[发明专利]一种轴承—转子系统特性参数的在线测试方法

权利要求书

1.一种轴承-转子系统的特性参数在线测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在滑动轴承支撑的轴承-转子系统上，互成90°安装电涡流传感器、控制电源、润滑剂供应系统和信号采集仪；调节主轴转速，通过润滑系统向滑动轴承供应润滑剂；开启驱动电机带动主轴旋转，润滑介质在轴承和主轴之间形成润滑膜；开启信号采集仪，设置信号采集参数；

步骤二、电涡流位移传感器分别采集滑动轴承处和质量盘处的振动位移信号，通过信号采集仪存储；然后，采用有限元方法建立该轴承-转子系统的模型，在此模型中，轴承的刚度、阻尼、转子的不平衡量可以按照计算需要进行调整；

步骤三、通过机械动力学建模和遗传算法相结合的轴承-转子系统特性参数寻优方法，以刚度、阻尼以及转子的不平衡量作为优化参数，使模型得到的振动状态与实际测量值最为接近，此时由仿真模型获得的刚度、阻尼和转子的不平衡量参数可以认为等同于轴承的实际的刚度、阻尼以及转子的不平衡量，从而最终实现该轴承-转子系统的滑动轴承刚度、阻尼系数以及转子偏心量的在线求解。

2.根据权利要求1所述的一种轴承—转子系统的特性参数在线测试方法，其特征在于，步骤二所述的采用有限元方法建立轴承—转子系统模型，首先将转子划分为若干个单元，各单元彼此在结点处联接，并依次编号，沿轴线把转子质量及转动惯量集总到若干节点上，集总质量的节点选择在圆盘中心，轴颈中心以及轴截面突变处，当节点间的弹性轴段为等截面轴时，质量、直径转动惯量及极转动惯量集总如下： 

式中：

M_i、J_pi 、J_di ——集总到节点i处质量、极转动惯量及直径转动惯量；

M_i^d、J_pi ^d、J_di^d ——节点i处圆盘质量、极转动惯量及直径转动惯量；

μ、J_pi 、J_di ——单位长度轴段的质量、极转动惯量及直径转动惯量；

l——轴段长度；

对于弹性轴段单元，如图7所示，将该单元的两端的节点的位移作为其广义坐标：

若轴段单元的单位长度质量、直径转动惯量及极转动惯量分为为μ、j_d及j_p，通过求得该单元的动能及Lagrange方程可得该弹性轴段的运动方程：

式中：

M_s——质量矩阵；

Ω[J_s]——回转矩阵；

K_s——刚度矩阵；

Q_1s、Q_1s——广义力向量；

通过轴承处轴颈的相对位移和速度与相应的轴承刚度、阻尼系数矩阵相乘 得到轴颈处的受力情况，具体过程是：若轴颈中心的编号为s(j)，轴承中心及轴颈中心的坐标为(x_b、y_b)和(x_s(j)、y_s(j))，轴承座的运动方程为：

假设基础刚性较好，即x_b=y_b=0，则油膜作用于轴颈节点处的广义力是：

将轴承转子系统划分为N个节点N-1个轴段组成的有限元模型，系统的位移向量为：

综合以上各式，即综合刚性圆盘与弹性轴段单元运动方程，并将滑动轴承的支撑广义力并入转子系统的刚度和阻尼矩阵相应元素中，可得该轴承转子系统的运动方程：

其中，Q₁,Q₂不包含支承轴承反力，设第j个轴承为油膜轴承(j=1,2,…,L)，则在2N×2N阶的矩阵[c₁₁]、[c₁₂]、[c₂₁]、[c₂₂]、[k₁₁]、[k₁₂]、[k₂₁]和[k₂₂]中，除2s(j)-1行及2s(j)-1列(j=1,2,…L)中元素c_xx、c_xy、c_yx、c_yy、k_xx、k_xy、k_yx和k_yy外，其余元素都是零。

3.根据权利要求1所述的一种轴承-转子系统的特性参数在线测试方法，其特征在于，步骤三所述的参数寻优方法具体为：

A、随机批量生成轴承的刚度、阻尼系数以及转子的偏心量，作为遗传算法的初始种群；

B、采用随机生成的轴承-转子系统的相关参数求解该建立轴承-转子系统模型；

C、将通过模拟得到的轴承-转子系统的振动状态与实际在线测量得到的振动状态相比较，以二者轴心轨迹的位置差值为适应度函数；

D、将与实际振动状态最近似的参数个体作为适应度较高的染色体用于遗传算法操作，即该染色体通过遗传选择、交叉和变异的过程，生成新一代的种群；

E、重复步骤B-D，直到500次遗传代数。