CN106441892B - 一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法 - Google Patents

一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法，目的在于解决目前尚无用于滚动轴承支撑转子系统的亚临界共振预测方法的问题。该滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法包括如下步骤：测定滚动轴承的BN值、确定敲击方案、获取固有频率、确定亚临界共振转速位置。本发明利用转子敲击获取系统固有频率，并利用安装轴承的几何参数获取BN值，依据轴承高频VC特征振动诱发系统强迫共振，在静态条件下，实现了系统动态特性的预测。本发明操作简单，方便快捷，测定结果准确、可靠，误差范围小，具有较强的可操作性和较高的应用价值，能够对滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置进行准确预测。

Description

一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法
技术领域
本发明涉及测定领域，尤其是旋转机械动力特性领域，具体为一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法。本发明的滚动轴承支撑转子系统的支撑件包括圆柱滚子轴承或深沟球轴承，采用本发明能够实现滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测，预测方法简单，准确率高，具有较好的应用价值。
背景技术
滚动轴承支撑转子系统长久以来一直作为各类旋转机械的核心部件，其广泛应用于国防、能源、工业等重要行业，具有重要的应用价值。圆柱滚子轴承和深沟球轴承，作为滚动轴承的常见类型，在旋转机械中普遍采用。对于滚动轴承与转子共同构成的转动部件，其动力学特性(包括频率特性和转速振幅特性等)一直为人们所关注。由于滚动轴承自身复杂多部件特性及其与弹性转子的耦合特性，滚动轴承支撑转子系统复杂多变的动力学规律，一直是学术界和工程界的研究热点。
在实际工程中，滚动轴承支撑的旋转机械系统的振动规律并非随着转速升高而单纯增大。在过临界以外的转速范围内，常常出现各类异常振动峰的现象。系统若长时间在异常振动峰处运行，可能出现发散共振，从而导致事故。实际工程中，多将此类现象归因于异常强迫共振，但其形成原因和预测方法，一直未有定论。
最新研究表明，与滑动轴承支撑转子系统不同，滚动轴承支撑转子系统在远低于系统一临界的低转速区域，可能受滚动轴承多部件动力特征导致的的高频VC特征(多个滚动体连续进出接触区域，从而导致远高于转子工频的振动特征)振动激发，提前出现强迫共振，形成系统亚临界共振现象。但能有效应用于工程现场的亚临界共振预测方法，则需要进一步给出。
为此，迫切需要一种新的测定方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对目前尚无用于滚动轴承支撑转子系统的亚临界共振预测方法的问题，提供一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法。本发明利用转子敲击获取系统固有频率，并利用安装轴承的几何参数获取BN值，依据轴承高频VC特征振动诱发系统强迫共振，在静态条件下，实现了系统动态特性的预测。本发明操作简单，方便快捷，测定结果准确、可靠，误差范围小，具有较强的可操作性和较高的应用价值，能够对滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置进行准确预测。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用轴承几何特征计算得到滚动轴承的BN值，利用敲击法获得滚动轴承的静态固有频率fc，然后采用如下nvc计算公式：计算滚动轴承支撑转子系统的亚临界共振转速位置nvc。
进一步，该方法包括如下步骤：
步骤一、测定滚动轴承的BN值
根据滚动轴承的几何参数，采用如下公式(1)计算滚动轴承的BN值：
式(1)中：rb表示轴承内滚道半径，Rb表示轴承外滚道半径，Nb表示滚动体个数；
步骤二、确定敲击方案
确定敲击方向，并选择空间较大的轴段作为敲击部位；加速度传感器的安装方向与敲击方向相同，加速度传感器的安装位置位于轴段上敲击部位的背面，并将加速度传感器与带自频谱功能模块的信号采集器相连；
步骤三、获取固有频率
根据步骤二中的敲击方案对选定的轴段进行敲击，通过信号采集器采集时域信号；检查信号时域信号，若时域信号呈正弦衰减规律，则表明敲击时未出现连击，信号可采纳；通过查看自频谱最大峰值位置，确定滚动轴承支撑转子系统的固有频率fc；
步骤四、确定亚临界共振转速位置
根据步骤一计算所得滚动轴承的BN值、步骤三得到的滚动轴承支撑转子系统的固有频率fc，利用如下公式(2)计算滚动轴承支撑转子系统的亚临界共振转速位置nvc，公式(2)如下：
步骤(2)中，针对水平安装的滚动轴承支撑转子系统，以重力方向作为敲击方向；针对竖直安装的滚动轴承支撑转子系统，以水平方向作为敲击方向。
所述步骤(2)中，对于小型的滚动轴承支撑转子系统，采用木柄敲击；对于较大的滚动轴承支撑转子系统，采用黄铜棒进行敲击。
还包括步骤五、开机验证：将滚动轴承支撑转子系统开机验证，并升速并至大于nvc的转速位置，监测转子敲击方向的振动信号和转速信号，观察振动规律变化状态，验证nvc预测准确性。
针对前述问题，本发明提供一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法。为了实现对系统亚临界共振转速的工程预测，本发明利用敲击测试法实现对安装完成的轴承转子系统固有频率fc的获取；并利用轴承自身的几何参数，计算轴承BN值；从而构成系统亚临界共振转速位置的计算条件，实现工程预测。本发明的预测方法简单、准确、可靠，能应用于一般滚动轴承支撑转子系统的工程实际应用，具有较高的应用价值。
本发明的预测方法，包括以下步骤。
步骤一、利用滚动轴承几何参数，计算轴承BN值。滚动轴承的BN值的计算公式(1)如下：
式(1)中：rb为轴承内滚道半径，Rb表示轴承外滚道半径，Nb表示滚动体个数。
