[发明专利]基于轴盘的转子六自由度运动测试及其运动参数解耦方法

说明书

本发明公开了基于轴盘的转子六自由度运动测试及其运动参数解耦方法，该方法先制备一个高精度的“轴盘”测试件和位移传感器工装；将轴盘测试件固结在转子上；在轴盘测试件的圆盘面上布置三个测点(测轴向运动)，标准轴的圆柱面上布置两个测点(测径向运动)，轴肩处布置角度编码器(测回转运动)，通过工装保证位移传感器测量位置的准确性；建立固定坐标系与轴盘测试件的动坐标系，将位移传感器和编码器的测量值以矢量表示，建立轴盘测试件的轴线六自由度运动矢量与测试矢量的关系模型；以位移传感器和编码器的离散测量数据为已知量，求解转子/轴盘测试件轴线的六自由度运动。应用该方法可解耦转子每个瞬时的六自由度运动。

技术领域

本发明属于转子运动精度测试技术领域，涉及一种基于轴盘的转子六自由度运动测试及其运动参数解耦方法。

背景技术

转子真实运动是衡量传动系统运动和动力传递质量的关键指标，直接影响精密机床、仪器转台、齿轮传动装置等机械设备的精度特性。转子的理想运动为单自由度的回转运动，其它五个自由度受刚性约束，然而由于各零件的制造误差和弹性变形，转子的真实运动呈现六自由度的空间运动，需要通过运动测试和六自由度解耦方法评价转子运动的精度特性。早在上世纪70年代，国际机械生产技术研究协会发表了“关于回转轴性能和误差运动测定”的统一文件，对回转轴线等术语进行了统一的定义，推动了转子运动测试的研究。现今，转子运动测试广泛应用于精密装备的精度评价、误差补偿和故障诊断当中，随着机械装备的精度需求不断提高，转子六自由度运动测试及其运动参数精确解耦问题日益凸显，已经成为转子运动特性评价、补偿和故障诊断的主要问题。

转子运动测试最早采用单向测量和双向测量方法测试转子的径向运动；随后采用径向运动测试和轴系运动测试相结合的方法，在直接坐标系三个方向安装位移传感器，对固结在转子上的标准棒进行检测，可测试转子的径向和轴系运动；转子倾角方向的运动可通过多个截面布置位移传感器进行测试；以上的测试方法仅能测试转子的部分运动参数(径向、轴向或倾角)。1992年美国雄狮公司采用双标准球五点法，结合编码器测试转子的真实运动，可实现转子六自由度运动测试，但双标准球的加工难度很大且测试转子运动的使用条件十分苛刻，尤其轴向测试对转子结构和空间要求很高，难以适用于所有转子的运动测试当中。通过四个位移传感器测量标准棒两个截面径向运动、一个位移传感器测量轴向运动，可简单地测试转子的六自由度运动，但该种测试方案占用空间较大、轴向位移传感器在闭式传动链中难以布置，并且由于位移传感器测试表面为圆柱面(非球面)—即随转子运动测点到转子轴线的垂足位置始终变化，通过假设该垂足位置不变可解耦六自由度运动参数，但引入了测量原理误差，使解耦的运动参数不准确，难以满足精密设备的运动测试要求。

发明内容

为了克服现有技术中存在的转子六自由度运动测试的通用性以及六自由度运动参数精确解耦问题，本发明提出了基于轴盘的转子六自由度运动测试及其运动参数解耦方法，以高精度“轴盘”测试件代替双标准球，将轴盘固结在转子上，通过圆盘面上布置三个测点、标准轴圆柱面上布置两个测点、轴肩上安装角度编码器对转子运动进行测试，五个测点的传感器固定于位移传感器工装上，并基于刚体运动几何学原理，制定转子运动测试方案，通过位移传感器和角度编码器离散测试数据，解耦转子每个瞬时的六自由度运动。由此解决了转子六自由度运动测试的通用性以及六自由度运动参数的精确解耦问题，为精密装备精度评价、误差补偿和故障诊断提供运动测试和六自由度解耦方法。

本发明的具体技术方案为：

基于轴盘的转子六自由度运动测试及其运动参数解耦方法，包括步骤如下：

步骤1：制备一个轴盘和位移传感器工装，所述轴盘是包括标准轴、圆盘和轴肩的一体结构，标准轴位于圆盘和轴肩之间，标准轴的轴线垂直于圆盘面，并与圆盘面和轴肩同心；所述位移传感器工装包括传感器安装孔和螺纹孔，用于位移传感器的安装和定位；轴盘和位移传感器的平面度、圆柱度、垂直度、位置度公差要求高于转子运动精度一个数量级；