[发明专利]基于载荷重构的滑动轴承油膜特性参数反求方法

说明书

技术领域

本发明属滑动轴承油膜特性测量技术领域，尤其涉及一种基于等效动态载荷重构的滑动轴承油膜特性参数识别方法。

背景技术

转子-滑动轴承系统的流固耦合动力特性由转子和滑动轴承共同影响。滑动轴承的油膜特性参数是影响该系统动力特性的关键因素之一。对于转子-滑动轴承系统，滑动轴承的油膜载荷引起的转子运动失稳现象是突出问题，而滑动轴承的油膜特性参数更是直接影响电主轴动力特性计算和稳定性分析的重要因素。随着电主轴系统向高速、大功率、大型化方向发展，工程中对滑动轴承油腔形状的设计要求越来越高。对于复杂油腔从理论或数值分析角度很难全面准确地求解油膜特性。而依靠实验测试，受技术或经济条件的限制，滑动轴承的油膜特性参数很难甚至根本无法进行直接测量。由于转子-滑动轴承系统转子的不平衡响应等动力特性的测量却相对容易和准确，因此利用测量的转子不平衡响应对滑动轴承油膜特性参数进行识别显得具有重要实际意义。

发明内容

针对滑动轴承油膜特性参数难以直接实验测量的困难，本发明提出一种利用转子的不平衡响应来识别滑动轴承油膜特性参数的方法，从而为转子-滑动轴承系统的流固耦合动力特性以及转子-轴承系统的动平衡控制、故障诊断和检测等的设计研究提供准确的结构特性参数。

根据本发明的一个方面，提供一种基于等效动态载荷重构的滑动轴承油膜特性参数识别方法，包括如下步骤：

步骤1：按照实际情况对转子-滑动轴承系统进行不平衡响应实验，测量获得转子转动过程中的不平衡响应；

步骤2：建立转子的动力学有限元模型，并将滑动轴承油膜对转子的支撑作用等效成两个径向的边界载荷约束；

步骤3：建立转子系统等效油膜载荷反求的正向模型，重构油膜载荷；

步骤4：建立等效油膜载荷与油膜特性参数之间的映射关系并进行求解输出。

优选地，将油膜特性参数识别问题转化为等效动态载荷识别问题。

优选地，在所述步骤1中，测量的不平衡响应包括用于油膜载荷重构的不平衡位移响应和用于油膜特性参数识别的轴承支撑处转子的不平衡位移和速度响应。

优选地，在所述步骤2中，将滑动轴承油膜对转子的支撑作用等效成两个径向的动态载荷。

优选地，在所述步骤3中，转子系统等效油膜载荷反求的正向模型是基于格林函数法建立的，其表达式为

式中y^e(t)表示油膜载荷引起的转子动态不平衡响应，由测量响应减去计算的不平衡激振力引起的转子不平衡响应得到，T表示测量时间，g_i(t)表示第i个格林核函数，表示第i个等效油膜载荷。当有n个滑动轴承支撑转子时，将有2n个等效油膜载荷同时作用于转子系统。

优选地，在所述步骤3中，利用正则化方法在测量响应带噪声的情况下稳定识别等效油膜载荷。

优选地，在所述步骤4中，等效油膜载荷与对应的不平衡响应的构成关系表达式如下：

式中表示两个径向的等效油膜载荷，和分别为油膜的刚度矩阵和阻尼矩阵，y_x和y_y分别表示轴承支撑处转子两个径向的不平衡位移响应，和分别表示轴承支撑处转子两个径向的不平衡速度响应。

优选地，在所述步骤4中，基于最小二乘法对油膜特性参数进行求解识别。

本发明创新性地提出了一种利用转子的不平衡测量响应来实现滑动轴承油膜特性参数识别的方法。该方法通过将油膜参数识别问题转化为动态载荷识别问题进行求解，综合了实验测试和数值计算，只利用不平衡响应实验测量结果就可准确稳定地获取滑动轴承的油膜特性参数。

根据上述技术方案，本发明的有益效果包括：

(1)转子-滑动轴承系统的转子在高速下运转，受测试设备及经济条件的限制，常规的测试方法很难对滑动轴承的油膜特性参数进行直接测量。本发明从计算反求技术出发，为难以测量的油膜特性参数提供了一种便捷有效的间接获取方法。

(2)本发明在进行油膜特性参数识别时，充分利用了相对容易准确测量的转子不平衡响应信息，并结合准确的转子有限元模型和计算反求算法，这提高了油膜特性参数识别的效率和精度。

(3)本发明进行一次转子-滑动轴承系统的不平衡响应测试，就能获取各个滑动轴承油膜的特性参数，包括刚度特性参数和阻尼特性参数，这有效地节省了测量成本。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。