CN105486223A - 混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，包括步骤：对混合式磁悬浮轴承进行五自由度悬浮；计算在预设时间内混合式磁悬浮轴承的每个径向自由度的悬浮电流平均值I_k1、I_k2、I_k3、I_k4；根据ΔI₁＝︱I_k1-I︱、ΔI₂＝︱I_k2-I︱、ΔI₃＝︱I_k3-I︱、ΔI₄＝︱I_k4-I︱计算ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄；若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄均小于预设值，则同轴度合格，若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄中任意一个不小于预设值，则同轴度不合格。上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，实现了对混合式磁悬浮轴承的同轴度的检测，保证了混合式磁悬浮轴承的装配质量，提高了混合式轴承的可靠性。

Description

混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法

技术领域

本发明涉及混合式磁悬浮轴承检测技术领域，更具体地说，涉及一种混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法。

背景技术

磁悬浮轴承由其能耗低、噪音小、寿命长等优点被广泛应用。磁悬浮轴承按磁场力是否可以人为控制分为：主动式磁悬浮轴承、被动式磁悬浮轴承和混合式磁悬浮轴承。其中，混合式磁悬浮轴承包括：前轴承、后轴承和轴向轴承，混合式磁悬浮轴承采用永磁材料替代主动式磁悬浮当中的偏置电流，大大降低了轴承控制器的功率损耗。由于永磁材料提供的偏置是连续的，一旦前轴承和后轴承的同轴度不良，就会导致检测的参考位置偏离磁中心较远，各个自由度上提供的连续的偏置磁场使整个系统更容易失稳，旋转时可能发生严重的碰撞并损坏轴承，从而导致整个系统的崩溃。

目前，前轴承和后轴承的同轴度是通过加工精度以及工艺进行保证，但并无检测方法来对装配后的前轴承和后轴承的同轴度进行检测，导致混合式轴承的装配质量无法保证，使得混合式轴承的可靠性较低。

综上所述，如何检测混合式磁悬浮轴承的同轴度，以保证混合式磁悬浮轴承的装配质量，提高混合式轴承的可靠性，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，检测混合式磁悬浮轴承的同轴度，以保证混合式磁悬浮轴承的装配质量，提高混合式轴承的可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，包括步骤：

1)对混合式磁悬浮轴承进行五自由度悬浮；

2)计算在预设时间内所述混合式磁悬浮轴承的每个径向自由度的悬浮电流平均值I_k1、I_k2、I_k3、I_k4；

3)根据ΔI₁＝︱I_k1-I︱、ΔI₂＝︱I_k2-I︱、ΔI₃＝︱I_k3-I︱、ΔI₄＝︱I_k4-I︱计算ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄，其中，I为标准悬浮电流；

4)若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄均小于预设值，则同轴度合格，若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄中任意一个大于或者等于预设值，则同轴度不合格。

优选地，在所述步骤4)之后还包括步骤5)：若同轴度不合格，调整所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置，并返回步骤2)，直至同轴度合格。

优选地，所述步骤5)还包括：

在调整所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置前，建立直角坐标系，检测混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点的坐标(X_O，Y_O)；在调整过程中，检测所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置A点的坐标(X_A，Y_A)；计算所述混合式磁悬浮轴承的不良度m和偏移角度θ；

其中，所述不良度m为L与混合式磁悬浮轴承半径的比值，L为线段OA的长度，所述偏移角度θ为以X轴正方向为起点逆时针旋转到所述线段OA所需要的角度。

优选地，根据计算所述不良度m，其中，r为所述混合式磁悬浮轴承半径。

优选地，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arcsin \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arccos \right(\frac{X_A-X_O}{L}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

优选地，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arcsin \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arctan \right(\frac{Y_A-Y_O}{X_A-X_O}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

优选地，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arccos \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arctan \right(\frac{Y_A-Y_O}{X_A-X_O}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

优选地，通过位移传感器检测所述混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点的坐标和所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置A点的坐标。

本发明提供的混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，通过对混合式磁悬浮轴承进行五自由度悬浮，获得每个径向自由度在预设时间内的悬浮电流平均值，然后获得悬浮电流平均值与标准悬浮电流差值的绝对值，根据绝对值与预设值的大小关系，判断该混合式磁悬浮轴承的同轴度是否合格。因此，上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，实现了对混合式磁悬浮轴承的同轴度的检测，从而保证了混合式磁悬浮轴承的装配质量，提高了混合式轴承的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为混合式磁悬浮轴承的同轴度不合格的示意图；

