CN115008256A - 一种旋转轴运动过程中振动测试系统 - Google Patents

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CN115008256A CN202210932832.1A CN202210932832A CN115008256A CN 115008256 A CN115008256 A CN 115008256A CN 202210932832 A CN202210932832 A CN 202210932832A CN 115008256 A CN115008256 A CN 115008256A
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    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

Abstract

本发明公开一种旋转轴运动过程中振动测试系统，包括测距检测模块、振动谐波构建模块、振动参数分析模块、振动数学轨迹追踪模块、旋转偏量分析模块和振动平衡量化模块，建立激光光源发射点到旋转轴表面表面的距离所对应的振动谐波方程，并结合几何数学模型分析处旋转轴轴心的位置坐标，采用振动平衡模型分析出旋转轴在各采样时间点下的振动平衡度系数。本发明准确获取旋转轴轴心的运动轨迹，实现旋转轴轴心位置的实时预测及追踪，并分析旋转轴偏离坐标原点的平衡量程度，且通过对采样时间间隔前后的旋转轴的振动平衡量程度进行综合损耗分析，以预估出旋转轴在使用过程中的相对加剧损耗度，实现对旋转轴更换或维修的预警提示。

Description

一种旋转轴运动过程中振动测试系统
技术领域
本发明属于激光测振传感器的应用领域，涉及到一种旋转轴运动过程中振动与振幅测试系统。
背景技术
机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴，通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带轮）等组成主轴部件，在机器中主要作用有：用来支撑传动零件，如齿轮、带轮；传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。
机床主轴随着使用时长的增加，机床主轴的磨损逐渐增大，存在机床主轴固定在机床一端的夹持不稳定，出现微小晃动，导致机床主轴一端绕机床主轴夹持一端进行椭圆运动，严重影响与机床主轴相连的刀具的加工精度，造成加工尺寸偏差大，降低产品加工的合格率，另外，现有机床主轴的更换采用人工进行判断，存在主观意识，无法及时对机床主轴进行更换，导致更换不及时的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，解决了现有技术中存在的若干技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种旋转轴运动过程中振动测试系统，包括测距检测模块，测距检测模块采用两个激光测振传感器，分别为两相互垂直放置的激光测振传感器，用于检测旋转轴在旋转过程中两激光光源发射点到旋转轴外表面的距离；
该系统还包括振动谐波构建模块、振动参数分析模块、振动数学轨迹追踪模块、旋转偏量分析模块和振动平衡量化模块；
振动谐波构建模块分别建立两激光测振传感器的激光光源发射点到旋转轴表面表面的第一距离集合和第二距离集合，根据第一距离集合和第二距离集合绘制振动波形图，构建旋转轴在x轴方向上和y轴方向上的振动谐波方程；
振动参数分析模块用于提取任意时刻下旋转轴在x轴和y轴上的振动谐波方程，分别进行一阶、二阶求导，依次获得旋转轴在x轴、y轴上的线速度和加速度，并分析出该时刻下旋转轴所在的位置坐标下所对应的合速度
Figure 216597DEST_PATH_IMAGE001
和合加速度
Figure 395294DEST_PATH_IMAGE002
；
振动数学轨迹追踪模块用于获取振动谐波构建模块获取的x轴上的旋转轴在x轴和y轴方向上的振动谐波方程，并结合几何数学模型分析处旋转轴轴心的位置坐标，通过旋转轴的实时轴线位置坐标获取旋转轴在旋转过程中的转动运动轨迹；
旋转偏量分析模块用于提取振动数学轨迹追踪模块获取的旋转过程中旋转轴的转动运动轨迹，通过转动运动轨迹分析出旋转轴在旋转过程中的轴心旋转偏移量；
振动平衡量化模块用于提取旋转偏移分析模块获取的旋转轴在各采样时间点下的轴心旋转偏移量、合加速度和合速度，采用振动平衡模型分析出旋转轴在各采样时间点下的振动平衡度系数。
优选地，所述振动谐波构建模块构建旋转轴分别在x轴方向上和y轴方向上的振动谐波的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、依次提取一个旋转周期内旋转轴在第一距离集合中的最小第一距离
Figure 117262DEST_PATH_IMAGE003
