支承結構在水平和豎直方向上具有不同的支承剛度。

測試裝置包括第一加速度傳感器1、位移傳感器2、轉速測量儀3、第二加速度傳感器4、數據采集器5和計算機6。第一加速度傳感器1、位移傳感器2、轉速測量儀3和第二加速度傳感器4安裝于非對稱軸21旁側，用于監測非對稱軸21的加速度、振動位移和轉速；第一加速度傳感器1、位移傳感器2、轉速測量儀3和第二加速度傳感器4采集的信號通過數據采集器5傳輸給計算機6。轉子運行后，傳感器采集雙重非對稱軸承轉子系統的振動信號，將信號進行數據轉換后，輸入到數據采集器5中，進行進一步的處理、分析和顯示。

保護裝置包括塑性接觸片16、制動裝置17和防彈玻璃罩25。制動裝置17布置在轉子中間，與調速電機8相連，制動裝置17的懸臂制動片下方安裝有塑性接觸片16，塑性接觸片16位于非對稱軸21上方；一旦轉子系統的振動量大于限定值時，非對稱軸21碰觸塑性接觸片16，觸發制動裝置17，制動裝置17傳遞信號給調速電機8，調速電機8停止轉動，使得轉子平穩停止。此外，以防止因轉子失穩和制動裝置17失效引起的危急情況的發生，所有試驗部件均用防彈玻璃罩25保護起來，同時也方便對試驗的觀察。制動裝置17的作用在于提供了一種判斷轉子失穩的方法，當制動裝置被觸發時，此時的轉速可標記為失穩轉速。此外，制動裝置的底部為塑性接觸片16，以防止軸承失穩后轉軸與制動裝置的底部相接觸時對轉子本體造成損傷，此外，制動裝置還可以設置為保持接觸不停止，以研究雙重非對稱軸承轉子系統的碰摩現象。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式僅限于此，對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。