图2为混合式磁悬浮轴承的同轴度不合格时静态悬浮电流示意图；

图3为本发明实施例提供的混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法的示意图；

图4为本发明实施例提供的混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，具体包括步骤：

S01)五自由度悬浮：

对装配后的混合式磁悬浮轴承进行五自由度悬浮。需要说明的是，混合式磁悬浮轴承具有五个自由度，具体地，前轴承转化为二维平面，就有直角坐标系的存在，也就是存在两个自由度，记为FX、FY，同理，后轴承也存在两个自由度，记为RX、RY，轴向轴承由于只能沿轴向运动，因此可转化为一维坐标，为一个自由度，记为AZ，因此混合式磁悬浮轴承具有5个自由度。其中，自由度FX、FY、RX、RY均为径向自由度，自由度AZ为轴向自由度。

进行五自由度悬浮，具体为：将混合式磁悬浮轴承的轴控制到五个自由度的中心位置，则实现了五自由度悬浮。混合式磁悬浮轴承的轴的位置，可通过位移传感器实时检测混合式磁悬浮轴承的轴，位移传感器发出的位移信号反映出轴的位置；当然，也可通过其他方式获得混合式磁悬浮轴承的轴的位置，并不局限于位移传感器。

S02)计算在预设时间内混合式磁悬浮轴承的每个径向自由度的悬浮电流平均值：

为了检测混合式磁悬浮轴承的前轴承和后轴承的同轴度，需要计算在预设时间内径向自由度的悬浮电流平均值。混合式磁悬浮轴承具有四个径向自由度，则具有四个悬浮电流平均值，分别为I_k1、I_k2、I_k3、I_k4。

图2中，用虚线表示的圆圈是理论位置，用实线表示的圆圈是实际位置。I_k1为混合式磁悬浮轴承的一个径向自由度的悬浮电流，I_k2为混合式磁悬浮轴承的另一个径向自由度的悬浮电流。

在预设时间内径向自由度的悬浮电流平均值的计算方法为：在预设时间内，采集到n个电流，这n个电流的平均值即为悬浮电流平均值。对于预设时间的具体值，根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做限定。

S03)计算悬浮电流平均值与标准悬浮电流的差值的绝对值：

具体地，根据ΔI₁＝︱I_k1-I︱、ΔI₂＝︱I_k2-I︱、ΔI₃＝︱I_k3-I︱、ΔI₄＝︱I_k4-I︱计算ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄，其中，I为标准悬浮电流，ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄分别为四个绝对值。

S4)判断是否每个绝对值均小于预设值，若是，则同轴度合格，若否，则同轴度不合格：

具体地，若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄均小于预设值，则同轴度合格，若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄中任意一个大于或者等于预设值，则同轴度不合格。对于预设值的大小，根据实际需要进行设定，本发明实施例对此不做限定。如图1所示，表示同轴度不合格的情况。图1中，用虚线表示的圆圈是理论位置，用实线表示的圆圈是实际位置。

本发明实施例提供的混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，通过对混合式磁悬浮轴承进行五自由度悬浮，获得每个径向自由度在预设时间内的悬浮电流平均值，然后获得悬浮电流平均值与标准悬浮电流差值的绝对值，根据绝对值与预设值的大小关系，判断该混合式磁悬浮轴承的同轴度是否合格。因此，上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，实现了对混合式磁悬浮轴承的同轴度的检测，避免了由于同轴度不合格而导致的悬浮异常，从而保证了混合式磁悬浮轴承的装配质量，提高了混合式轴承的可靠性。

为了降低生产成本，需要将同轴度不合格的混合式磁悬浮轴承进行调整，使其合格。具体地，上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，在步骤S04之后还包括步骤S05：若同轴度不合格，调整混合式磁悬浮轴承的悬浮位置，并返回步骤S02，直至同轴度合格。

为了便于将同轴度调至合格，上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法中，步骤S05还包括：

在调整混合式磁悬浮轴承的悬浮位置前，建立直角坐标系，检测混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点的坐标(X_O，Y_O)；在调整过程中检测混合式磁悬浮轴承的悬浮位置A点的坐标(X_A，Y_A)；计算混合式磁悬浮轴承的不良度m和偏移角度θ。

