CN114199547B - 针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对转子‑轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，涉及旋转机械参数慢变影响试验方法，包括安装在转子‑轴承试验台上的转盘、安装在转盘上的夹具、以及活动连接于夹具上的偏心质量螺钉，所述转盘带动夹具转动，偏心质量螺钉在夹具上的位置发生改变，从而形成激励幅值慢变。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机械参数慢变影响试验方法，具体涉及一种针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具。
背景技术
在旋转机械中，随着转子系统的设计朝着大型、高速及柔性化的趋势发展，引发转子系统偏离正常工况从而出现各类问题的可能性增加，在这些问题中必须要考虑的一类是转子系统相关参数的慢变过程对系统的影响，例如激励频率发生慢变。
激励幅值慢变如某些旋转机械转盘内的偏心质量在工作过程中其位置发生改变，造成偏心距时刻发生变化，因而引起转子系统激励幅值的慢变，并对正常工况的稳定性产生一定的影响，由于缺少试验设备支持，国内外学者在这一领域问题的研究目前只处在理论研究阶段，在现有技术中，只能通过计算机仿真完成含激励幅值慢变转子-轴承系统的动态特性研究，但无法无法开展试验验证其理论结果的正确性。
发明内容
为了克服现有技术中激励幅值慢变对转子系统稳定性的影响无法通过试验验证理论结果的缺陷，本发明提供一种针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，可为研究含激励幅值慢变转子-轴承系统的动态特性的试验提供有效的试验装置，验证计算机仿真结果的正确性。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，包括安装在转子-轴承试验台上的转盘、安装在转盘上的夹具、以及活动连接于夹具上的偏心质量螺钉，所述转盘带动夹具转动，偏心质量螺钉在夹具上的位置发生改变，从而形成激励幅值慢变。
作为本发明的进一步实施方案，转盘中部开设有转动孔，用以与转子-轴承试验台配合安装，转盘圆周处均布有多个安装孔，用以与夹具配合安装。
作为本发明的进一步实施方案，夹具中部开设有长条状的通孔，上述通孔两端处分别通过一内六角螺钉与对应的安装孔连接，并分别通过螺母a紧固，夹具与转盘之间具有间隔，用以为偏心质量螺钉提供活动空间。
作为本发明的进一步实施方案，夹具通孔与内六角螺钉连接处设有垫片a。
作为本发明的进一步实施方案，偏心质量螺钉通过螺母b连接于夹具的通孔处，且偏心质量螺钉可沿所述通孔滑动。
作为本发明的进一步实施方案，夹具通孔与偏心质量螺钉连接处设有垫片b。
作为本发明的进一步实施方案，夹具选用厚度不小于10mm的钢板通过电火花成型机进行加工，在加工之前将上述钢板打孔，夹持在电火花成型机工作台后，由打孔处穿丝。
作为本发明的进一步实施方案，转子-轴承试验台包括底座、轴承座、转轴、电机；
轴承座设置为两个，安装于底座上，轴承座内设有轴承；转轴转动连接在两轴承内；电机安装在底座上，电机通过梅花联轴器与转轴一端连接，用以驱动转轴在轴承内转动；转盘连接于转轴上，转轴带动转盘转动。
作为本发明的进一步实施方案，使用方法为：将转盘安装于转子-轴承试验台的转轴上，根据试验需求调整夹具在转盘上的安装位置，调整偏心质量螺钉的质量及松紧程度；调整完成后，在转子-轴承试验台上安装监测传感器，用以监测当转子-轴承系统存在激励幅值慢变时的动态响应；启动转子-轴承试验台的电机，转轴发生转动从而带动转盘一起旋转，旋转过程中由于存在离心力，夹具上的偏心质量螺钉的位置发生缓慢改变，实现偏心质量的偏心距发生慢变，从而形成激励幅值慢变。
作为本发明的进一步实施方案，调整夹具在转盘上的安装位置通过安装孔进行调整；通过更换不同规格及长度的偏心质量螺钉调整其质量，通过螺母b调整偏心质量螺钉的松紧程度。
