專利名稱：：一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機械振動與控制領(lǐng)域的動平衡技術(shù)，具體為一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法。
背景技術(shù)：
：目前，旋轉(zhuǎn)機械大量應(yīng)用于工業(yè)的各個方面。由于轉(zhuǎn)子不平衡原因而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生劇烈振動，損壞機械的事情經(jīng)常發(fā)生，造成了工程上很多不必要的損失。為了減少這些不必要的損失，降低轉(zhuǎn)子的振動，必須對轉(zhuǎn)子進行平衡。目前剛性轉(zhuǎn)子的平衡已經(jīng)基本解決，但柔性轉(zhuǎn)子的高速動平衡仍是一難題。柔性轉(zhuǎn)子的不平衡振動響應(yīng)不僅與其不平衡量的大小和相位有關(guān)，還與轉(zhuǎn)子本身的特性(彈性、阻尼、形狀等)、支承條件和轉(zhuǎn)速等有密切關(guān)系，加之校正面設(shè)置的可能性與理論分析有出入等因素，使柔性轉(zhuǎn)子的動平衡成了一項既費時又不容易得到滿意效果的工序。而且工業(yè)應(yīng)用中轉(zhuǎn)子往往是跨兩階以上的柔性轉(zhuǎn)子，有些甚至跨三階，轉(zhuǎn)子長徑比越來越大、轉(zhuǎn)子越來越“柔”的方向發(fā)展，柔性轉(zhuǎn)子的平衡問題越來越多。目前，柔性轉(zhuǎn)子的高速動平衡普遍采用影響系數(shù)法和模態(tài)平衡法。傳統(tǒng)影響系數(shù)法是一種添加試重的方法，在高轉(zhuǎn)速下平衡啟動的次數(shù)多，在高階振型時敏感性降低，有時使用非獨立平衡平面可能得到不正確的校正量。此外，在使用多平面影響系數(shù)法時，求解影響系數(shù)的方程組有時可能出現(xiàn)病態(tài)方程組的情況，使求解的影響系數(shù)很不可靠。更為可怕的是，添加試重的方位具有不確定性，很可能將試重加在與轉(zhuǎn)子偏心方位相同的地方，勢必大大增加轉(zhuǎn)子的不平衡量，導(dǎo)致平衡時因振動過大破壞轉(zhuǎn)子的嚴重后果。傳統(tǒng)模態(tài)平衡法也存在添加試重多次開車的問題，且當系統(tǒng)阻尼影響較大時不夠有效，振型不易測準；用于軸系平衡時，在臨界轉(zhuǎn)速附近不易獲得單一振型。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了解決傳統(tǒng)動平衡方法需要添加試重并多次開車，可能得到不正確的校正量的缺陷和不足，本發(fā)明提出一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，省去添加試重的平衡工序，避免多平面平衡時影響系數(shù)矩陣的發(fā)散性問題，減少轉(zhuǎn)子的開車次數(shù)，簡化轉(zhuǎn)子的動平衡步驟。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟1確定轉(zhuǎn)子的參考位置利用有限元軟件建立轉(zhuǎn)子的有限元模型，從轉(zhuǎn)子有限元模型的數(shù)值仿真結(jié)果中得到轉(zhuǎn)子的1階至η階模態(tài)值和r階臨界轉(zhuǎn)速，η為轉(zhuǎn)子動平衡時選擇的轉(zhuǎn)子平衡平面?zhèn)€數(shù)，r為轉(zhuǎn)子所需動平衡的階數(shù)；如果得到的r階臨界轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子r階實測臨界轉(zhuǎn)速的85%-125%范圍內(nèi)，則在得到的每一階模態(tài)值中以各階最大模態(tài)值作為基數(shù)對該階的所有模態(tài)值進行歸一化處理，并以r階的最大模態(tài)值對應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸向位置作為轉(zhuǎn)子的參考位置，否則重新建立轉(zhuǎn)子的有限元模型，并重復(fù)步驟1；步驟2:確定校正量步驟a、在步驟1得到的參考位置所在的轉(zhuǎn)子徑向平面內(nèi)布置兩個振動傳感器，且兩個振動傳感器與該徑向平面內(nèi)轉(zhuǎn)子軸心的連線相互垂直；步驟b、將轉(zhuǎn)子從Orpm勻加速拉升到轉(zhuǎn)子允許范圍內(nèi)的最大轉(zhuǎn)速，兩個振動傳感器采集轉(zhuǎn)子勻加速過程的瞬態(tài)響應(yīng)，得出轉(zhuǎn)子的模態(tài)阻尼；步驟C、將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在平衡轉(zhuǎn)速上，其中平衡轉(zhuǎn)速為實測臨界轉(zhuǎn)速的85%-100%,兩個振動傳感器采集轉(zhuǎn)子在平衡轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；步驟d、將步驟c得到的轉(zhuǎn)子在平衡轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)代入以下公式，得到轉(zhuǎn)子η個平衡平面需要添加校正量的大小和方位權(quán)利要求一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于所述方法包括以下步驟步驟1確定轉(zhuǎn)子的參考位置利用有限元軟件建立轉(zhuǎn)子的有限元模型，從轉(zhuǎn)子有限元模型的數(shù)值仿真結(jié)果中得到轉(zhuǎn)子的1階至n階模態(tài)值和r階臨界轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子動平衡時選擇的轉(zhuǎn)子平衡平面?zhèn)€數(shù)，r為轉(zhuǎn)子所需動平衡的階數(shù)；如果得到的r階臨界轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子r階實測臨界轉(zhuǎn)速的85％125％范圍內(nèi)，則在得到的每一階模態(tài)值中以各階最大模態(tài)值作為基數(shù)對該階的所有模態(tài)值進行歸一化處理，并以r階的最大模態(tài)值對應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸向位置作為轉(zhuǎn)子的參