[发明专利]一种动平衡机上复合材料尾轴低速正交融合动平衡法

说明书

本发明公开了一种动平衡机上复合材料尾轴低速正交融合动平衡方法。该方法包括：在低速下对转轴工件进行平衡，对振动信号利用正交融合技术进行融合，对合成后的信号进行力和力偶分解；仅需一次试重，试重质量须同时包含力和力偶成分；对添加的试重质量进行力和力偶分解，同时对添加试重后的振动数据进行力和力偶分解；计算试重后力和力偶响应，推算所需平衡质量大小和相位；添加所需平衡质量，达到平衡指标，平衡结束。与其他动平衡方法相比，本发明需要的试重次数少，所需平衡转速低于一阶临界转速，对各向异性复合材料轴平衡效果显著，具有很好的工程适用性。

技术领域

本发明属于转轴动平衡技术领域，进一步涉及旋转机械故障诊断与信号处理领域，主要用于工作转速介于一阶与二阶临界转速之间的复合材料转轴。

背景技术

转动机械在航空工业中应用十分广泛，而且也是不少制造部门的主要产品。它们以转轴及其它回转部件作为工作的主体，一旦发生事故，将造成巨大损失。目前应用较广的动平衡技术主要有影响系数法、模态振型法、全息法等。复合材料尾轴具有各向异性的，即各方向的阻尼或刚度是不一样的，这种各向异性主要来源于材料特性等原因。同时由于制造工艺等原因，复合材料尾轴初始不平衡量很大，难以在临界转速开展动平衡测试。针对上述特点的转轴，传统动平衡方法无法对其展开有效的平衡测试。

“柔性转子低速全息动平衡方法”(专利ZL03134387.2)提供了一种基于全息谱低速动平衡方法。该方法提供了一种低速动平衡方法；“基于全矢谱的柔性转子动平衡方法”(专利ZL200910143224.7)提供了一种基于全矢谱的全矢动平衡法。但针对动平衡机上复合材料尾轴动平衡仍存在以下不足：

1)针对各向异性复合材料展开平衡测试时平衡精度不足；

2)测试过程中，需要多次启停车，或制定相应平衡方案，操作复杂；

3)合成初相点时须进行补偿，存在难度和精度的问题；

4)对于临界转速下振动幅度过大的转子，无法进行动平衡测试；

5)动平衡机上常安装振动加速度传感器进行动平衡测试，而电涡流位移传感器难以安装。

发明内容

为了对复合材料尾轴进行平衡测试，本发明采取的技术方案为：

步骤S1：在动平衡机两侧的轴承座上各布置两个正交的加速度传感器，用于测量水平和垂直振动，另外布置一个转速传感器，用于转速和相位信号的测取；

步骤S2：在一阶临界速度以下，选取一个振动幅值适中的平衡转速；

步骤S3：对工件进行模态振型分析，选取两个最佳平衡面；

步骤S4：在平衡转速下，采集转子传感器振动数据；

步骤S5：在两个所选平衡面同时添加试重，两个试重块相位差为90°，采集平衡转速下，试重时振动数据；

步骤S6：根据复合材料尾轴低速正交融合动平衡法，计算所需配重的大小和相位；

步骤601：利用正交融合技术对相互垂直的两个方向上的传感器数据进行正交融合，具体为：

上式中，RL为正交融合后的响应幅值，θ为正交融合后的响应相位。上式各参数如下式所示：

其中：A_x、分别代表水平方向上测量得到的响应幅值与相位，A_y、分别代表垂直方向上测量得到的响应幅值与相位；

步骤602：对正交融合后的振动数据进行力和力偶分解，对添加的试重不平衡力进行同样的力和力偶分解，具体为：