本发明的有益效果包括：在旋转机械实际工作过程中，激励幅值慢变如某些旋转机械转盘内的偏心质量在工作过程中其位置发生改变，造成偏心距时刻发生变化，因而引起转子系统激励幅值的慢变，并对正常工况的稳定性产生一定的影响，可能会使转子-轴承系统产生复杂的动力学行为，目前在这一问题的研究中只能通过计算机仿真完成而无法通过试验验证理论结果的正确性，本发明可为研究含激励幅值慢变转子-轴承系统的动态特性的试验提供有效的试验装置，形成激励幅值的缓慢变化，且符合含激励幅值慢变的转子-轴承系统的实际工况以验证计算机仿真结果的正确性，具有非常高的实际应用价值。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明的整体结构装配结构示意图；
图4是本发明的转盘结构剖视图；
图5是本发明的夹具结构示意图；
图6是本发明试验结果图；
图7是本发明仿真结果图；
图8是本发明激励幅值慢变试验测试系统示意图。
图中附图标记说明：1、转盘，101、转动孔，102、安装孔，2、夹具，3、内六角螺钉，4、偏心质量螺钉，5、垫片a，6、螺母a，7、底座，8、轴承座，9、转轴，10、电机，11、梅花联轴器，12、转子台控制器，13、数据采集仪，14、计算机14，15、光电传感器，16、电涡流位置传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分部件，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
一种针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，主要应用在对含激励幅值慢变的转子-轴承系统的试验研究中，可实现对这一问题的深入研究，从而阐述实际工况下因含激励幅值慢变的转子-轴承系统产生各种动态响应的相关机理，验证计算机仿真结果的正确性。
本发明可以应用在单跨、双跨或多跨转子-轴承试验台，同时在旋转机械故障研究领域，也可以作为辅助设备，开展关于含激励幅值慢变并具有单一故障或耦合故障的转子-轴承系统的试验研究。
其结构主要包括三部分，包括可调节夹具2安装位置的转盘1、可以实现偏心质量螺钉4移动的夹具2、实现激励幅值慢变的偏心质量螺钉4：
第一部分：转盘1，转盘1中部开设有转动孔101，用以与转子-轴承试验台配合安装，转盘1圆周处均布有多个安装孔102，用以与夹具2配合安装，这些安装孔102可调节夹具2的安装位置；
第二部分：夹具2，夹具2中部开设有长条状的通孔，上述通孔两端处分别通过一内六角螺钉3与对应的安装孔102连接，并分别通过螺母a6紧固，夹具2通孔与内六角螺钉3连接处设有垫片a5，夹具2与转盘1之间具有间隔，用以为偏心质量螺钉4提供活动空间；可根据研究参数的不同合理更换不同规格的夹具2；
第三部分：偏心质量螺钉4，该偏心质量螺钉4在试验时可使用选择不同规格及长度的内六角螺钉，偏心质量螺钉4通过螺母b连接于夹具2的通孔处，夹具2通孔与偏心质量螺钉4连接处设有垫片b；偏心质量螺钉4可沿所述通孔滑动；
装配时首先使用内六角螺钉3、垫片a5、螺母a6将夹具2安装在转盘1上，然后使用垫片b、螺母b将偏心质量螺钉4安装于夹具2中间的通孔位置，所述的螺母b为船型螺母，如图1所示。
在上述实施方案中，所涉及的转子-轴承试验台包括底座7、轴承座8、转轴9、电机10；
轴承座8设置为两个，安装于底座7上，轴承座8内设有轴承；转轴9转动连接在两轴承内；电机10安装在底座7上，电机10通过梅花联轴器11与转轴9一端连接，用以驱动转轴9在轴承内转动；转盘1连接于转轴9上，转轴9带动转盘1转动。
试验时，首先将转盘1安装在转子-轴承试验台的转轴9上，夹具2固定在转盘1上，偏心质量螺钉4安装在夹具2上，由于转盘1的转动会使偏心质量螺钉4沿着夹具2的通孔移动，从而模拟出含激励幅值慢变的转子-轴承系统。
激励幅值慢变：
