[发明专利]一种电机变频运行时轴系安全性分析方法

权利要求书

1.一种电机变频运行时轴系安全性分析方法，其特征在于，包括：

1)通过测试电机变频运行时膜片联轴器附近转轴上的动态扭矩信号，将其分别作用到膜片联轴器的膜片和转轴上，得到转轴上承受的扭应力和膜片上承受的动态拉压应力；

2)根据转轴和膜片联轴器工作特点，分别采用名义应力法计算分析转轴高周载荷作用下的疲劳寿命，和采用局部应力应变法计算低周载荷作用下膜片疲劳寿命，以两种计算寿命的较小值来评估轴系疲劳寿命；

所述的分析方法具体包括以下步骤：

(1)在膜片联轴器附近转轴上黏贴应变片，测量膜片联轴器和转轴所承受的动态扭矩信号T(t)；

(2)将所测得的动态扭矩信号T(t)作用到膜片联轴器上，计算得到膜片上螺栓所承受的动态力信号F(t)；

(3)计算膜片组所承受的拉力信号F′(t)：

式中，θ为相邻螺栓孔之间的夹角；

(4)计算膜片组上截面拉应力信号σ(t)：

式中，A₀为膜片最小截面处的截面积；

(5)对截面拉应力信号σ(t)进行快速傅里叶(FFT)变换，找出其中最大峰值所对应的频率f及其幅值σ_a，计算截面拉应力信号平均值σ_m；

(6)根据局部应力应变法，计算膜片低周疲劳寿命；

(7)将所测扭矩作用到转轴上，计算得到转轴表面扭应力；

式中，W为截面模量；

(8)采取5点3次平滑法，对转轴表面扭应力信号σ_s(t)作平滑处理，得到平滑后的应力信号σ_s1(t)；

(9)剔除平滑后转轴表面扭应力信号中的无效点，即将信号中的等值点剔除，得到扭应力信号σ_s2(t)；

(10)找出扭应力信号σ_s2(t)中的峰值与谷值，将应力信号σ_s2(t)的起点和尾点自动视为峰谷值点，得到由峰谷值点组成的信号σ_s3(t)；

(11)如果信号σ_s3(t)中峰谷值点总数为偶数，则剔除最尾部峰谷值点，保证信号σ_s3(t)中峰谷值点个数为奇数，得到信号σ_s4(t)；

(12)如果信号σ_s4(t)中首点为谷点，则将首点和尾点的值设为首点和尾点值中的较小值；如果首点为峰值点，则将首点和尾点的值设为首点和尾点值中的较大值，得到信号σ_s5(t)；

(13)找到信号σ_s5(t)中最大峰值点所在位置，将信号σ_s5(t)从该点处截断，将后半段信号移到前半段信号的前段，得到重组后的峰谷值点信号σ_s6(t)；

(14)采用三点法进行雨流计数，记相邻的三个点为x,y,z，如果满足

|z-y|≥|x-y|，记录1次循环，其应力幅值s_a、平均值s_m分别为：

重复该计数方法对剩余的数据进行处理，得到所有应力循环的幅值、平均值；

(15)根据转轴材料，得到材料应力-寿命曲线，将应力和寿命之间的关系表示为：

lgN_p＝a_p+b_plgS

式中，a_p,b_p为系数，取决于材料特性，S为动态应力，N_p为寿命，考虑疲劳缺口系数、尺寸影响系数、表面加工系数、分散系数对材料的应力-寿命曲线进行修正，得到膜片部件的应力-寿命曲线：

lgN_p＝a'_p+b'_plgS

(16)对平均应力的影响按Goodman方法进行修正；

(17)计算Δt时间段内转轴上发生的高周疲劳寿命损耗A：

(18)计算转轴高周疲劳损坏所对应的年：

(19)以转轴高周疲劳寿命和膜片低周疲劳寿命的最小值作为轴系疲劳寿命y。

2.根据权利要求1所述的一种电机变频运行时轴系安全性分析方法，其特征在于，所述的步骤(1)中的膜片联轴器和转轴所承受的动态扭矩信号T(t)采用全桥法和无线信号发射/接收方法测量得到。