一般轴承产品参数中，通常给出内圈内径和外圈外径，以便于安装选型，但并不直接给出内/外滚道的半径和滚动体数量。因此，滚动轴承BN值的计算，需要在轴承安装以前，对轴承内/外滚道半径进行测量，同时测定滚动体数量；或者向轴承厂家索取相关参数。本发明目前适用于滚子轴承和深沟球轴承，其原因在于，此二类轴承接触角为0，内/外滚道半径可以直接确定。
步骤二、确定敲击方案。
1)对于水平安装的滚动轴承支撑转子系统，水平振动会受滚道约束，而出现复杂晃动，因此，其敲击方向选择为其的重力方向。竖直安装时，敲击方向可任意选定。
2)敲击部位选择空间较大的轴段。
3)传感器选择加速度传感器。
4)加速度传感器的安装方向与敲击方向一致，其安装位置一般选择轴段敲击位置的背面。
5)将带自频谱功能模块的信号采集器与加速度传感器连接。
6)对于一般小型轴承转子系统，可采用木柄(如带木柄的螺丝刀)进行敲击；对于较大的轴承转子系统，可采用黄铜棒轻敲。
步骤三、固有频率获取。
1)获取前，先测试信号采集器与加速度传感器连接的有效性。
2)敲击转子相应部位，在信号采集器时域信号界面，检查信号时域信号，若呈正弦衰减规律，则明确敲击时没有出现连击，信号可采纳。
3)通过查看信号采集器所采集信号的自频谱最大峰值位置，确定滚动轴承支撑转子系统的固有频率fc，即系统一临界。
步骤四、亚临界共振转速位置确定。
利用步骤一得到的滚动轴承的BN值和系统固有频率fc，计算系统亚临界共振转速位置nvc，计算公式如式(2)所示：
一般轴承的BN值都大于5，因此，系统亚临界共振将在远低于一临界转速位置的低转速区域出现。但亚临界共振区别于一般意义上由工频振动引起的共振：一般意义上的系统过一临界，其激励为工频同频的不平衡力，是持续输入的主动激励；而亚临界共振，是由支撑轴承特征响应引起的，是被动激励。因此，亚临界共振的能量输入将远低于一般意义上过临界的能量输入，从而使得亚临界共振在工程中多表现为特定转速范围的振动增大，并不一定引起发散型共振。此外，亚临界共振诱发的是系统一阶弯曲振型，而转子轻微弯曲最直接的反应仍为工频响应增大。
为了验证本发明的预测结果，进行开机验证。开机升速并至大于nvc的转速位置，监测转子敲击方向的振动信号和转速信号，观察振动规律变化状态，验证nvc预测准确性。开机持续升速至大于nvc的转速位置，监测转子敲击方向的振动信号和转速信号，在nvc转速位置观察到振动峰现象，即验证nvc为系统亚临界共振区域，并建议避开此危险区域。
实测结果表明，本发明的预测结果与实际开机测试结果的误差范围在5％以内，具有较高的预测精度。
本发明为滚动轴承支撑转子系统的动力学设计提供了一种可行的实验手段，并为工程实际中的亚临界共振识别，提供了一种简单有效的测试方法。本发明能作为滚动轴承支撑转子系统动力学设计的理论验证方法、工程实际中安全转速范围确定以及亚临界异常振动峰诱发原因判别，实施过程简单、准确、可靠。
在实现功能的同时，本发明具有如下有益效果：
第一，本发明能在静态条件下，预测系统动态特性；
第二，本发明采用一般加速度传感器和信号采集器，采用一般木柄螺丝刀或者铜棒敲击，对设备并无特殊要求，设备简单，预测成本低；
第三，本发明是滚动轴承支撑转子系统动力学设计的理论检验方法，具有较高的应用价值；
第四，本发明操作简单，测定误差范围小，准确可靠，具有较高的应用价值；
第五，本发明具有较强的可操作性，能实际应用于实验室和工程实际，应用前景好。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为实际工程中，滚动轴承支撑转子系统升速过程出现异常振动信号示意图。
图2为轴承转子系统固有频率测试安装示意图，包括加速度安装位置，敲击位置及方向，以及信号采集器。
图3为敲击法测试时的敲击信号时域结果。
图4为敲击法测试时的敲击信号的自频谱结果。
图5为系统3450rpm时的振动信号图。
图6为系统3600rpm时的振动信号图。
图7为系统3750rpm时的振动信号图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本实施例采用170MD12Y16电主轴系统进行测定，测定方法如下。
步骤一、利用轴承几何参数，计算轴承BN值。
轴承BN值的计算公式如下：
其中，rb为轴承内滚道半径，Rb表示轴承外滚道半径，Nb表示滚动体个数。轴承的内滚道半径为25.24mm，轴承外滚道半径为34.76mm，滚动体个数为15个，因此，轴承BN值为6.31。
步骤二、确定敲击方案。
如图2所示，选定竖直方向为敲击方向；敲击转子外伸端裸露部分；在敲击位置下方安装加速度传感器；采用CoCo80(动态信号分析仪和数据记录仪，美国SrystalInstruments)进行数据采集和分析，选用自频谱分析模块；采用带木柄的螺丝刀作为敲击物。
步骤三、固有频率获取。
采用螺丝刀的木柄端，敲击转轴相应部位，时域中查看加速度传感器时域信号，如图3、图4所示。其中，图3为敲击法测试时的敲击信号时域结果，图4为敲击法测试时的敲击信号的自频谱结果。
此时，信号呈正弦衰减规律，表明没有连击，信号可以采纳。在自频谱模块中查看加速度信号自频谱结果，如图4所示，其最大峰值出现在361Hz位置，表明系统固有频率fc为361Hz。
步骤四、亚临界共振转速位置确定。
利用计算得到的轴承BN值和测试所得的系统固有频率信息fc，计算系统亚临界共振转速位置nvc，计算公式如下：
结果表明，系统亚临界转速位置为3432rpm，即系统在3432rpm转速附近将会出现明显的振动增大现象。
步骤五、开机测试验证。
启动电机，测试转子竖直振动信号，如图5、图6、图7所示。
结果中，系统3450rpm时的振动幅值为9.9um，在3600rpm时的振动幅值为16.9um，在3750rpm时的振动幅值为10.4um。因此，静态条件下预测的3600rpm转速位置出现亚临界共振导致振动增大的结果，与实际开机测试的动态响应结果一致，误差范围在5％以内。
实例结果表明，本发明提出的滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置静态预测方法准确、简单、可靠。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (3)