在实际工作过程中，当转子-轴承系统转盘内的偏心质量偏心距发生明显的改变时会造成转子系统因不平衡出现振动，可能损坏设备，因此在研究激励幅值慢变时偏心距或偏心质量的改变量必须非常小，根据计算机仿真结果总结的经验，可以根据试验时间调整偏心质量螺钉4锁紧程度，使偏心质量螺钉4在试验结束时所处的位置满足试验所需要达到的慢变程度，或调整偏心质量螺钉4的质量，可分析偏心质量增大时随偏心距慢变所导致的动态特性。
优选的，夹具2的加工方法：
考虑到试验时转盘1转速较快，为防止夹具2因刚度不够而损坏，选用厚度不小于10mm的钢板通过电火花成型机进行加工，在加工之前将上述钢板打孔，夹持在电火花成型机工作台后，由打孔处穿丝。这一工艺可以保证加工出的夹具2具有足够的强度，而从边缘直接切割加工会造成加工出的零件边缘有裂缝损伤，当安装在转盘上、转盘高速旋转时，由于极大的偏心力会使夹具2在裂缝处分裂断开而沿切线飞出造成安全事故。
实施例2
一种针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具的使用方法：
将转盘1安装于转子-轴承试验台的转轴9上，根据试验需求通过安装孔102调整夹具2在转盘1上的安装位置，通过更换不同规格及长度的偏心质量螺钉4调整其质量，通过螺母b调整偏心质量螺钉4的松紧程度；夹具2位置的调整可以完成当偏心质量的偏心距发生复杂位置变动时相关的试验研究，更换不同规格及长度的内六角螺钉可以改变偏心质量螺钉4的质量，调节偏心质量螺钉4的松紧程度，可以使偏心质量螺钉4在夹具2内的位置移动速度发生改变，可模拟形成当激励幅值变化增大时对实际工况的影响；
调整完成后，在转子-轴承试验台上合理的位置安装监测传感器，用以监测当转子-轴承系统存在激励幅值慢变时的动态响应；启动转子-轴承试验台的电机10，转轴9发生转动从而带动转盘1一起旋转，旋转过程中由于存在离心力，会使夹具2上的偏心质量螺钉4的位置发生缓慢改变，实现偏心质量的偏心距发生慢变，从而形成激励幅值慢变。
优选的，由于偏心质量螺钉4的移动速度较为缓慢，因此试验时间不宜过短，通过监测传感器检测该过程的信号可以反应具有激励幅值慢变的转子-轴承系统的动态特性。
试验后，可通过监测传感器监测到的信号判断激励幅值慢变对系统的影响，具有激励幅值慢变的转子-轴承系统在频谱图中主要包含三部分，工频运动以及其两侧的分频、倍频运动，工频幅值较高，分频和倍频幅值接近，如图6，这与计算机仿真结果较为一致，如图7，证明了本发明在结构上及使用方法上的有效性。
实施例3
如图8所示，一种激励幅值慢变试验测试系统，
试验时可使用转子-轴承试验台专用动态信号采集分析仪，进行数据的实时传输和在计算机软件端的实时显示，其功能应包括可测量电机10的实时转速值、测量由监测传感器所测到的转轴9的振动信号。
在上述实施方案中，电机10与转子台控制器12连接，转子台控制器12与数据采集仪13连接，数据采集仪13与计算机14连接；
传感器可选择两个电涡流位置传感器16和一个光电传感器15；
电涡流位置传感器16用来采集转轴9的水平、竖直方向的径向振动信号，将信号通过信号电缆经转子台控制器12的放大器对信号调理后，送入数据采集仪13，将处理后的数字信号上传到计算机14的分析软件，实现各种分析功能；
光电传感器15与转子台控制器12连接，用来测得转轴9的转速信号，优选的，可在靠近电机10的转轴9表面贴有反光材质的贴纸，用以反射光电传感器15所发射的红外光，从而获取到当前转轴9的转速信号。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，包括安装在转子-轴承试验台上的转盘(1)、安装在转盘(1)上的夹具(2)、以及活动连接于夹具(2)上的偏心质量螺钉(4)，所述转盘(1)带动夹具(2)转动，偏心质量螺钉(4)在夹具(2)上的位置发生改变，从而形成激励幅值慢变；
转盘(1)中部开设有转动孔(101)，用以与转子-轴承试验台配合安装，转盘(1)圆周处均布有多个安装孔(102)，用以与夹具(2)配合安装；
夹具(2)中部开设有长条状的通孔，上述通孔两端处分别通过一内六角螺钉(3)与对应的安装孔(102)连接，并分别通过螺母a(6)紧固，夹具(2)与转盘(1)之间具有间隔，用以为偏心质量螺钉(4)提供活动空间；