考位置，否則重新建立轉(zhuǎn)子的有限元模型，并重復(fù)步驟1；步驟2確定校正量步驟a、在步驟1得到的參考位置所在的轉(zhuǎn)子徑向平面內(nèi)布置兩個振動傳感器，且兩個振動傳感器與該徑向平面內(nèi)轉(zhuǎn)子軸心的連線相互垂直；步驟b、將轉(zhuǎn)子從0rpm勻加速拉升到轉(zhuǎn)子允許范圍內(nèi)的最大轉(zhuǎn)速，兩個振動傳感器采集轉(zhuǎn)子勻加速過程的瞬態(tài)響應(yīng)，得出轉(zhuǎn)子的模態(tài)阻尼；步驟c、將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在平衡轉(zhuǎn)速上，其中平衡轉(zhuǎn)速為實測臨界轉(zhuǎn)速的85％100％，兩個振動傳感器采集轉(zhuǎn)子在平衡轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)；步驟d、將步驟c得到的轉(zhuǎn)子在平衡轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)代入以下公式，得到轉(zhuǎn)子n個平衡平面需要添加校正量的大小和方位<mrow><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><msub><mover><mi>U</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><msub><mi>R</mi><mi>j</mi></msub><msub><mrow><mo>(</mo><msub><mover><mi>&Phi;</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mi>s</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mo>-</mo><mn>2</mn><msub><mi>&zeta;</mi><mi>r</mi></msub><msub><mover><mi>m</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mi>r</mi></msub><msub><mover><mi>&upsi;</mi><mo>&RightArrow;</mo></mover><mi>r</mi></msub><mo>,</mo></mtd><mtd><mi>r</mi><mo>=</mo><mi>s</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn><mo>,</mo></mtd><mtd><mi>r</mi><mo>&NotEqual;</mo><mi>s</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>其中，j表示第j個平衡平面，表示為平衡轉(zhuǎn)子第r階不平衡量所需在zj處添加的校正量，zi表示平衡平面的軸向位置，Rj表示zj處的轉(zhuǎn)子平衡半徑，表示步驟1中得到的歸一化后轉(zhuǎn)子第s階模態(tài)值，s取值為1，2…n，ζr為步驟b中得到的轉(zhuǎn)子第r階模態(tài)阻尼，為轉(zhuǎn)子的模態(tài)質(zhì)量，為步驟c得到的轉(zhuǎn)子在平衡轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，包括振幅和相位；步驟3測試校正結(jié)果根據(jù)步驟2的結(jié)果在轉(zhuǎn)子上添加校正量后，將轉(zhuǎn)子從0rpm勻加速拉升到步驟b中采用的轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速，兩個振動傳感器采集轉(zhuǎn)子勻加速過程的瞬態(tài)響應(yīng)，檢驗轉(zhuǎn)子是否已達到所要求的平衡精度，如果沒有達到要求，則同步改變步驟a中兩個振動傳感器在徑向平面內(nèi)的安裝位置，并重復(fù)步驟2、3，直至滿足平衡要求。FSA00000273595400012.tif,FSA00000273595400013.tif,FSA00000273595400021.tif,FSA00000273595400022.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于當所需動平衡的階數(shù)為大于1的階數(shù)時，從1階開始逐次進行轉(zhuǎn)子動平衡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法，其特征在于當轉(zhuǎn)子可選擇的平衡平面多于η時，選擇所需添加校正量最小的η個平衡平面組合。全文摘要本發(fā)明公開了一種高速柔性轉(zhuǎn)子動平衡方法。首先建立轉(zhuǎn)子的有限元模型，從數(shù)值仿真結(jié)果中得到轉(zhuǎn)子的1階至n階模態(tài)值和r階臨界轉(zhuǎn)速，以r階的最大模態(tài)值對應(yīng)的轉(zhuǎn)子軸向位置作為轉(zhuǎn)子的參考位置；其次在參考位置布置兩個相互垂直的振動傳感器，采集轉(zhuǎn)子從0rpm勻加速拉升到轉(zhuǎn)子允許范圍內(nèi)的最大轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)響應(yīng)，得出轉(zhuǎn)子的模態(tài)阻尼，將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在平衡轉(zhuǎn)速上，采集轉(zhuǎn)子在平衡轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，通過公式計算轉(zhuǎn)子n個平衡平面需要添加校正量的大小和方位；最后在轉(zhuǎn)子上添加校正量，并采集轉(zhuǎn)子勻加速過程的瞬態(tài)響應(yīng)，檢驗轉(zhuǎn)子是否已達到所要求的平衡精度。本發(fā)明沒有了添加試重的風(fēng)險，省去了添加試重的平衡工序，簡化了平衡步驟，提高了平衡效率和平衡精度。文檔編號G01M1/38GK101949753SQ20101028456公開日2011年1月19日申請日期2010年9月16日優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日發(fā)明者劉振俠,李曉豐,鄭龍席申請人:西北工業(yè)大學(xué)