[发明专利]一种基于频响函数的轴承座特性参数的测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于频响函数的轴承座刚度、阻尼和参振质量的测量系统和测量方法，属于旋转机械轴承座特性参数的测试领域。

背景技术

随着旋转机械向大容量高参数方向发展，支撑系统的刚度越来越弱。轴承作为大型转转机械的承载部件，影响着整个系统的动态性能和工作效率。轴承的内支撑点是转子，外支撑点是轴承座。轴承座刚度不足会导致轴承座振动大甚至大于转轴振动的异常现象，影响机组安全稳定运行。轴承座特性参数是影响转转机械轴系临界转速的重要因素，轴承座阻尼对于临界转速附近振动幅值有明显的抑制作用。对于大型旋转机械，轴承座对整个系统的影响不可忽略。

研究旋转机械的动力特性时一般将轴承座简化为质量-弹簧-阻尼器模型，有效识别轴承座特性参数具有十分重要的意义。目前识别轴承座参数的方法主要有：(1)自由振动响应法，利用轴承座在激励力下自由振动响应得到轴承座参数。该方法认为轴承座全部质量参与振动，而工程实例表明，轴承座参振质量与轴承座实际质量并不相同，且两个方向上的参振质量不同，与工程实际偏差较大。(2)频响函数法，通过激振实验得到轴承座频响函数或机械阻抗并进一步换算得到轴承座参数。该方法将轴承座简化为质量-弹簧模型，不考虑阻尼影响，不考虑两个方向参数耦合，不能很好地满足工程要求。该方法计算轴承座参数时需要人工选择特征点，比较繁琐。本发明基于频响函数法，提出一种考虑轴承座各向异性可以智能识别轴承座全部特性参数的方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种基于频响函数的轴承座特性参数的测量系统。本发明还要解决的技术问题是提供一种基于频响函数的轴承座特性参数的测量方法。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种基于频响函数的轴承座特性参数的测量系统，包括中央处理器以及和中央处理器连接的数据采集仪，还包括轴承座；在所述轴承座的x和y方向上装有加速度传感器，两个加速度传感器分别与数据采集仪连接；数据采集仪通过电荷放大器连接力锤，力锤将激励力作用到轴承座上，两个加速度传感器将轴承座在激励力作用下的加速度响应信号传送给数据采集仪。

其中，还包括220V交流电源，所述中央处理器、数据采集仪和电荷放大器均与220V交流电源连接。

一种基于频响函数的轴承座特性参数的测量方法，包括如下步骤：

步骤1，构建轴承座简化模型：将轴承座简化成1个质量块、4个弹簧和4个阻尼器，由于x和y两个方向参振质量不同，轴承座共有参振质量m_x、m_y，刚度k_xx、k_xy、k_yx、k_yy和阻尼c_xx、c_xy、c_yx、c_yy10个特性参数；

步骤2，构建测量系统：将待测轴承座按步骤1的轴承座简化模型进行简化，测量系统包括中央处理器以及和中央处理器连接的数据采集仪，在待测轴承座的x和y方向上装有加速度传感器，两个加速度传感器分别与数据采集仪连接；数据采集仪通过电荷放大器连接力锤，力锤将激励力作用到待测轴承座上，测量系统采用220V交流电源供电；

步骤3，用力锤敲击待测轴承座x方向，采集x方向和y方向加速度响应信号a_xx、a_yx和激励力信号F_x；再用力锤敲击轴承座y方向，采集x方向和y方向加速度响应信号a_xy、a_yy和激励力信号F_y；

步骤4，对采集到的加速度和力的时域信号做FFT变换得到加速度和力的频域信号，然后得到加速度频响函数并求逆得到阻抗矩阵；

步骤5，在固有频率的±10％区域内选择m个点为特征点，其中，m≥2，再利用最小二乘法拟合由轴承座运动方程得到的机械阻抗函数求得轴承座全部特性参数。

其中，步骤1中，轴承座简化模型的运动方程为：

假设

可得：

则阻抗矩阵：

其中，步骤4中，测量系统对测得的加速度响应信号和激励力信号做FFT变换得到加速度和力的频域响应，按式计算得到实测的频响函数H_xx、H_yx、H_xy和H_yy，加速度频响函数矩阵为求逆得到阻抗矩阵Z。