和最大第一距离
Figure 138308DEST_PATH_IMAGE004
以及第二距离集合中的最小第二距离
Figure 730963DEST_PATH_IMAGE005
和最大第二距离
Figure 77631DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤2、统计x轴方向上谐波的振幅
Figure 21316DEST_PATH_IMAGE007
和y轴方向上谐波的振幅
Figure 846052DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 824373DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 607521DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤3、获取旋转轴在旋转过程中某一采样时间点下激光测振传感器获得的第一距离和第二距离，并根据第一距离和第二距离分析旋转轴在x轴线上的振动偏移量和在y轴线上的振动偏移量；
步骤4、依次将该时间点t下的振动偏移量带入振动谐波方程
Figure 304081DEST_PATH_IMAGE011
分别推导出在时间点t下，旋转轴在x轴线上的振动的初相位
Figure 669859DEST_PATH_IMAGE012
和旋转轴在y轴线上的振动的初相位
Figure 768265DEST_PATH_IMAGE013
，且
Figure 659998DEST_PATH_IMAGE014
，f为激光测振传感器的采样频率，激光测振传感器a和激光测振传感器b的采样频率相同；
步骤5、获得旋转轴在x轴上的振动谐波公式
Figure 578276DEST_PATH_IMAGE015
和在y轴上的振动谐波公式
Figure 744815DEST_PATH_IMAGE016
。
优选地，旋转轴在x轴线上和y轴线上的振动偏移量的计算公式分别为：
Figure 697727DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 822678DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure 228252DEST_PATH_IMAGE019
为t时间点时激光测振传感器a的激光光源发射点到旋转轴表面的距离，
Figure 198482DEST_PATH_IMAGE020
为t时间点时激光测振传感器b的激光光源发射点到旋转轴表面的距离。
优选地，对旋转轴旋转过程中的采样点次数m，
Figure 5901DEST_PATH_IMAGE021
，即
Figure 519663DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 412533DEST_PATH_IMAGE023
为轴旋转一周的时间。
优选地，激光测振传感器a检测的旋转轴在x轴上的振动轨迹为谐波形式，具体为：
Figure 655296DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 317221DEST_PATH_IMAGE025
为激光测振传感器a检测旋转轴在x轴方向上的振动幅值，
Figure 252816DEST_PATH_IMAGE026
为激光测振传感器a在X轴方向振动的初相位；
激光测振传感器b检测的旋转轴在y轴上的振动轨迹为谐波形式，具体为：
Figure 632982DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 413856DEST_PATH_IMAGE025
为激光测振传感器b检测旋转轴在x轴方向上的振动幅值，
Figure 195867DEST_PATH_IMAGE026
为激光测振传感器a在X轴方向振动的初相位。
优选地，某一时间点检测的激光光源发射点距离旋转轴表面的第一距离L1i和第二距离L2i，获得旋转轴轴心的位置坐标，具体可知：
Figure 36784DEST_PATH_IMAGE028
，对公式进行变换，得到
Figure 904246DEST_PATH_IMAGE029
。
优选地，所述振动平衡模型为
Figure 488811DEST_PATH_IMAGE030
，v为与旋转轴相连的电机转速，r为旋转轴的半径，
Figure 859750DEST_PATH_IMAGE031
为旋转轴在第i次采样下轴心的合成速度，
Figure 871568DEST_PATH_IMAGE032
为旋转轴在第i次采样下轴心的合成加速度。
