[发明专利]一种摩擦学系统稳定性判定系统与方法

摘要

一种摩擦学系统稳定性判定系统和方法，具有：摩擦磨损试验机，加速度传感器，信号采集设备，降噪单元和中央处理单元，采集摩擦学系统运行过程中产生的摩擦震动信号，降噪后依据该信号绘制Nyquist曲线，根据该Nyquist曲线的特征判断待测摩擦学系统组件的稳定性。由于采用了以上技术方案，本发明所提出的一种摩擦学系统稳定性判定系统与方法，可以在摩擦过程中对摩擦学系统进行稳定性检测，不必拆解摩擦系统零件，更不必破坏式样，避免了因测试而造成摩擦磨损过程无法继续的情况发生。同时，适应范围广，可以适用在润滑油提取困难的实验条件。

主权项

一种摩擦学系统稳定性判定系统，其特征在于具有：摩擦磨损试验机，为待测的摩擦学系统组件提供摩擦实验环境，该摩擦磨损试验机主要具有：用于承载待测摩擦学系统的水平托盘和位于该水平托盘上方的夹具，实验进行过程中，该夹具为待测的摩擦学系统提供水平旋转的动力；加速度传感器，固定于所述水平托盘的底部，采集摩擦学实验进行过程中，摩擦学系统组件加速度变化的信号；信号采集设备，接收加速度传感器采集的摩擦振动信号；降噪单元，利用谐波小波包变换对采集的原始的加速度变化的信号进行降噪，得到降噪后的重构信号；中央处理单元，接收所述信号采集设备上传的重构信号，将重构信号的实部作为横坐标，虚部作为纵坐标，绘制每一个时间点的Nyquist曲线图，观察所绘制的Nyquist曲线图，若Nyquist曲线图未包围(‑1，j0)点，则判定此时，摩擦学系统处于稳定磨损阶段；若Nyquist曲线图包围(‑1，j0)点，则判定此时，摩擦学系统处于不稳定磨损阶段；动力试验装置、加速度传感器、信号采集设备、降噪单元和中央处理单元之间电连接；摩擦学系统通过对其激励f(t)测其振动响应x(t)获得它的动力学特性；传递函数是系统动态特性的准确描述，反映系统输出与输入之间在复域中的关系，其定义为：初始条件为零时系统输出信号x(t)的拉普拉斯变换与输入信号f(t)的拉氏变换之比，记作H(s)；每5分钟设定一个时间点，共设定13个时间点；$H\left(s\right)=\frac{X\left(s\right)}{F\left(s\right)}---\left(1\right)$式中：X(s)—输出信号x(t)的拉氏变换；F(s)—输入信号f(t)的拉氏变换；在振动信号处理中，频域分析更为有效，为了描述磨合动力学系统特性，在充分考虑系统非线性影响下，将磨合动力学系统近似为线性定常系统，用系统频响函数H(jω)来代替传递函数H(s)有$H\left(j\mathrm{\ω}\right)=\frac{X\left(j\mathrm{\ω}\right)}{F\left(j\mathrm{\ω}\right)}---\left(2\right)$即X(jω)＝H(jω)F(jω)式中：X(jω)—输出信号x(t)的傅立叶变换；F(jω)—输入信号f(t)的傅立叶变换；H(jω)称为频响函数，或称为传递函数，有时也称为导纳；频响函数是从频域角度描述系统的动力学特性，并且与激励方式无关；频响函数是复函数，按幅值、位相角分解为H(jω)＝A(ω)e^jθ(ω)   (3)式中：A(ω)－幅频特性θ(ω)－相频特性按其实部、虚部写为H(jω)＝H_R(ω)+H_I(ω)j   (4)式中：H_R(ω)－实频特性ω的实函数；H_I(ω)－虚频特性ω的虚函数；若以水平轴、铅直轴分别表示实频特性、虚频特性的值，给定一个ω值，决定一个矢量，当频率ω变化时，矢端的迹线称作Nyquist曲线图(导纳矢端迹线)，因此频响函数能够用幅相特性、实虚特性、Nyquist曲线表示；每5分钟设定一个时间点，共设定13个时间点，磨合进行到5min和10min时，摩擦振动Nyquist曲线均未包围(‑1,j0)点，表明磨合系统处于稳定磨损阶段；当磨合进行到10min以后，摩擦副表面磨损剧烈，产生强烈的摩擦自激振动，引起磨合系统不稳定的自激震荡，磨合进行到15min、25min及35min时，摩擦振动Nyquist曲线均包围(‑1,j0)点，表明磨合系统处于不稳定磨损阶段；当磨合进行到40min后，摩擦振动Nyquist曲线均未包围(‑1,j0)点，表明磨合系统处于稳定状态。