1.一种滚动轴承支撑转子系统亚临界共振转速位置的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
利用轴承几何特征计算得到滚动轴承的BN值，利用敲击法获得滚动轴承支撑转子系统的固有频率fc，然后采用如下nvc计算公式：计算滚动轴承支撑转子系统的亚临界共振转速位置nvc。
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、测定滚动轴承的BN值
根据滚动轴承的几何参数，采用如下公式(1)计算滚动轴承的BN值：
式(1)中：rb表示轴承内滚道半径，Rb表示轴承外滚道半径，Nb表示滚动体个数；
步骤二、确定敲击方案
确定敲击方向，并选择空间较大的轴段作为敲击部位；加速度传感器的安装方向与敲击方向相同，加速度传感器的安装位置位于轴段上敲击部位的背面，并将加速度传感器与带自频谱功能模块的信号采集器相连；
步骤三、获取固有频率
根据步骤二中的敲击方案对选定的轴段进行敲击，通过信号采集器采集时域信号；检查信号时域信号，若时域信号呈正弦衰减规律，则表明敲击时未出现连击，信号可采纳；通过查看自频谱最大峰值位置，确定滚动轴承支撑转子系统的固有频率fc；
步骤四、确定亚临界共振转速位置
根据步骤一计算所得滚动轴承的BN值、步骤三得到的滚动轴承支撑转子系统的固有频率fc，利用如下公式(2)计算滚动轴承支撑转子系统的亚临界共振转速位置nvc，公式(2)如下：
步骤二中，针对水平安装的滚动轴承支撑转子系统，以重力方向作为敲击方向；针对竖直安装的滚动轴承支撑转子系统，以水平方向作为敲击方向。
3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，还包括步骤五、开机验证：将滚动轴承支撑转子系统开机验证，并升速至大于nvc的转速位置，监测转子敲击方向的振动信号和转速信号，观察振动规律变化状态，验证nvc预测准确性。
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CN1521494A (zh) * 2003-01-27 2004-08-18 上海日立电器有限公司 空调压缩机电机转子弹性模量的测试方法
JP4117500B2 (ja) * 2003-07-29 2008-07-16 日本精工株式会社 異常診断装置及びこれを有する転がり軸受装置並びに異常診断方法
CN105938468A (zh) * 2016-06-07 2016-09-14 北京交通大学 一种滚动轴承的故障诊断方法

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