优选地，所述系统还包括轴损耗预评估模块，轴损耗预评估模块用于获取采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数，对采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数进行综合损耗分析，以初步预估旋转轴在使用过程中的相对加剧损耗度，判断采样时间间隔下的相对加剧损耗度是否大于设定的阈值，并根据是否大于设定的阈值进行旋转轴的更换或维修处理。
本发明的有益效果：
本振动测试系统通过对旋转轴在两相互垂直的方向上设置激光测振传感器，获得激光测振传感器激光发射点到旋转轴表面的距离，并根据检测的距离建立旋转轴在x轴和y轴上的振动谐波方程，最后结合几何数学模型分析出旋转轴在振动过程中旋转轴的实时位置坐标，以准确获取旋转轴在工作过程中的运动轨迹，提高了旋转轴运动轨迹获取的准确性，实现旋转轴轴心位置的实时预测及追踪。
本系统通过旋转轴轴线的位置坐标分析出旋转轴在旋转过程中的轴心旋转偏移量，并结合振动平衡模型分析出旋转轴旋转时偏离坐标原点的平衡量程度，以对旋转轴工作状态下的振动平衡程度进行数值量化展示，具有直观性，且根据振动平衡模型能够判断旋转轴在一个旋转周期内的实时旋转振动情况是否存在均匀性，进而展示出旋转轴对各旋转方位下的冲击程度。
本系统通过轴损耗预评估模块对采样时间间隔前后的旋转轴的振动平衡度系数进行综合损耗分析，以预估出旋转轴在使用过程中的相对加剧损耗度，通过对相对加剧损耗度进行数值判断来实现对旋转轴的更换或维修操作，实现对旋转轴更换或维修的预警提示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明中一种旋转轴运动过程中振动测试系统的示意图；
图2为本发明中旋转轴旋转过程中的状态位置示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
起到旋转作用的轴在旋转过程中，由于轴的安装问题，会出现轴线发生偏移，对于安装不符合规定的旋转轴随着使用时长的增加，会加剧旋转轴与固定旋转轴的旋转支承部位振动加剧、温度升高速度快以及磨损消耗严重等问题，使得轴在旋转过程中的加工精度不符合要求，造成轴类设备对工件进行加工过程中的工件精度低，品质差。
图1为旋转轴运动过程中振动测试系统所对应的框图，本发明以处于静止状态下的待测旋转轴的轴心作为原点，建立XY坐标，在待测旋转轴正上方安装激光测振传感器a，在待测旋转轴右侧安装有激光测振传感器b，激光测振传感器a的位置坐标A(x0,0),激光测振传感器b的位置坐标为B（0,y0），x0=L10+r，y0=L20+r，L10和L20分别为旋转轴的轴心处于XY坐标原点时，检测的激光光源发射点到旋转轴上表面和右表面的距离，且激光测振传感器a和激光测振传感器b的发射光源分别垂直旋转轴的轴线，激光测振传感器a的发射光源与激光测振传感器b的发射光源相互垂直。
一种旋转轴运动过程中振动测试系统，包括测距检测模块、振动谐波构建模块、振动参数分析模块、振动数学轨迹追踪模块、旋转偏量分析模块、振动平衡量化模块和轴损耗预评估模块。
测距检测模块采用两个激光测振传感器，分别为两相互垂直放置的激光测振传感器a和激光测振传感器b，用于检测旋转轴在旋转过程中两激光光源发射点到旋转轴外表面的距离。
振动谐波构建模块分别实时获取测距检测模块中两激光测振传感器检测的激光光源发射点到旋转轴外表面的距离，并分别建立两激光测振传感器的激光光源发射点到旋转轴表面的第一距离集合和第二距离集合，根据第一距离集合和第二距离集合绘制振动波形图，以构建旋转轴在x轴和y轴方向上的振动谐波方程。
本实施例中至少公开一个振动谐波构建模块分别构建旋转轴在x轴方向上和y轴方向上的振动谐波的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、依次提取一个旋转周期内旋转轴在第一距离集合中的最小第一距离
Figure 698097DEST_PATH_IMAGE003
和最大第一距离
Figure 86353DEST_PATH_IMAGE004
以及第二距离集合中的最小第二距离
Figure 577377DEST_PATH_IMAGE005
和最大第二距离
Figure 760097DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤2、统计x轴方向上谐波的振幅
Figure 336572DEST_PATH_IMAGE007
和y轴方向上谐波的振幅
Figure 997360DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 342891DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 696512DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤3、获取旋转轴在旋转过程中某一采样时间点t下两激光测振传感器分别获得的第一距离和第二距离，并根据第一距离和第二距离分析旋转轴在x轴线上的振动偏移量