偏心质量螺钉(4)通过螺母b连接于夹具(2)的通孔处，且偏心质量螺钉(4)可沿所述通孔滑动。
2.根据权利要求1所述的针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，夹具(2)通孔与内六角螺钉(3)连接处设有垫片a(5)。
3.根据权利要求1所述的针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，夹具(2)通孔与偏心质量螺钉(4)连接处设有垫片b。
4.根据权利要求1所述的针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，夹具(2)选用厚度不小于10mm的钢板通过电火花成型机进行加工，在加工之前将上述钢板打孔，夹持在电火花成型机工作台后，由打孔处穿丝。
5.根据权利要求1所述的针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，转子-轴承试验台包括底座(7)、轴承座(8)、转轴(9)、电机(10)；
轴承座(8)设置为两个，安装于底座(7)上，轴承座(8)内设有轴承；转轴(9)转动连接在两轴承内；电机(10)安装在底座(7)上，电机(10)通过梅花联轴器(11)与转轴(9)一端连接，用以驱动转轴(9)在轴承内转动；转盘(1)连接于转轴(9)上，转轴(9)带动转盘(1)转动。
6.根据权利要求5所述的针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，使用方法为：将转盘(1)安装于转子-轴承试验台的转轴(9)上，根据试验需求调整夹具(2)在转盘(1)上的安装位置，调整偏心质量螺钉(4)的质量及松紧程度；调整完成后，在转子-轴承试验台上安装监测传感器，用以监测当转子-轴承系统存在激励幅值慢变时的动态响应；启动转子-轴承试验台的电机(10)，转轴(9)发生转动从而带动转盘(1)一起旋转，旋转过程中由于存在离心力，夹具(2)上的偏心质量螺钉(4)的位置发生缓慢改变，实现偏心质量的偏心距发生慢变，从而形成激励幅值慢变。
7.根据权利要求6所述的针对转子-轴承试验台可实现激励幅值慢变的专用夹具，其特征在于，调整夹具(2)在转盘(1)上的安装位置通过安装孔(102)进行调整；通过更换不同规格及长度的偏心质量螺钉(4)调整其质量，通过螺母b调整偏心质量螺钉(4)的松紧程度。
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| Normal Mode of Vibra tion for Continuous Rotors with Slow Time Variable Mass;Cveticanin L;Mech.Mach.Theory;19971031;第32卷(第7期);881-891 * |
| 单/双质量慢变损伤转子系统时频特征分析;于涛;等;机械设计与制造;20141208(第12期);128-136 * |
| 双跨质量慢变转子系统动态特性数值仿真分析;罗跃纲;等;振动与冲击;20210815;第40卷(第15期);284-289 * |
| 柴油发电机变转动惯量飞轮的仿真;章义平;张兴旺;;集美大学学报(自然科学版);20190528(03);204-210 * |
| 激励幅值慢变转子系统的动力学研究;王宗勇;龚斌;闻邦椿;;中国机械工程;20071225(24);2969-2973 * |
| 质量慢变转子系统的碰摩故障小波分析;李小彭;姚红良;李鹤;闻邦椿;;中国机械工程;20060730(14);1528-1531 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114199547A (zh) | 2022-03-18 |
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