[发明专利]一种基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法

权利要求书

1.一种基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法，其特征在于：包括转轴及设在转轴上的轮盘，在轮盘或转轴上标定角度坐标，建立旋转坐标系，在轮盘两侧转轴的截面布置互相正交的应变传感器；分别记录轮盘在两个互相垂直方向上不同受力情况下对应方向上的应变值，分别标定出在这两个方向的应变和力之间的关系的方向系数；启动电机，给定平衡转速n，在旋转坐标系下测量截面两个垂直方向上的应变平均值；通过所得应变平均值、两个互相垂直方向上的方向系数可计算轮盘上的不平衡力的大小和相位，其中相位可由旋转坐标系直接读出；由所求不平衡力、给定的平衡转速n，再由给定的加重半径r，求得轮盘上加重的重量m和相位θ。

2.如权利要求1所述的基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法，其特征在于：所述转子的轮盘数量为大于等于1个。

3.如权利要求1所述的基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

A、在转轴上的待识别轮盘两侧布置应变传感器；

B、应变传感器标定：将轮盘不同方向标记到水平位置，记录不同受力情况下的应变值，标定应变值和力之间的关系的方向系数；

C、由应变值和方向系数求作用在轮盘上的力；

D、启动电机，给定平衡转速n，测量若干周期内轮盘的应变平均值；

E、由所得应变平均值、方向系数计算测量截面上不平衡力的大小和相位；

F、由所求不平衡力、给定的平衡转速n，在给定加重半径r后，计算测量截面上所需加重重量的大小和相位。

4.如权利要求3所述的基于旋转坐标系的多轮盘转子动平衡检测方法，其特征在于，所述步骤B具体过程包括：

①0°-180°方向应变传感器标定

将轮盘0°-180°标记转动到水平位置，记录三个截面0°-180°方向应变值由#1、#2轮盘受力分析可知,#1、#2轮盘0°-180°方向受力为0：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\·{\mathrm{\ϵ}}_{1x}^{\#0}+{\mathrm{\α}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{2x}^{\#0}+{\mathrm{\α}}_3\·{\mathrm{\ϵ}}_{3x}^{\#0}=0\\ {\mathrm{\α}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{1x}^{\#0}+{\mathrm{\α}}_5\·{\mathrm{\ϵ}}_{2x}^{\#0}+{\mathrm{\α}}_6\·{\mathrm{\ϵ}}_{3x}^{\#0}=0\end{array}---\left(1\right)$

式中，α₁～α₆为0°-180°方向系数，反映了轮盘在0°-180°方向所受力与该方向应变之间的关系；

在#1轮盘上沿0°方向施加拉力F，记录三个截面0°-180°方向应变值由#1、#2轮盘受力分析可知，#1、#2轮盘0°-180°方向受力分别为F和0：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\·{\mathrm{\ϵ}}_{1x}^{\#1}+{\mathrm{\α}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{2x}^{\#1}+{\mathrm{\α}}_3\·{\mathrm{\ϵ}}_{3x}^{\#1}=F\\ {\mathrm{\α}}_4\·{\mathrm{\ϵ}}_{1x}^{\#1}+{\mathrm{\α}}_5\·{\mathrm{\ϵ}}_{2x}^{\#1}+{\mathrm{\α}}_6\·{\mathrm{\ϵ}}_{3x}^{\#1}=0\end{array}---\left(2\right)$

在#2轮盘上沿0°方向施加拉力F，记录三个截面0°-180°方向应变值由#1、#2轮盘受力分析可知,#1、#2轮盘0°-180°方向受力分别为0和F：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\·{\mathrm{\ϵ}}_{1x}^{\#2}+{\mathrm{\α}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{2x}^{\#2}+{\mathrm{\α}}_3\·{\mathrm{\ϵ}}_{3x}^{\#2}=0\\ {\mathrm{\α}}_4\·{\mathrm{\ϵ}}_{1x}^{\#2}+{\mathrm{\α}}_5\·{\mathrm{\ϵ}}_{2x}^{\#2}+{\mathrm{\α}}_6\·{\mathrm{\ϵ}}_{3x}^{\#2}=F\end{array}---\left(3\right)$

由上述⑴～⑶式可列矩阵方程式如下：

$\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#0}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#0}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#1}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#1}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#2}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_1\\ {\mathrm{\α}}_2\\ {\mathrm{\α}}_3\\ {\mathrm{\α}}_4\\ {\mathrm{\α}}_5\\ {\mathrm{\α}}_6\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ F\\ 0\\ 0\\ F\end{array}\right]---\left(4\right)$

由此方程可求出0°-180°方向系数α1～α6；

②90°-270°方向应变传感器标定

将轮盘90°-270°标记转动到水平位置，记录三个截面90°-270°方向应变值由#1、#2轮盘受力分析可知，#1、#2轮盘90°-270°方向受力为0：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_1\·{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#0}+{\mathrm{\β}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#0}+{\mathrm{\β}}_3\·{\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#0}=0\\ {\mathrm{\β}}_4\·{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#0}+{\mathrm{\β}}_5\·{\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#0}+{\mathrm{\β}}_6\·{\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#0}=0\end{array}---\left(5\right)$

式中，β₁～β₆为90°-270°方向系数，反映了轮盘在90°-270°方向所受力与该方向应变之间的关系；

在#1轮盘上沿90°方向施加拉力F，记录三个截面90°-270°方向应变值由#1、#2轮盘受力分析可知，#1、#2轮盘90°-270°方向受力分别为F和0：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_1\·{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#1}+{\mathrm{\β}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#1}+{\mathrm{\β}}_3\·{\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#1}=F\\ {\mathrm{\β}}_4\·{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#1}+{\mathrm{\β}}_5\·{\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#1}+{\mathrm{\β}}_6\·{\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#1}=0\end{array}---\left(6\right)$

在#2轮盘上沿90°方向施加拉力F，记录三个截面90°-270°方向应变值由#1、#2轮盘受力分析可知，#1、#2轮盘90°-270°方向受力分别为0和F：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_1\·{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#2}+{\mathrm{\β}}_2\·{\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#2}+{\mathrm{\β}}_3\·{\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#2}=0\\ {\mathrm{\β}}_4\·{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#2}+{\mathrm{\β}}_5\·{\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#2}+{\mathrm{\β}}_6\·{\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#2}=F\end{array}---\left(7\right)$

由上述⑸～⑺式可列矩阵方程式如下：

$\left[\begin{array}{cccccc}{\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#0}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#0}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#0}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#1}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#1}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#1}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#2}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& {\mathrm{\ϵ}}_{1y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{2y}^{\#2}& {\mathrm{\ϵ}}_{3y}^{\#2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_1\\ {\mathrm{\β}}_2\\ {\mathrm{\β}}_3\\ {\mathrm{\β}}_4\\ {\mathrm{\β}}_5\\ {\mathrm{\β}}_6\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ F\\ 0\\ 0\\ F\end{array}\right]---\left(8\right)$

由此方程可求出90°-270°方向系数β₁～β₆。