[發明專利]一種飛輪軸承動剛度的測量方法

有效

• 申請號: 201910361917.7
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110044625B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 徐洋;尹顯波;盛曉偉;申妍
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045;G01M5/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

1.一種飛輪軸承動剛度的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)：將待測飛輪安裝在微振動測試平臺上，驅動飛輪至最大轉速后進行慣性停車，通過采集系統獲取整個運行狀態下的三向擾動力信號；

步驟2)：對采集的時域信號進行快速傅里葉變換，并繪制出飛輪三向轉速頻譜圖，通過幅值大小提取轉子徑向平移頻率f_r和軸向平移頻率f_a；

步驟3)：在x、z向轉速頻譜圖上分別提取與徑向、軸向平移模態共振放大的高次諧波振幅數據，根據振幅函數對高次諧波振幅數據擬合得出徑向阻尼系數ξ_r和軸向阻尼系數ξ_a；

步驟4)：通過式1和式2計算得出飛輪軸承的徑向動剛度k_r和軸向動剛度k_a：

其中，f_r為徑向平移頻率，m為飛輪轉子質量，ξ_r為徑向阻尼系數，f_a為軸向平移頻率，ξ_a為軸向阻尼系數。

2.如權利要求1所述的飛輪軸承動剛度的測量方法，其特征在于，所述步驟1)中微振動測試平臺包括用于固定待測飛輪的轉接工裝(1)，轉接工裝(1)固定于測力平臺(2)上，測力平臺(2)上設有四個三軸壓電式測力傳感器(201)，用于對飛輪三向擾動力進行測量，三軸壓電式測力傳感器(201)與電荷放大器(3)連接，電荷放大器(3)通過數據采集系統(4)連接計算機(5)，數據采集系統(4)與計算機(5)連接，電荷放大器(3)將輸出的電荷轉換為成比例的電壓信號，數據采集系統(4)用于信號的數字轉換與傳輸，計算機(5)用于對采集信號進行處理與計算。

3.如權利要求1所述的飛輪軸承動剛度的測量方法，其特征在于，所述步驟4)中式1和式2的構建過程如下：

將飛輪的軸承等效為彈簧-阻尼系統，其三自由度振動下的加速度、速度、位移分別為a、v、u，系統的質量、阻尼和剛度矩陣分別為M、C、K，所受激勵力為F，通過拉格朗日建立系統動力方程，得到式3：

Ma+Cv+Ku＝F 式3；

求解系統動力方程得到飛輪徑向平移頻率f_r和軸向平移頻率f_a：

對測算式4和式5變換得到：

4.如權利要求1所述的飛輪軸承動剛度的測量方法，其特征在于，所述步驟3)中的徑向阻尼系數ξ_r和軸向阻尼系數ξ_a構建過程如下：

步驟3.1)：由單自由度質量-彈簧-阻尼模型得到系統的徑向、軸向的振幅放大系數β_r和β_a分別為：

其中，Ω為飛輪轉速，Ω_r為諧波與徑向平移模態發生共振轉速，Ω_a為諧波與軸向平移模態發生共振轉速；

步驟3.2)：提取與徑向和軸向平移模態發生共振的h_i階次諧波，根據飛輪的微振動模型得到徑向、軸向振幅函數A_r(Ω)和A_a(Ω)分別為：

A_r(Ω)＝C_rΩ²β_r 式8；

A_a(Ω)＝C_aΩ²β_a 式9；

其中，C_r為徑向諧波振幅系數，C_a為軸向諧波振幅系數；

步驟3.3)：通過徑向和軸向振幅函數對提取到的諧波振幅數據進行擬合，得到飛輪軸承的徑向阻尼系數ξ_r和軸向阻尼系數ξ_a。