需要说明的是，不良度m为L与混合式磁悬浮轴承半径的比值，L为线段OA的长度，偏移角度θ为以X轴正方向为起点逆时针旋转到线段OA所需要的角度，如图3所示。

上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法中，获得混合式磁悬浮轴承在任意位置的不良度m和偏移角度θ，给出了不良程度，指导了改进方向，提高了装配效率和调整效率。例如，在前轴承的二维坐标系中，若向x轴正方向调整，不良度增加，那么下一步就向x反方向调整，直到同轴度不良度合格为止。

同时，上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，实现了自动检测和自动调整，排除了人为干预的因素，提高了检测精度和调整精度。

为了便于计算，建立直角坐标系具体为：以混合式磁悬浮轴承的圆心为原点，以混合式磁悬浮轴承的半径所在的一个直线为X轴，以混合式磁悬浮轴承的半径所在的另一个直线为Y轴，这样，混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点即为原点。当然，也可在该平面内以其他的直线和点建立坐标系，并不局限于上述方法。

上述混合式磁悬浮轴承的不良度m的计算公式存在多个，为了简化计算，根据计算所述不良度m，其中，r为混合式磁悬浮轴承半径。

上述混合式磁悬浮轴承的偏移角度θ的计算公式存在多个，例如，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arcsin \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arccos \right(\frac{X_A-X_O}{L}\left)\right)$ 计算偏移角度θ，或者根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arcsin \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arccos \right(\frac{Y_A-Y_O}{X_A-X_O}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ，或者根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arccos \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arctan \right(\frac{Y_A-Y_O}{X_A-X_O}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

需要说明的是，“∩”是取交集的意思，通过取交集的方式，实现任意位置的偏移角度θ为一个确定的值。

优选地，上述混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法中，通过位移传感器检测混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点的坐标和混合式磁悬浮轴承的悬浮位置A点的坐标。当然，也可通过其他方式获得坐标，并不局限于上述实施例。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种混合式磁悬浮轴承的同轴度检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)对混合式磁悬浮轴承进行五自由度悬浮；

2)计算在预设时间内所述混合式磁悬浮轴承的每个径向自由度的悬浮电流平均值I_k1、I_k2、I_k3、I_k4；

3)根据ΔI₁＝︱I_k1-I︱、ΔI₂＝︱I_k2-I︱、ΔI₃＝︱I_k3-I︱、ΔI₄＝︱I_k4-I︱计算ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄，其中，I为标准悬浮电流；

4)若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄均小于预设值，则同轴度合格，若ΔI₁、ΔI₂、ΔI₃、ΔI₄中任意一个大于或者等于预设值，则同轴度不合格。

2.根据权利要求1所述的同轴度检测方法，其特征在于，在所述步骤4)之后还包括步骤5)：若同轴度不合格，调整所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置，并返回步骤2)，直至同轴度合格。

3.根据权利要求2所述的同轴度检测方法，其特征在于，所述步骤5)还包括：

在调整所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置前，建立直角坐标系，检测混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点的坐标(X_O，Y_O)；在调整过程中，检测所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置A点的坐标(X_A，Y_A)；计算所述混合式磁悬浮轴承的不良度m和偏移角度θ；

其中，所述不良度m为L与混合式磁悬浮轴承半径的比值，L为线段OA的长度，所述偏移角度θ为以X轴正方向为起点逆时针旋转到所述线段OA所需要的角度。

4.根据权利要求3所述的同轴度检测方法，其特征在于，根据计算所述不良度m，其中，r为所述混合式磁悬浮轴承半径。

5.根据权利要求3所述的同轴度检测方法，其特征在于，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arcsin \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arccos \right(\frac{X_A-X_O}{L}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

6.根据权利要求3所述的同轴度检测方法，其特征在于，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arcsin \right(\frac{Y_A-Y_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arccos \right(\frac{Y_A-Y_O}{X_A-X_O}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

7.根据权利要求3所述的同轴度检测方法，其特征在于，根据 $\mathrm{\θ}=\left(\arccos \right(\frac{X_A-X_O}{L}\left)\right)\∩\left(\arccos \right(\frac{Y_A-Y_O}{X_A-X_O}\left)\right)$ 计算所述偏移角度θ。

8.根据权利要求3所述的同轴度检测方法，其特征在于，通过位移传感器检测所述混合式磁悬浮轴承的原始悬浮位置O点的坐标和所述混合式磁悬浮轴承的悬浮位置A点的坐标。