Figure 494704DEST_PATH_IMAGE033
和在y轴线上的振动偏移量
Figure 224762DEST_PATH_IMAGE034
；
x轴线上的振动偏移量计算公式：
Figure 159220DEST_PATH_IMAGE035
；
y轴线上的振动偏移量计算公式：
Figure 949322DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure 234810DEST_PATH_IMAGE019
为t时间点时激光测振传感器a的激光光源发射点到旋转轴表面的距离，
Figure 502980DEST_PATH_IMAGE020
为t时间点时激光测振传感器b的激光光源发射点到旋转轴表面的距离。
采用单一变量控制法，对旋转轴在x轴或y轴上的位置偏移进行分析，即当分析旋转轴在x轴线上的振动偏移量时，忽略旋转轴在y轴上的位置偏移情况，当分析旋转轴在y轴线上的振动偏移量时，忽略旋转轴在x轴上的位置偏移情况。
步骤4、依次将该时间点t下的振动偏移量带入振动谐波方程
Figure 557524DEST_PATH_IMAGE011
分别推导出在时间点t下旋转轴在x轴线和y轴线上的振动初相位，分别为
Figure 252947DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 760152DEST_PATH_IMAGE013
，且
Figure 834943DEST_PATH_IMAGE014
，f为激光测振传感器的采样频率，激光测振传感器a和激光测振传感器b的采样频率相同；
步骤5、将步骤2和步骤4中的数据带入振动谐波方程，获得旋转轴在x轴上的振动谐波公式
Figure 9572DEST_PATH_IMAGE015
以及在y轴上的振动谐波公式
Figure 875897DEST_PATH_IMAGE016
。
其中，具体为：第一距离集合
Figure 135977DEST_PATH_IMAGE037
和第二距离集合
Figure 745950DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 775086DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 812312DEST_PATH_IMAGE040
分别为第i次采样下的激光测振传感器a的激光光源发射点到旋转轴表面的距离和激光测振传感器b的激光光源发射点到旋转轴表面的距离，
Figure 294109DEST_PATH_IMAGE041
，即
Figure 707773DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 591415DEST_PATH_IMAGE023
为轴旋转一周的时间，相邻两次采样的时间差为1/f。
在对旋转轴进行x轴和y轴上的振动谐波构建时，通过采用单一变量的方式，分别获得旋转轴在x轴上和y轴上的位置偏移情况，即旋转轴实际运动在x轴和y轴上的分量，为后期根据x轴和y轴上的振动波形能够精确获得旋转轴轴心的振动坐标轨迹。
振动参数分析模块用于提取任意时刻下旋转轴在x轴和y轴上的振动谐波方程，分别进行一阶、二阶求导，依次获得旋转轴在x轴上的线速度和加速度，以及旋转轴在y轴上的线速度和加速度，并采用三角几何图形融合分析出该时刻下旋转轴所在的位置坐标下所对应的合速度
Figure 65122DEST_PATH_IMAGE001
和合加速度
Figure 34215DEST_PATH_IMAGE002
。
其中，
Figure 985990DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 255298DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 634326DEST_PATH_IMAGE045
为旋转轴轴心在x轴上的线速度，
Figure 825136DEST_PATH_IMAGE046
为旋转轴轴心在y轴上的线速度，
Figure 849112DEST_PATH_IMAGE047
为旋转轴轴心在x轴上的加速度，
Figure 707346DEST_PATH_IMAGE048
为旋转轴轴心在y轴上的加速度。
振动数学轨迹追踪模块用于获取振动谐波构建模块获取的x轴上的旋转轴在x轴和y轴方向上的振动谐波方程，根据振动谐波方程并结合几何数学模型分析处旋转轴轴心的位置坐标(xi,yi)，通过旋转轴的实时轴线位置坐标获取旋转轴在旋转过程中的转动运动轨迹。
以旋转轴处于静止状态下的轴线位置作为坐标原点，此时，激光测振传感器a检测的激光发射点到旋转轴外表面的间距L10和激光测振传感器b检测的激光发射点到旋转轴外表面的间距L20。
