[發明專利]基于載荷重構的滑動軸承油膜特性參數反求方法

有效

• 申請號: 201610167901.9
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105865783B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 劉杰;李錕;韓旭;姜潮;郭志陽
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386
• 代理人: 王濤,左萌

技術領域

本發明屬滑動軸承油膜特性測量技術領域，尤其涉及一種基于等效動態載荷重構的滑動軸承油膜特性參數識別方法。

背景技術

轉子-滑動軸承系統的流固耦合動力特性由轉子和滑動軸承共同影響。滑動軸承的油膜特性參數是影響該系統動力特性的關鍵因素之一。對于轉子-滑動軸承系統，滑動軸承的油膜載荷引起的轉子運動失穩現象是突出問題，而滑動軸承的油膜特性參數更是直接影響電主軸動力特性計算和穩定性分析的重要因素。隨著電主軸系統向高速、大功率、大型化方向發展，工程中對滑動軸承油腔形狀的設計要求越來越高。對于復雜油腔從理論或數值分析角度很難全面準確地求解油膜特性。而依靠實驗測試，受技術或經濟條件的限制，滑動軸承的油膜特性參數很難甚至根本無法進行直接測量。由于轉子-滑動軸承系統轉子的不平衡響應等動力特性的測量卻相對容易和準確，因此利用測量的轉子不平衡響應對滑動軸承油膜特性參數進行識別顯得具有重要實際意義。

發明內容

針對滑動軸承油膜特性參數難以直接實驗測量的困難，本發明提出一種利用轉子的不平衡響應來識別滑動軸承油膜特性參數的方法，從而為轉子-滑動軸承系統的流固耦合動力特性以及轉子-軸承系統的動平衡控制、故障診斷和檢測等的設計研究提供準確的結構特性參數。

根據本發明的一個方面，提供一種基于等效動態載荷重構的滑動軸承油膜特性參數識別方法，包括如下步驟：

步驟1：按照實際情況對轉子-滑動軸承系統進行不平衡響應實驗，測量獲得轉子轉動過程中的不平衡響應；

步驟2：建立轉子的動力學有限元模型，并將滑動軸承油膜對轉子的支撐作用等效成兩個徑向的邊界載荷約束；

步驟3：建立轉子系統等效油膜載荷反求的正向模型，重構油膜載荷；

步驟4：建立等效油膜載荷與油膜特性參數之間的映射關系并進行求解輸出。

優選地，將油膜特性參數識別問題轉化為等效動態載荷識別問題。

優選地，在所述步驟1中，測量的不平衡響應包括用于油膜載荷重構的不平衡位移響應和用于油膜特性參數識別的軸承支撐處轉子的不平衡位移和速度響應。

優選地，在所述步驟2中，將滑動軸承油膜對轉子的支撐作用等效成兩個徑向的動態載荷。

優選地，在所述步驟3中，轉子系統等效油膜載荷反求的正向模型是基于格林函數法建立的，其表達式為

式中y^e(t)表示油膜載荷引起的轉子動態不平衡響應，由測量響應減去計算的不平衡激振力引起的轉子不平衡響應得到，T表示測量時間，g_i(t)表示第i個格林核函數，表示第i個等效油膜載荷。當有n個滑動軸承支撐轉子時，將有2n個等效油膜載荷同時作用于轉子系統。

優選地，在所述步驟3中，利用正則化方法在測量響應帶噪聲的情況下穩定識別等效油膜載荷。

優選地，在所述步驟4中，等效油膜載荷與對應的不平衡響應的構成關系表達式如下：

式中表示兩個徑向的等效油膜載荷，和分別為油膜的剛度矩陣和阻尼矩陣，y_x和y_y分別表示軸承支撐處轉子兩個徑向的不平衡位移響應，和分別表示軸承支撐處轉子兩個徑向的不平衡速度響應。

優選地，在所述步驟4中，基于最小二乘法對油膜特性參數進行求解識別。

本發明創新性地提出了一種利用轉子的不平衡測量響應來實現滑動軸承油膜特性參數識別的方法。該方法通過將油膜參數識別問題轉化為動態載荷識別問題進行求解，綜合了實驗測試和數值計算，只利用不平衡響應實驗測量結果就可準確穩定地獲取滑動軸承的油膜特性參數。

根據上述技術方案，本發明的有益效果包括：

(1)轉子-滑動軸承系統的轉子在高速下運轉，受測試設備及經濟條件的限制，常規的測試方法很難對滑動軸承的油膜特性參數進行直接測量。本發明從計算反求技術出發，為難以測量的油膜特性參數提供了一種便捷有效的間接獲取方法。

(2)本發明在進行油膜特性參數識別時，充分利用了相對容易準確測量的轉子不平衡響應信息，并結合準確的轉子有限元模型和計算反求算法，這提高了油膜特性參數識別的效率和精度。

(3)本發明進行一次轉子-滑動軸承系統的不平衡響應測試，就能獲取各個滑動軸承油膜的特性參數，包括剛度特性參數和阻尼特性參數，這有效地節省了測量成本。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。