CN106289645A - 基于稳态激励法的转子动平衡测定方法与装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种基于稳态激励法的测定转子动平衡的方法与装置。方法包括：对于各个校正面，在不开机状态下，同时沿所述转子的各校正面的第一法向和第二法向，使用激振器用相同的频率和大小，分别按正弦激励和余弦进行激励，并获取所述各校正面的振动矢量；根据激励力大小和转子半径，计算得到固定频率对应转速的影响系数。在开机升至设定转速状态下，测量所述各校正面的原始振动矢量。采用影响系数法建立方程，解出方程后，获取所述各校正面的配重大小及相位。本公开提供的方法可以降低转子动平衡的测定成本。

Description

基于稳态激励法的转子动平衡测定方法与装置

技术领域

本公开涉及测量测试技术领域，具体而言，涉及一种基于稳态激励法的测定转子动平衡的方法与装置。

背景技术

在旋转机械的运行过程中，如果转子质量不均匀，在运行过程中就会产生离心力，并引起转子振动，降低转子寿命。为了延长转子的使用寿命，通常可以在转子平面外圈的预设位置添加一特定质量的配重块，将这部分离心力完全抵消，此即动平衡过程。对于多面转子，每一面的不平衡均会对多个面的振动产生影响，因此需要在转子的多个面添加大小和位置合适的配重块进行动平衡。现实生活中汽车轮胎的动平衡即为典型的单面动平衡过程。

目前通常使用的转子动平衡方法通常为影响系数法，即通过分别对每一面添加配重块并开机测量本次添加配重块后的振动矢量来测得影响系数，从而计算出各个面的配重位置以及质量。当转子具有n个面时，通常需要开机测试n+1次。

对于一些大型机械，非生产性开机一次，就将产生十几万甚至几十万的成本，因此在动平衡过程中，如能减少开机次数，将会产生巨大的经济效益。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于稳态激励法的转子动平衡测定方法与装置，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于稳态激励法的转子动平衡测定方法，包括：在不开机状态下，同时沿所述转子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激励，用相同的频率和大小，分别按正弦激励和余弦进行激励，并获取所述各校正面的振动矢量；在开机升至设定转速状态下，测量所述各校正面的原始振动矢量；根据所述振动矢量以及所述原始振动矢量，采用影响系数法建立方程，解出方程后，获取所述各校正面的配重大小及相位。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一法向与所述第二法向均为转子径向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。

在本公开的一种示例性实施例中，当所述激振器沿所述第一法向激励时，激振器输出余弦波；当所述激振器沿所述第二法向激励转子边沿时，激振器输出正弦波。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激振器输出的波形频率等于所述设定转速对应的频率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述振动矢量以及所述原始振动矢量，采用影响系数法，获取各校正面的配重大小及相位包括：

根据所述振动矢量获得所述转子在所述设定转速下的影响系数，所述影响系数通过以下公式求得：

K＝V/m＝Vrω²/F

其中K为影响系数，ω为所述设定转速对应的角频率，V为测得的振动矢量，r为相应配重的加重半径，F为激励力的大小。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：

在各校正面上的加重半径处分别加一相应配重，开机升至所述设定转速测得相应的平衡振动矢量。

根据本公开的第二方面，提供一种基于稳态激励法的转子动平衡测定装置，包括：激励测量模块，用于在不开机状态下，同时沿所述转子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激励，用相同的频率和大小，分别按正弦激励和余弦进行激励，并获取所述各校正面的振动矢量；原始测量模块，用于在开机升至设定转速状态下，测量所述各校正面的原始振动矢量；配重计算模块，用于根据所述振动矢量以及所述原始振动矢量，采用影响系数法建立方程，解出方程后，获取所述各校正面的配重大小及相位。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一法向与所述第二法向均为转子径向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。

在本公开的一种示例性实施例中，当所述激振器沿所述第一法向激励转子边沿时，激振器输出余弦波；当所述激振器沿所述第二法向激励转子边沿时，激振器输出正弦波。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激振器输出的波形频率等于所述设定转速对应的频率。