如图2所示，图2为旋转轴旋转过程中的状态位置示意图，通过图可知旋转轴在旋转过程中两激光测振传感器测得激光发射点到旋转轴外表面的距离，采用几何数据模型分析出旋转轴的轴线相对于处于静止状态下的旋转轴后的轴线的位置偏移坐标，记为
Figure 257276DEST_PATH_IMAGE049
。
根据图2中某一时刻检测的激光光源发射点距离旋转轴表面的第一距离L1i和第二距离L2i，推导出如下公式：
Figure 200961DEST_PATH_IMAGE050
； （1）
对公式（1）进行变换，得到
Figure 494539DEST_PATH_IMAGE051
； （2）
而旋转轴的轴心受到两激光测振传感器检测的激光光源发射点到旋转轴表面的距离的共同影响，而激光测振传感器a检测的旋转轴在x轴上的振动轨迹为谐波形式，具体为：
Figure 207281DEST_PATH_IMAGE052
； （3）
Figure 193691DEST_PATH_IMAGE007
为激光测振传感器a检测旋转轴在x轴方向上的振动幅值，
Figure 624672DEST_PATH_IMAGE012
为激光测振传感器a在X轴方向振动的初相位。
激光测振传感器b检测的旋转轴在y轴上的振动轨迹为谐波形式，具体为：
Figure 721941DEST_PATH_IMAGE053
； （4）
Figure 289189DEST_PATH_IMAGE008
为激光测振传感器b检测旋转轴在x轴方向上的振动幅值，
Figure 180922DEST_PATH_IMAGE013
为激光测振传感器a在X轴方向振动的初相位。
通过公式（2）、（3）和（4）可知，旋转轴在旋转过程中各时间下的轴线位置坐标为
Figure 364778DEST_PATH_IMAGE054
。
通过对公式（3）和（4）进行变换，消除t得到椭圆轨迹方程：
Figure 159DEST_PATH_IMAGE055
；
当
Figure 421913DEST_PATH_IMAGE056
时，
Figure 750126DEST_PATH_IMAGE057
，为倾斜的直线；
当
Figure 890121DEST_PATH_IMAGE058
时，
Figure 594771DEST_PATH_IMAGE059
，为倾斜的直线；
当
Figure 127822DEST_PATH_IMAGE060
时，
Figure 626937DEST_PATH_IMAGE061
，为椭圆运动轨迹，根据x轴和y轴上的振动谐波下的轴心位置坐标绘制的旋转轴的运动轨迹也是为椭圆运动轨迹。
由于旋转轴在进行旋转状态时，激光测振传感器获取的旋转轴表面的位置时均匀分布在旋转轴表面且测得的距离仅为激光发射点到旋转轴表面的距离，而非旋转轴轴心的距离，且旋转轴在旋转过程中存在x轴和y轴两方向的位移偏量，仅通过两垂直方向上的激光测距无法准确定位旋转轴的轴心位置，本系统通过振动数据轨迹追踪模块对x轴和y轴上的振动谐波进行分析并结合几何数学模型，准确获取旋转轴轴心的位置坐标，提高了旋转轴在工作过程中的轴心定位，实现旋转轴运动轨迹的实时预测及追踪。
旋转偏量分析模块用于提取振动数学轨迹追踪模块获取的旋转过程中旋转轴的转动运动轨迹，通过转动运动轨迹分析出旋转轴在旋转过程中的轴心旋转偏移量
Figure 254227DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 231410DEST_PATH_IMAGE063
为第i次采样下的旋转轴在旋转过程中的轴心旋转偏移量。
振动平衡量化模块用于提取旋转偏移分析模块获取的旋转轴在各采样时间点下的轴心旋转偏移量以及振动参数分析模块分析获得的该采样时间点下的合加速度和合速度，采用振动平衡模型分析出旋转轴在各采样时间点下的振动平衡度系数E，振动平衡度系数反应出旋转轴在转动过程中偏离坐标原点的平衡量程度。
可设置相邻两采样时间点的采样时间间隔为nT/8，n为正整数，T为旋转轴旋转一周所需的时间。
振动平衡模型为
Figure 893336DEST_PATH_IMAGE064
，v为与旋转轴相连的电机转速，r为旋转轴的半径，
Figure 563352DEST_PATH_IMAGE031
为旋转轴在第i次采样下轴心的合成速度，
Figure 677938DEST_PATH_IMAGE032
为旋转轴在第i次采样下轴心的合成加速度，当旋转轴在旋转过程中轴心一直位于坐标原点时，且匀速转动，旋转轴的加速度等于0。
本系统采用振动平衡量化模块对旋转轴在旋转工作过程中的振动平衡量进行量化分析，以对旋转轴工作状态下的振动平衡程度进行数值量化展示，具有直观性，且根据振动平衡模型能够判断旋转轴在一个旋转周期内的实时旋转振动情况是否存在均匀性，便于工作人员根据各旋转方位下的振动平衡度系数评估处旋转轴对固定该旋转轴的部件在该旋转方位下的冲击程度。
实施例二
