一種振動源偏離質心的振動方向角的獲取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種機械振動測算技術，特別是一種振動源偏離質心的三自由度振動 系統中各點的振動方向快速測算方法。
【背景技術】
[0002] 三自由度偏心振動系統中各點具有不同的運動特性，且隨著激振位置的變化在 整個空間上的動力消耗分布會由原先的均衡變為非均衡狀態，若要有效利用該種系統的非 均衡動力學特性，需要全面掌握振動方向沿工作面的分布規律。而這種規律以往只能通過 機械式的描繪麗薩如（Lissajous)圖法方式來粗略獲取振動軌跡，再進行振動方向角的估 算。算出的結果往往精度低、耗時長，且無法實現遠程測試，嚴重影響了系統自動化測算的 進程需求。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種橢圓振動的振動方向角在線測算方法，該測算方法集 成了互譜相位差分析、幅值測試，結合本發明的振動方向角計算方法，快速的完成振動方向 角的測算。
[0004] -種振動源偏離質心的振動方向角的獲取方法，用于測算三自由度振動系統各點 的振動方向角，其特征在于，包括建立目標點的橢圓旋轉坐標系及依據該橢圓旋轉坐標系 獲取該測試點的振動方向角；所述橢圓旋轉坐標系的建立包括：
[0005] 基于實際偏心振動模型，建立振動方向角所在的坐標系ΧοΥ，
[0006] 建立目標點橢圓振動的沿X、y軸的運動分量和運動軌跡，
[0007] 依據運動分量和運動軌跡以〇為坐標系原點建立橢圓旋轉坐標系，
[0008] 建立橢圓長軸繞原點〇沿逆時針旋轉角為振動方向角；
[0009] 所述測試點的振動方向角的獲取方法包括：
[0010] 基于互功率譜密度法測試出沿X、y振動分量的運動相位差，
[0011] 測試出沿X、y方向的振動幅值，
[0012] 基于測試出的運動相位差和振動幅值，結合旋轉角公式獲取該測試點的振動方向 角數值。
[0013] 本發明與現有技術相比，具有以下優點：本發明一種橢圓軌跡振動方向角的測算 方法對測試環境具有較好的適應性，可通過多通道振動測試儀器集成互功率譜分析、幅值 測試和本發明中的振動方向角計算公式來實現橢圓振動方向角的遠程測算。由于采用精確 的理論公式，相比傳統的麗薩如（Lissajo us)圖法具有更為快速、準確的測試分析能力。
[0014] 下面結合說明那個舒服圖對本發明做進一步描述。
【附圖說明】
[0015] 圖1為三自由度振動系統模型。
[0016] 圖2為橢圓在坐標系中的旋轉。
[0017] 圖3為一種橢圓軌跡振動模型振動方向角的測算流程。
【具體實施方式】
[0018] 結合圖3,一種振動源偏離質心的振動方向角的獲取方法，用于測算三自由度振動 系統各點的振動方向角，包括橢圓旋轉坐標系的建立及依據橢圓旋轉坐標系獲取振動方向 角。具體地，包括以下步驟：
[0019] 步驟S101，建立偏心振動模型；
[0020] 步驟S102,建立振動方向角所在的坐標系XoY ;
[0021] 步驟S103,建立橢圓旋轉軌跡方程；
[0022] 步驟S104,推到振動方向角的計算公式；
[0023] 步驟S105,基于互功率譜法測試沿X、y軸的分量相位差；
[0024] 步驟S106,求解振動方向角數值。
[0025] (1)結合實際偏心振動模型，定義振動方向角及其所在的坐標系ΧοΥ，如圖1為系 統三自由度振動模型。激振中心在XoY直角坐標系中的位置為（L m, Lciy)，如圖1所示，KxU Κχ2為振動模型沿X方向的剛度系數，Kyl、Ky2為振動模型沿y方向的剛度系數，S點為偏 心激振在坐標系統的具體位置。
[0026] (2)建立目標點橢圓振動的沿x、y軸的運動分量方程
并定義 在坐標系XoY中的運動幅值A2，角頻率ω η ω2和運動相位φ η φ2;
[0027] 則其合成軌跡為：
[0029] 轉化成標準形式為：
[0031] (3)定義橢圓旋轉坐標系，橢圓長軸繞中心0沿逆時針旋轉γ角，并建立軌跡方 程，對于一個軌跡方程戈
長軸在X方向的橢圓，相對于中心〇逆時針旋轉γ角， 則對于橢圓上任意一點旋轉后在原坐標系中的軌跡表示為：
[0033] 轉化成標準形式為：
[0035] 推導出γ角計算公式
[0036] ①當 cos ( Φ f Φ 2)多 0 時
[0040] (4)基于互功率譜密度法測試出沿X、y振動分量的相位差Φ f Φ 2;
[0041] (5)測試出沿X、y方向的振動幅值Ap A2;
[0042] (6)基于測試出的數值ApA2，結合γ角公式求解出該測試點的振動方向角數值。
【主權項】
1. 一種振動源偏離質心的振動方向角的獲取方法，用于測算三自由度振動系統各點的 振動方向角，其特征在于，包括建立目標點的橢圓旋轉坐標系及依據該橢圓旋轉坐標系獲 取該測試點的振動方向角；其中 所述橢圓旋轉坐標系的建立包括： 基于實際偏心振動模型，建立振動方向角所在的坐標系ΧοΥ， 建立目標點橢圓振動的沿X、y軸的運動分量和運動軌跡， 依據運動分量和運動軌跡以〇為坐標系原點建立橢圓旋轉坐標系， 建立橢圓長軸繞原點〇沿逆時針旋轉角為振動方向角； 所述測試點的振動方向角的獲取方法包括： 基于互功率譜密度法測試出沿X、y振動分量的運動相位差， 測試出沿X、y方向的振動幅值， 基于測試出的運動相位差和振動幅值，結合旋轉角公式獲取該測試點的振動方向角數 值。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述振動方向角γ通過下式獲得其中，心、~分別為目標點在橢圓旋轉坐標系下沿x、y軸的振動幅值，ΦρΦ2分別為 目標點在橢圓旋轉坐標系下沿X、y軸的運動相位。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述目標點橢圓振動的沿X、y軸的運動其中，別為坐標系XcY下沿x、y軸的振動幅值，Φρ 分別為坐標系XcY下沿X、y軸的運動相位，ωι、ω2分別為坐標系XcY下沿X、y軸的角頻 率。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，基于目標點橢圓振動的沿X、y軸的運動
【專利摘要】一種振動源偏離質心的振動方向角的獲取方法，包括：基于實際偏心振動模型，建立振動方向角所在的坐標系XoY，建立目標點橢圓振動的沿x、y軸的運動分量和運動軌跡，依據運動分量和運動軌跡以o為坐標系原點建立橢圓旋轉坐標系，建立橢圓長軸繞原點o沿逆時針旋轉角為振動方向角；基于互功率譜密度法測試出沿x、y振動分量的運動相位差，測試出沿x、y方向的振動幅值，基于測試出的運動相位差和振動幅值，結合旋轉角公式獲取該測試點的振動方向角數值。
【IPC分類】G01H17/00
【公開號】CN105300512
【申請號】CN201510772053
【發明人】蔣小偉, 洪元, 居廣次, 胡曉磊, 李林, 梁樹林, 顧歡, 李陽, 廖良闖, 李萌萌, 李愛英
【申請人】中國船舶重工集團公司第七一六研究所, 江蘇杰瑞科技集團有限責任公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月12日