在本公开的一种示例性实施例中，所述配重计算模块还用于根据所述振动矢量获得所述转子在所述设定转速下的影响系数，所述影响系数通过以下公式求得：

K＝V/m＝Vrω²/F

其中K为影响系数，ω为所述设定转速对应的角频率，V为测得的振动矢量，r为相应配重的加重半径，F为激励力的大小。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：

开机验证模块，用于在各校正面上的加重半径处分别加一相应配重，开机升至所述设定转速测得相应的平衡振动矢量。

本公开提供的基于稳态激励法的转子动平衡测定方法通过用激振器同时沿转子校正面径向的两个相互垂直的角度对转子校正面进行稳态激励，从而计算得到影响系数，得出转子校正面的配重质量以及相位，使得用影响系数法进行动平衡测定的开机次数减少至一次，极大降低了动平衡测定过程的成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中一种转子动平衡测定方法的流程图。

图2示意性示出本公开示例性实施例中一种转子动平衡测定装置的方框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

下面参考附图对本公开示例实施例进行详细说明。

图1是本公开示例实施例中转子动平衡测量方法的流程图。

参考图1，方法100可以包括：

步骤S1，在不开机状态下，同时沿转子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激励，获取各校正面的振动矢量。

本公开所涉及的转子可以为具有多个转动面的转子。当转子转动面具有不平衡质量时，需要加配重进行校正时，可以称该平面为校正面。转子的不平衡质量可以视为在平衡转子平面的一个特定位置放置的一个具有特定质量的质量块。因此，可以通过在转子平面某一合适位置添加配重块的方式平衡该不平衡质量。

转子的校正面的形状例如可以为一圆盘。在本公开的示例性实施方式中，上述的第一法向与第二法向均为转子径向方向，其中第一法向垂直于第二发向。激振器沿转子的一个校正面对转子进行激励时，可以使激振器的柔性顶杆沿法线方向接触圆盘外沿的一点，该点可以被称作第一点。可以将该第一点对圆盘圆心的径向角度设置为0°。接下来，在与该径向角度相隔90°的圆盘外沿的一第二点，使用激振器的柔性顶杆与该点进行接触，从而可以使激振器同时从两点相隔90°激励该校正面。在上述过程中，可以设定同旋转方向或反旋转方向的角度为正方向，方向不同，影响系数方程也不同，但是最后得到的配重位置在物理上是相同的。

当激振器沿第一法向激励时，激振器输出余弦波；当激振器沿第二法向激励沿时，激振器输出正弦波。正弦波和余弦波的幅值应当相等，例如为可以为F，则F可以视为对转子施加的力，它引起的作用与质量为m＝F/rω²的配重块接近相同，其中r为配重块到轴心的距离，ω为转速对应的角频率，ω＝2πf，f为转速对应的频率，即一秒转多少转。因此可以通过正弦波和余弦波的叠加模拟配重块对该校正面的力作用。

为了测定该校正面在设定转速下的配重，可以使激振器输出的波形频率等于设定转速对应的频率。转速单位通常为x转/分钟，将此转速转化为x转/秒，即可得到转速对应的频率，因此只要将常规的转速除以60即可。例如设定转速为3000转/分钟，则其对应的频率为3000/60＝50Hz。使激振器输出的正弦波和余弦波的频率都等于50Hz，则可模拟在转速为3000转/分钟时，质量为m＝F/rω²的配重块对校正面的作用。

通过在转子基座或其他不影响转子工作的机壳位置设置响应传感器，可以测得本次激励时转子各平衡面的振动矢量V。

传统的为转子n个面做动平衡的过程为在每个校正面的相应位置放置一个加速度传感器，再接一个测量键相信号的转速传感器，所有n+1路信号在试验过程中用动态信号采集仪进行采集，然后对照转速通道得到各个面响应被测点在对应转速频率时的振动幅值和相位。测量过程都是在开机运行的情况下进行的，n个面的动平衡过程最少需要开机n+2次：分别是没有试重时测量一次，单面分别加试重时测量n次，配重计算完成后，加配重验证测量一次。