本系统还包括轴损耗预评估模块，轴损耗预评估模块用于获取采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数，对采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数进行综合损耗分析，以初步预估旋转轴在使用过程中的相对加剧损耗度
Figure 193233DEST_PATH_IMAGE065
，
Figure 709665DEST_PATH_IMAGE066
为单位振动平衡度系数所对应的损耗系数，取值在0.85-2之间，
Figure 550582DEST_PATH_IMAGE067
和
Figure 152465DEST_PATH_IMAGE068
分别为采样时间间隔M前、后所对应的振动平衡度系数，判断采样时间间隔下的相对加剧损耗度是否大于设定的阈值，并根据是否大于设定的阈值进行旋转轴的更换或维修处理。
本实施例通过对采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数进行分析，来初步判断采样时间间隔下的相对加剧损耗度，通采样时间间隔前后的分析，能够判断在使用过程中轴的损耗情况，具有直观性。
实施例三
本系统包括轴损耗预评估模块，该轴损耗预评估模块的功能与实施例二中的轴损耗预评估模块的功能不同，本实施例中轴损耗预评估模块通过获取旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数，将旋转轴在使用过程中的实时振动平衡度系数与设置的振动平衡度系数上限值进行数值大小对比，以判断是否对旋转轴进行检修或更换操作。
当旋转轴在使用过程中的实时振动平衡度系数大于设置的振动平衡度系数上限值时，对旋转轴进行检修操作，以保证旋转轴在使用过程中的性能符合加工要求。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种旋转轴运动过程中振动测试系统，包括测距检测模块，测距检测模块采用两个激光测振传感器，分别为两相互垂直放置的激光测振传感器，用于检测旋转轴在旋转过程中两激光光源发射点到旋转轴外表面的距离；
其特征在于，还包括振动谐波构建模块、振动参数分析模块、振动数学轨迹追踪模块、旋转偏量分析模块和振动平衡量化模块；
振动谐波构建模块分别建立两激光测振传感器的激光光源发射点到旋转轴表面表面的第一距离集合和第二距离集合，根据第一距离集合和第二距离集合绘制振动波形图，构建旋转轴在x轴方向上和y轴方向上的振动谐波方程；
振动参数分析模块用于提取任意时刻下旋转轴在x轴和y轴上的振动谐波方程，分别进行一阶、二阶求导，依次获得旋转轴在x轴、y轴上的线速度和加速度，并分析出该时刻下旋转轴所在的位置坐标下所对应的合速度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和合加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
振动数学轨迹追踪模块用于获取振动谐波构建模块获取的x轴上的旋转轴在x轴和y轴方向上的振动谐波方程，并结合几何数学模型分析处旋转轴轴心的位置坐标，通过旋转轴的实时轴线位置坐标获取旋转轴在旋转过程中的转动运动轨迹；
旋转偏量分析模块用于提取振动数学轨迹追踪模块获取的旋转过程中旋转轴的转动运动轨迹，通过转动运动轨迹分析出旋转轴在旋转过程中的轴心旋转偏移量；
振动平衡量化模块用于提取旋转偏移分析模块获取的旋转轴在各采样时间点下的轴心旋转偏移量、合加速度和合速度，采用振动平衡模型分析出旋转轴在各采样时间点下的振动平衡度系数。
2.权利要求1所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，所述振动谐波构建模块构建旋转轴分别在x轴方向上和y轴方向上的振动谐波的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、依次提取一个旋转周期内旋转轴在第一距离集合中的最小第一距离
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和最大第一距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
以及第二距离集合中的最小第二距离
Figure DEST_PATH_IMAGE005
和最大第二距离
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤2、统计x轴方向上谐波的振幅
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和y轴方向上谐波的振幅
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤3、获取旋转轴在旋转过程中某一采样时间点下激光测振传感器获得的第一距离和第二距离，并根据第一距离和第二距离分析旋转轴在x轴线上的振动偏移量和在y轴线上的振动偏移量；
