[发明专利]一种改进的高速主轴全息动平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械故障诊断与控制方法，特别涉及一种基于三点法误差分离技术的全息动平衡方法，该方法能够用于表面存在圆度误差，运行速度存在波动的主轴故障的定性分离、不平衡故障的识别、主轴不平衡量的衡量与估计以及配重方案的制定。

背景技术

“转子全息动平衡方法”(中国发明专利ZL97108694.X)公开了一种利用全息谱信息融合的原理，采用旋转机械振动信号对转子进行运行状态监测诊断的方法，该方法是基于测量面截面形状是理想圆这一假设条件，主轴的测量截面一方面匀速自转，另一方面中心沿着振动轨迹运动，截面中心绕轨迹运动一周，转子截面也自转了360°。相对于某一传感器来说，测量截面上的各点依次通过传感器，当测量截面是理想的圆时，传感器的输出信号就是测量截面中心点的信号。

目前“转子全息动平衡方法”技术在汽轮机、离心式压缩机、燃气轮机、风机等大型旋转机械故障监测领域得到广泛应用，对于这一类设备，其转子的轴心轨迹远远大于被测截面圆度误差，可以将被测截面假设为理想圆。而在高精密加工领域中，作为工作母机的数控机床主轴转子轴心轨迹通常与圆度误差处于同一个量级，在某些场合，甚至比圆度误差还要小得多。因此，如果采用传统的全息动平衡方法对高速主轴系统进行监测，由于测量面上存在不可忽略的圆度误差，由该误差引起的虚假信号会叠加到转子的真实振动信号上，严重时会引起监测中的虚警或导致错误的诊断结论。

误差分离技术经过多年的发展，已有多种基于误差分离技术的圆度测量模型和分离算法，其中三点法误差分离技术具有安装方便，适合在线测量等优势，其利用被测轮廓不变这一基本特征，采用一定的数学方法和算法将传感器输出的、包含被测工件的圆度误差以及测量机构轴心轨迹的信号予以处理，最终将被测工件的圆度误差和测量机构的轴心轨迹区分开，实现测量机构轴心轨迹的精密测量。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种改进的高速主轴全息动平衡方法，即将基于三点法的误差分离技术与全息谱动平衡技术有效结合，相比较于背景技术的“转子全息动平衡方法”，能剔除主轴被测截面圆度误差导致的干扰，有效提高动平衡分析的精度，以实现旋转机械全息动平衡方法的拓展，扩大应用范围。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种改进的高速主轴全息动平衡方法，其特征在于：包括下述步骤：

步骤一，采集故障高速主轴平衡转速下两个以上测试截面的原始振动信号；

步骤二，根据三点法误差分离法对高速主轴各截面的原始振动信号进行圆度误差分离，得到剔除圆度误差之后的实际轴心轨迹；

步骤三，根据信息融合法，针对步骤二中获取的轴心轨迹的x、y分量得到各测试截面的工频二维全息谱图；判断高速主轴的振动主导故障源是否为不平衡；获得各测试截面的工频椭圆初相矢；

步骤四，根据主轴实际振动情况确定试重添加的大小及相位，然后添加试重并测量主轴加载试重后的振动情况，对所获数据再次按步骤二和步骤三进行处理；

步骤五，根据获得的各测试截面的原始振动信号及试重振动信号，以各截面工频椭圆的初相矢为平衡目标，进行平衡校正计算；

步骤六，根据平衡校正计算得到的结果，在主轴上添加平衡配重，测试配重后的主轴振动情况；对测试所得数据仍按步骤二和步骤三进行处理，记录添加平衡配重后各测试截面振动数据及工频椭圆初相矢；

步骤七，根据步骤六所得各测试截面振动信号，判断平衡操作是否已经将主轴振动降至预期值；如果振动情况降至预期值，平衡操作结束；否则，以步骤六平衡操作后的振动为原始振动，从步骤四开始进行精细平衡，如果主轴振动降至预期值，完成平衡操作。

上述方案中，所述振动信号原始采集及试重、配重测量过程中，在高速主轴两端安排2个测试截面及配重盘，在每个测量截面圆周上安排3个电涡流位移传感器，各传感器测头与x轴的夹角分别为所述电涡流位移传感器采集的测量信号，通过一个电压信号调理模块调理放大后，输出至一个高速数据采集卡，该高速数据采集卡通过PCI数据总线，将数据传输至工业计算机。在高速主轴其中一个轴承内侧还可安装一个磁栅编码器，磁栅编码器输出零相位信号和与编码器线数对应的圆周正弦波信号，通过一个正弦波调理模块，将正弦波信号转化成方波信号输出，该正弦波调理模块输出的方波信号，输入到一个同步计数卡中，该同步计数卡对圆周方波信号进行倍频或分频，零相位信号通过同步计数卡控制倍频或分频后的圆周方波信号的输出，再触发高速数据采集卡同步采集电涡流位移传感器数据。

本发明的高速主轴全息动平衡方法，具有以下优点：