基于连续动力学的滚动轴承转子系统轴承系数识别方法技术方案

本发明专利技术公开了基于连续动力学的滚动轴承转子系统轴承系数识别方法，利用转轴上4个测点的不平衡响应实现运转转子的滚动轴承刚度和阻尼系数在线识别。本发明专利技术的技术方案包括：获取包括待测轴承测点在内的转轴上4个测点的不平衡响应数据，对所述4个测点的不平衡响应数据无量纲化，并变换到频域，得到4个测点向量；利用4个测点向量计算轴承向量系数；依据轴承向量系数计算得到轴承刚度和阻尼系数。

【技术实现步骤摘要】
基于连续动力学的滚动轴承转子系统轴承系数识别方法
本专利技术转子动力学领域，具体地，涉及一种单盘双跨滚动轴承转子系统轴承系数识别方法。
技术介绍
旋转机械在国民经济各行各业广泛使用，其核心部件为转子。准确地预测临界转速、动力响应、稳定界限等转子动力学行为，能够有效保障旋转机械稳定可靠运行和生产安全。建立一个比较合理的力学模型是转子-轴承系统动力学分析的关键问题之一。若模型中某些参数与实际值差距较大，必将导致动力学分析结果不可信。运转状态下的转子轴承刚度、阻尼系数的确定就是一个难以确定的参数。虽然可以采用实验室静态测量值或各种数值计算方法确定，但由于现场安装后，轴承的工况与实验室或设计工况有不少差异，静态测量值和数值计算值与实际值相差较大，导致计算的临界转速或不平衡响应等与实测值往往不一致。可以说，到目前为止，运转状态下轴承刚度、阻尼系数的确定是转子动力学技术及工程设计中的一个难点。基于连续动力学的滚动轴承-转子系统系数识别方法只需利用转轴上4个测点的不平衡响应数据，就能在线监测运转转子的轴承刚度阻尼，具有重要的理论意义与工程价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供基于连续动力学的滚动轴承-转子系统轴承刚度和阻尼系数识别方法，通过转轴上4个测点的不平衡响应数据，实现就能在线监测运转转子的轴承刚度阻尼系数，为准确地预测运行转子的动力学行为提供技术支撑。本专利技术的技术方案是：1.一种基于连续动力学的滚动轴承-转子系统的轴承刚度、阻尼系数识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)获取包括轴承测点在内的转轴上4个测点的不平衡响应数据；(2)对所述4个测点的不平衡响应数据无量纲化，并变换到频域，得到4个测点向量；(3)计算得到滚动轴承系数向量；(4)利用所述滚动轴承系数向量，得到轴承刚度和阻尼。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，4个测点的不平衡响应数据为：所述4个测点的不平衡响应数据表达式中，zs4表示轴承在转轴上的位置，zs1、zs2、zs3表示转轴其他3个测点的位置，w表示转轴转动频率，β1、β2、β3、β4表示4个测点不平衡响应的相位。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，4个测点向量为：所述4个测点向量表示式中，L为转轴长度，4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转子系统滚动轴承系数向量计算公式为：所述转子系统滚动轴承系数向量计算公式中，E表示转轴弹性模量，I表示转轴振动惯量，ksxx＝kxx+i·w·cxx、ksyy＝kyy+i·w·cyy，kxx、、kyy表示轴承刚度系数，cxx、cyy表示左轴承阻尼系数，gyn11＝Gu(qs1,q1)gyn21＝Gu(qs2,q1)gyn31＝Gu(qs3,q1)gyn12＝Gu(qs1,q2)，gyn22＝Gu(qs2,q2)，gyn32＝Gu(qs3,q2)，gyn13＝Gu(qs1,q3)gyn23＝Gu(qs2,q3)gyn33＝Gu(qs3,q3)Gu(q,qi)、Gv(q,qi)为格林函数，z1表示左轴承在z轴上的坐标，z2表示左轴承在z轴上的坐标，z3表示偏心转盘在z轴上的坐标。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，针对Euler-Bernoulli转子模型，格林函数Gu(q,qi)、Gv(q,qi)为：所述格林函数Gu(q,qi)、Gv(q,qi)表达式中，sj为方程s4-k＝0的根，i取值1、2、3，u(q-qi)为海维赛德函数。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，针对Rayleigh转子模型，格林函数Gu(q,qi)、Gv(q,qi)为：所述格林函数Gu(q,qi)、Gv(q,qi)中，f1(s)＝s7+2L1s5+(L12-P2-K)s3-KL1s，f2(s)＝s6+2L1S4+(L12-P2-K)s2-KL1，f(s)＝s8+2L1·s6+(-2K+L12-P2)s4-2L1K·s2+K2，sj(j＝1-8)为方程f(s)＝0的根，u(q-qi)为海维赛德函数，7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，滚动轴承刚度、阻尼分别为：kxx＝real(ksxx)、kyy＝real(ksyy)、cxx＝imag(ksxx)/ω、cyy＝imag(ksyy)/ω；所述滚动轴承刚度、阻尼系数表达式中，real()表示取复数的实部，imag()表示复数的虚部。本专利技术的有益效果：本专利技术专利所述方法针对单盘双跨滚动轴承-转子系统，利用转轴上4个测点的不平衡响应数据，在线监测运转转子的轴承刚度和阻尼系数，为准确地预测运行转子的动力学行为提供技术支撑，具有易实施、成本低等特点。附图说明图1为基于连续动力学的转子不平衡量识别方法示意图；图2为单盘双跨转子结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术推导过程做进一步说明。(1)设4个测点位置分别为zs1、zs2、zs3、zs4，无量纲化位置分别为qs1、qs2、qs3、qs4，实测不平衡数据在时域内的表达式为：4个实测点不平衡数据在频域内的无量纲化表达式为：(2)根据转子不平衡连续动力学理论，则有：式中，k1.xx、k1.xy、k1.yx、k1.yy表示左轴承刚度系数，c1.xx、c1.xy、c1.yx、c1.yy表示左轴承阻尼系数，k2.xx、k2.xy、k2.yx、k2.yy表示右轴承刚度系数，c2.xx、c2.xy、c2.yx、c2.yy表示右轴承阻尼系数，md表示偏心转盘的质量，w表示转轴的转动频率，e、α分别表示偏心转盘的偏心距离和偏心角度，Gv(q,qi)为格林函数，L表示转轴长度，Y1、Y2、Y3、X1、X2、X3表示左轴承、偏心转盘、右轴承在x方向、y方向上在频域内的无量纲不平衡响应。记则有：记gxn11＝Gv(qs1,q1)gxn21＝Gv(qs2,q1)gxn31＝Gv(qs3,q1)gxn12＝Gv(qs1,q2)，gxn22＝Gv(qs2,q2)，gxn32＝Gv(qs3,q2)；gxn13＝Gv(qs1,q3)gxn23＝Gv(qs2,q3)gxn33＝Gv(qs3,q3)gyn11＝Gu(qs1,q1)gyn21＝Gu(qs2,q1)gyn31＝Gu(qs3,q1)gyn12＝Gu(qs1,q2)，gyn22＝Gu(qs2,q2)，gyn32＝Gu(qs3,q2)gyn13＝Gu(qs1,q3)gyn23＝Gu(qs2,q3)gyn33＝Gu(qs3,q3)联立式(1)～(6)，求解Y(qs4)、X(qs4)，化简后可得由式(7)和(8)可得：式(8)和(10)中，直接测量参数有X(qs1)、X(qs2)、X(qs3)、X(qs4)、Y(qs1)、Y(qs2)、Y(qs3)、Y(qs4)，由模型直接计算参数有gxn11、gxn12、gxn13、gxn21、gxn22、gxn23、gxn31、gxn32、gxn33、gyn11、gyn12、gyn13、gyn21、gyn22、gyn23、gyn31、gyn32、gyn33。(3)所以滚动轴承刚度、阻尼分别为：kxx＝real(ksxx)、kyy＝real(ksyy)、cxx＝imag(ksxx)/ω、cyy＝imag(ksyy)/ω；所述滚动轴承刚度、阻尼系数表达式中，real()表示取复数的实部，ima本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于连续动力学的滚动轴承转子系统的轴承系数识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)获取包括轴承测点在内的转轴上4个测点的不平衡响应数据；(2)对所述4个测点的不平衡响应数据无量纲化，并变换到频域，得到4个测点向量；(3)计算得到滚动轴承系数向量；(4)利用所述滚动轴承系数向量，得到轴承刚度和阻尼。