下面对影响系数法测量动平衡的的原理做详细介绍。

做n个面的现场动平衡，通常需要n+1个通道，第1通道为相位基准通道，其余n个通道用来测量n个平面的振动。

共需进行n+1次测量，每次测量必须在同一转速下进行，第一次各面都不加配重，测出各个平面的振动矢量为V₁₀、V₂₀、V₃₀、……V_n0。

第二次，在第1面加试重Q₁(矢量)，测得各个平面的振动矢量为V₁₁、V₂₁、V₃₁、……V_n1。

第三次，卸掉以前所加试重，在第2个面加试重Q₂(矢量)，测得各个平面的振动矢量为V₁₂、V₂₂、V₃₂、……V_n2。

…………

第n+1次，卸掉以前所加试重，在第n个面加试重Q_n(矢量)，测得各个平面的振动矢量为V_1n、V_2n、V_3n、……V_nn。

每个面的修正质量P₁、P₂、…P_n(矢量)，可以由下面复数方程组求解：

$\begin{array}{c}\frac{V_{11}-V_{10}}{Q_1}{P}_1+\frac{V_{12}-V_{10}}{Q_2}{P}_2+...+\frac{V_{1n}-V_{10}}{Q_n}{p}_n=-V_{10}\\ \frac{V_{21}-V_{20}}{Q_1}{P}_1+\frac{V_{22}-V_{20}}{Q_2}{P}_2+...+\frac{V_{2n}-V_{20}}{Q_n}{p}_n=-V_{20}\\ \mathrm{............}\\ \frac{V_{n1}-V_{n0}}{Q_1}{P}_1+\frac{V_{n2}-V_{n0}}{Q_2}{P}_2+...+\frac{V_{nn}-V_{n0}}{Q_n}{p}_n=-V_{n0}\end{array}$

方程中左边每个配重对应的矢量即为影响系数。式中各量都为矢量。相位角以和转子转动方向相同的为正。

因此，测得振动矢量后，还需要测量转子在不加配重的情况下的不平衡状态下的原始振动矢量。

步骤S2，在开机升至设定转速状态下，测量各校正面的原始振动矢量。

测量原始振动矢量的仪器和测量上述振动矢量的仪器相同，只是在此步骤中，不需用激振器对转子施加激励。

步骤S3，根据振动矢量以及原始振动矢量，采用影响系数法获取各校正面的配重大小及相位。

在本公开的示例性实施方式中，根据振动矢量以及原始振动矢量，采用影响系数法获取各校正面的配重大小及相位包括：根据振动矢量获得转子在设定转速下的影响系数，影响系数通过以下公式求得

K＝V/m＝Vrω²/F

其中K为影响系数，ω为设定转速对应的角频率，V为测得的振动矢量，r为相应配重的加重半径，F为激励力的大小。

根据上述影响系数，可以对应上述影响系数法原理，求解方程得到各校正面应该施加的配重大小以及位置。

在计算出配重后，还可以包括验证过程，具体可以通过在各校正面上的加重半径处对应的相位角，分别加一相应配重，开机升至所述设定转速测得相应的平衡振动矢量。

对应于上述方法实施例，本公开还提供了一种可以用来实施上述方法实施例的基于稳态激励法的转子动平衡测定装置。

图2是本公开的转子动平衡测定装置的方框图。

参考图2，装置200可以包括：

激励测量模块202可以用于在不开机状态下，同时沿所述转子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激励，用相同的频率和大小，分别按正弦激励和余弦进行激励，并获取所述各校正面的振动矢量。激励测量模块202的具体实施方式可以由激振器、功率放大器、动态信号采集仪等仪器组成。

与上述方法实施例相同，所述第一法向与所述第二法向均为转子径向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。

当所述激振器沿所述第一法向激励转子边沿时，激振器可以输出余弦波；当所述激振器沿所述第二法向激励转子边沿时，激振器可以输出正弦波。所述激振器输出的波形频率可以等于所述设定转速对应的频率。

