[发明专利]一种飞轮轴承动刚度的测量方法

权利要求书

1.一种飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将待测飞轮安装在微振动测试平台上，驱动飞轮至最大转速后进行惯性停车，通过采集系统获取整个运行状态下的三向扰动力信号；

步骤2)：对采集的时域信号进行快速傅里叶变换，并绘制出飞轮三向转速频谱图，通过幅值大小提取转子径向平移频率f_r和轴向平移频率f_a；

步骤3)：在x、z向转速频谱图上分别提取与径向、轴向平移模态共振放大的高次谐波振幅数据，根据振幅函数对高次谐波振幅数据拟合得出径向阻尼系数ξ_r和轴向阻尼系数ξ_a；

步骤4)：通过式1和式2计算得出飞轮轴承的径向动刚度k_r和轴向动刚度k_a：

其中，f_r为径向平移频率，m为飞轮转子质量，ξ_r为径向阻尼系数，f_a为轴向平移频率，ξ_a为轴向阻尼系数。

2.如权利要求1所述的飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，所述步骤1)中微振动测试平台包括用于固定待测飞轮的转接工装(1)，转接工装(1)固定于测力平台(2)上，测力平台(2)上设有四个三轴压电式测力传感器(201)，用于对飞轮三向扰动力进行测量，三轴压电式测力传感器(201)与电荷放大器(3)连接，电荷放大器(3)通过数据采集系统(4)连接计算机(5)，数据采集系统(4)与计算机(5)连接，电荷放大器(3)将输出的电荷转换为成比例的电压信号，数据采集系统(4)用于信号的数字转换与传输，计算机(5)用于对采集信号进行处理与计算。

3.如权利要求1所述的飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，所述步骤4)中式1和式2的构建过程如下：

将飞轮的轴承等效为弹簧-阻尼系统，其三自由度振动下的加速度、速度、位移分别为a、v、u，系统的质量、阻尼和刚度矩阵分别为M、C、K，所受激励力为F，通过拉格朗日建立系统动力方程，得到式3：

Ma+Cv+Ku＝F 式3；

求解系统动力方程得到飞轮径向平移频率f_r和轴向平移频率f_a：

对测算式4和式5变换得到：

4.如权利要求1所述的飞轮轴承动刚度的测量方法，其特征在于，所述步骤3)中的径向阻尼系数ξ_r和轴向阻尼系数ξ_a构建过程如下：

步骤3.1)：由单自由度质量-弹簧-阻尼模型得到系统的径向、轴向的振幅放大系数β_r和β_a分别为：

其中，Ω为飞轮转速，Ω_r为谐波与径向平移模态发生共振转速，Ω_a为谐波与轴向平移模态发生共振转速；

步骤3.2)：提取与径向和轴向平移模态发生共振的h_i阶次谐波，根据飞轮的微振动模型得到径向、轴向振幅函数A_r(Ω)和A_a(Ω)分别为：

A_r(Ω)＝C_rΩ²β_r 式8；

A_a(Ω)＝C_aΩ²β_a 式9；

其中，C_r为径向谐波振幅系数，C_a为轴向谐波振幅系数；

步骤3.3)：通过径向和轴向振幅函数对提取到的谐波振幅数据进行拟合，得到飞轮轴承的径向阻尼系数ξ_r和轴向阻尼系数ξ_a。