[發明專利]一種精密軸系徑向回轉精度激光測量系統及方法

有效

• 申請號: 201711450309.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108106559B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 章云;董洋;雷偉濤;陳貴敏
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 61108 西安吉盛專利代理有限責任公司
• 代理人: 張超<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種精密軸系徑向回轉精度激光測量方法，其特征在于，該方法采用的精密軸系徑向回轉精度激光測量系統包括支撐底座（1），所述支撐底座（1）上固定有電機（2），所述電機（2）的輸出軸通過第一聯軸器（5）與轉軸（6）的左端連接，所述轉軸（6）通過軸承（7）架設于所述支撐底座（1）上，轉軸（6）的右端通過第二聯軸器（8）與激光頭連接，同時，所述第二聯軸器（8）將轉軸（6）與激光頭對中，以確保在轉軸（6）旋轉過程中激光頭與轉軸（6）緊密結合且不會發生傾斜及不對中現象；所述激光頭沿轉軸（6）的中心軸向右發射激光，所述支撐底座（1）上位于激光頭右側設有位置敏感探測器，所述激光頭發射的激光垂直照射到該位置敏感探測器的探測面上，將轉軸（6）的振動信號轉化為位置敏感探測器采集到的光信號；所述位置敏感探測器與數字采集卡（11）信號連接，數字采集卡（11）與上位機（9）信號連接，激光頭發射的激光束照射到位置敏感探測器的探測面中心，位置敏感探測器將采集到的光信號傳送給數字采集卡（11），轉化為電信號后發送至上位機，進而從上位機（9）得到振動數據；所述激光頭與供電電池電連接；所述第二聯軸器（8）包括軸體（13），所述軸體（13）的左端開設有用于套接所述轉軸（6）右端的圓柱狀凹槽，且軸體（13）左端的側壁上設有將轉軸（6）和軸體（13）緊固在一起的頂緊螺栓（12）；所述軸體（13）的右端開設有用于插入所述激光頭的激光頭插孔（16），所述軸體（13）右端的側壁上沿其周向開設有多個定位螺孔，各定位螺孔內均螺紋連接有一微調螺栓（15），該多個微調螺栓（15）用于將激光頭固定于激光頭插孔（16）內，并用于激光頭對中時的微調；所述軸體（13）的中部開設有電池槽（14），所述電池槽（14）用于安裝對激光頭提供工作電源的供電電池；

該方法包括如下步驟：

步驟一、慢速旋轉轉軸，同時采集激光光束在位置敏感探測器上的信息，利用微調螺栓（15）調整激光頭的安裝位置，使激光光束與轉軸回轉中心重合；

步驟二、將轉子振動平臺運行至某一穩定轉速，采集位置敏感探測器信號，通過靈敏度換算得到未經修正的徑向回轉精度信息；

步驟三、根據轉子振動平臺的幾何參數，包括軸承位置、轉軸長度、轉軸半徑，構建轉子系統動力學模型，進而計算轉子在該轉速下的振動響應，得到激光光源處的轉子振動曲線的斜率；

步驟四、根據步驟三中得到的轉軸末端的轉子振動曲線的斜率以及轉軸末端與位置敏感探測器之間的直線距離，計算得到位置敏感探測器中徑向回轉精度的實際放大倍數；

步驟五、根據步驟四中得到的徑向回轉精度的實際放大倍數，對步驟二中得到的未經修正的徑向回轉精度信息進行修正，得到準確的精密軸系徑向回轉精度信息。

2.根據權利要求1所述的一種精密軸系徑向回轉精度激光測量方法，其特征在于，步驟三中，構建轉子系統動力學模型以得到激光光源處的轉子振動曲線的斜率，包括以下步驟：

步驟1、基于軸承內部滾動體的離心效應與陀螺效應，對由滾動體的幾何約束方程與力平衡方程組成的非線性方程組進行求解，得到軸承的剛度；

步驟2、由Hamilton原理得到梁模型的運動微分方程，采用有限元方法中的伽遼金法對方程進行求解，得到梁單元的質量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣和單元力列向量；

步驟3、將得到的軸承剛度矩陣與梁單元的矩陣進行組集后，得到五自由度的轉子系統動力學模型；

步驟4、通過轉子系統動力學模型的齊次方程，解出系統固有頻率，通過給動力學模型施加正弦激勵，得到系統位移頻響曲線；

步驟5、根據實驗得到的系統固有頻率及頻響曲線，調整步驟1、步驟2中的質量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣的矩陣參數，修正步驟3中得到的轉子系統動力學模型；

步驟6、基于步驟5中得到的轉子系統動力學模型，通過直接積分法求解給定轉速下轉子振動響應；

步驟7、根據轉子不同位置處的振動響應，繪制轉子振動曲線，得出轉軸末端的振動曲線斜率。

3.如權利要求1所述的一種精密軸系徑向回轉精度激光測量方法，其特征在于，所述電機（2）通過電機底座和電機固定架（4）固定在支撐底座（1）上，其中電機底座固定于支撐底座（1）上，電機固定架（4）固定于電機底座上。