原始测量模块204可以用于在开机升至设定转速状态下，测量所述各校正面的原始振动矢量。原始测量模块204的具体实施方式可以由动态信号采集仪等构成。

配重计算模块206可以用于根据所述振动矢量以及所述原始振动矢量，采用影响系数法建立方程，解出方程后，获取所述各校正面的配重大小及相位。配重计算模块206可以通过计算机或人工计算得以实现。

在本公开的一种示例性实施例中，所述配重计算模块还可以用于根据所述振动矢量获得所述转子在所述设定转速下的影响系数，所述影响系数通过以下公式求得：

K＝V/m＝Vrω²/F

其中K为影响系数，ω为所述设定转速对应的角频率，V为测得的振动矢量，r为相应配重的加重半径，F为激励力的大小。

根据一些实施例，计算得出转子各校正面的配重后，还可以进行开机验证，因此上述装置还可以包括开机验证模块208，用于在各校正面上的加重半径处对应的相位分别加一相应配重，开机升至所述设定转速测得相应的平衡振动矢量。

本公开提供的基于稳态激励法的转子动平衡测定方法通过用激振器沿转子校正面径向的两个相互垂直的角度对转子校正面进行稳态激励，从而计算得到影响系数，得出转子校正面的配重质量以及相位，使得用影响系数法进行动平衡测定的开机次数减少至一次，极大降低了动平衡测定过程的成本。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种基于稳态激励法的转子动平衡测定方法，其特征在于，包括：

在不开机状态下，同时沿所述转子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激励，用相同的频率和大小，分别按正弦激励和余弦进行激励，并获取所述各校正面的振动矢量；

在开机升至设定转速状态下，测量所述各校正面的原始振动矢量；

采用影响系数法建立方程，解出方程后，获取所述各校正面的配重大小及相位。

2.根据权利要求1所述的转子动平衡测定方法，其特征在于，所述第一法向与所述第二法向均为转子径向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。

3.根据权利要求1所述的转子动平衡测定方法，其特征在于，当所述激振器沿所述第一法向激励时，所述激振器输出余弦波；当所述激振器沿所述第二法向激励时，所述激振器输出正弦波。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的转子动平衡测定方法，其特征在于，所述激振器输出的波形频率等于所述设定转速对应的频率。

5.根据权利要求1所述的转子动平衡测定方法，其特征在于，所述根据所述振动矢量以及所述原始振动矢量，采用影响系数法获取各校正面的配重大小及相位包括：

根据所述振动矢量获得所述转子在所述设定转速下的影响系数，所述影响系数通过以下公式求得：

K＝V/m＝Vrω²/F

其中K为影响系数，ω为所述设定转速对应的角频率，V为测得的所述振动矢量，r为相应配重的加重半径，F为激励力大小。

6.一种基于稳态激励法的转子动平衡测定装置，其特征在于，包括：

激励测量模块，用于在不开机状态下，同时沿所述转子的各校正面的第一法向和第二法向使用激振器激励，用相同的频率和大小，分别按正弦激励和余弦进行激励，并获取所述各校正面的振动矢量；

原始测量模块，用于在开机升至设定转速状态下，测量所述各校正面的原始振动矢量；

配重计算模块，用于采用影响系数法建立方程，解出方程后，获取所述各校正面的配重大小及相位。

7.根据权利要求7所述的转子动平衡测定装置，其特征在于，所述第一法向与所述第二法向均为转子径向方向，其中所述第一法向垂直于所述第二法向。

8.根据权利要求7所述的转子动平衡测定装置，其特征在于，当所述激振器沿所述第一法向激励时，激振器输出余弦波；当所述激振器沿所述第二法向激励时，激振器输出正弦波。

9.根据权利要求7至9任意一项所述的转子动平衡测定装置，其特征在于，所述激振器输出的波形频率等于所述设定转速对应的频率。

10.根据权利要求7所述的转子动平衡测定装置，其特征在于，所述配重计算模块还用于根据所述振动矢量获得所述转子在所述设定转速下的影响系数，所述影响系数通过以下公式求得：

K＝V/m＝Vrω²/F

其中K为影响系数，ω为所述设定转速对应的角频率，V为测得的所述振动矢量，r为相应配重的加重半径，F为激励力的大小。