[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

本發明公開了一種飛輪軸承動剛度的測量方法，其特征在于，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；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和軸向平移頻率；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，根據幅值函數對數據擬合得出徑向阻尼系數和軸向阻尼系數；計算得出飛輪軸承的徑向動剛度和軸向動剛度。本發明采用間接測量能避免對結構的拆裝與破壞，具有計算簡單、非侵入性、結果實時性與可視化的有益效果。

技術領域

本發明涉及一種飛輪軸承動剛度的測量方法，屬于工程測量計算技術領域。

背景技術

旋轉機械是現代工業中應用最為廣泛的設備之一，其狀態監測、故障診斷已成為系統設計與維護中最為關鍵的部分。作為典型的旋轉機械，飛輪由運動轉子、支撐軸承及保護罩等組成，主要用于航天器的姿態控制。在對衛星進行顫振特性研究時，往往需要獲取飛輪的相關特征參數。

通常情況下，飛輪的軸承剛度由軸承生產商提供，普遍的測量方法是根據求解力的變換量與相應位移的變化量建立剛度測量模型。這種測量值一般在裝配前測得，對于實際運轉過程中的飛輪存在一定誤差，不具備時效性。在對一體式結構的飛輪軸承動剛度進行實時測量時，往往需要將軸承從原結構中拆離，安裝在特定的設備上進行測量。這種方法不僅對測量設備精度要求較高，同時會破壞結構固有裝配特性，且耗時費力。

為實施有效的動態測量，采取一種間接方法對飛輪軸承動剛度進行測量。由于實際加工誤差，飛輪轉子自身存在著一定不平衡量，在飛輪運轉時會與軸承瑕疵作用產生一系列的諧波振動。諧波通過內部結構模態放大，會對飛輪的正常運行和星上有效載荷造成不良后果。雖然飛輪的微振動百弊叢生，但對結構內部的故障識別與特征提取卻具有極其重要的意義，其中就包括對飛輪軸承動剛度的測量。

發明內容

本發明所要解決的問題是：現有測量飛輪軸承動剛度的方法必須拆卸飛輪結構，易對原有裝配特性造成破壞，且需要特定高精度測量設備，產生不必要的人力物力浪費，無法實時監測的問題。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：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，根據幅值函數對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。

優選地，所述步驟1)中微振動測試設備包括用于固定待測飛輪的轉接工裝，轉接工裝固定于測力平臺上，測力平臺上設有四個三軸壓電式測力傳感器，用于對飛輪三向擾動力進行測量，三軸壓電式測力傳感器與電荷放大器連接，電荷放大器通過數據采集系統連接計算機，數據采集系統與計算機連接，電荷放大器將輸出的電荷轉換為成比例的電壓信號，數據采集系統用于信號的數字轉換與傳輸，計算機用于對采集信號進行處理與計算。