【技术特征摘要】
1.一种基于连续动力学的滚动轴承转子系统的轴承系数识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)获取包括轴承测点在内的转轴上4个测点的不平衡响应数据；(2)对所述4个测点的不平衡响应数据无量纲化，并变换到频域，得到4个测点向量；(3)计算得到滚动轴承系数向量；(4)利用所述滚动轴承系数向量，得到轴承刚度和阻尼。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，4个测点的不平衡响应数据为：所述4个测点的不平衡响应数据表达式中，zs4表示轴承在转轴上的位置，zs1、zs2、zs3表示转轴其他3个测点的位置，w表示转轴转动频率，β1、β2、β3、β4表示4个测点不平衡响应的相位。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，4个测点向量为：所述4个测点向量表示式中，L为转轴长度，4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转子系统滚动轴承系数向量计算公式为：ksxx＝-[E·I·(X(qs3)·gxn12·gxn23-X(qs3)·gxn13·gxn22-X(qs2)·gxn12·gxn33+X(qs2)·gxn13·gxn32+X(qs1)·gxn22·gxn33-X(qs1)·gxn23·gxn32)]/[L3·X(qs4)·(gxn11·gxn22·gxn33-gxn11·gxn23·gxn32-gxn12·gxn21·gxn33+gxn12·gxn23·gxn31+gxn13·gxn21·gxn32-gxn13·gxn22·gxn31)]；所述转子系统滚动轴承系数向量计算公式中，E表示转轴弹性...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪爱明，孟国营，夏云，毕玉洁，程晓涵，杨杰，时剑文，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11