步骤4、依次将该时间点t下的振动偏移量带入振动谐波方程
Figure DEST_PATH_IMAGE011
分别推导出在时间点t下，旋转轴在x轴线上的振动的初相位
Figure DEST_PATH_IMAGE012
和旋转轴在y轴线上的振动的初相位
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，且
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，f为激光测振传感器的采样频率，激光测振传感器a和激光测振传感器b的采样频率相同；
步骤5、获得旋转轴在x轴上的振动谐波公式
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和在y轴上的振动谐波公式
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
3.权利要求2所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，旋转轴在x轴线上和y轴线上的振动偏移量的计算公式分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为t时间点时激光测振传感器a的激光光源发射点到旋转轴表面的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为t时间点时激光测振传感器b的激光光源发射点到旋转轴表面的距离。
4.权利要求3所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，对旋转轴旋转过程中的采样点次数m，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为轴旋转一周的时间。
5.权利要求4所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，激光测振传感器a检测的旋转轴在x轴上的振动轨迹为谐波形式，具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure 491696DEST_PATH_IMAGE007
为激光测振传感器a检测旋转轴在x轴方向上的振动幅值，
Figure 877678DEST_PATH_IMAGE012
为激光测振传感器a在X轴方向振动的初相位；
激光测振传感器b检测的旋转轴在y轴上的振动轨迹为谐波形式，具体为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；
Figure 844365DEST_PATH_IMAGE008
为激光测振传感器b检测旋转轴在x轴方向上的振动幅值，
Figure 708416DEST_PATH_IMAGE013
为激光测振传感器a在X轴方向振动的初相位。
6.权利要求5所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，某一时间点检测的激光光源发射点距离旋转轴表面的第一距离L1i和第二距离L2i，获得旋转轴轴心的位置坐标，具体可知：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，对公式进行变换，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE027
。
7.权利要求6所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，所述振动平衡模型为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，v为与旋转轴相连的电机转速，r为旋转轴的半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为旋转轴在第i次采样下轴心的合成速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为旋转轴在第i次采样下轴心的合成加速度。
8.权利要求7所示的一种旋转轴运动过程中振动测试系统，其特征在于，所述系统还包括轴损耗预评估模块，轴损耗预评估模块用于获取采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数，对采样时间间隔M前后旋转轴在使用过程中的振动平衡度系数进行综合损耗分析，以初步预估旋转轴在使用过程中的相对加剧损耗度，判断采样时间间隔下的相对加剧损耗度是否大于设定的阈值，并根据是否大于设定的阈值进行旋转轴的更换或维修处理。
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