轉子空間彎曲軸線測試系統及其測試方法技術方案

本發明專利技術公開了一種轉子空間彎曲軸線測試系統及其測試方法，該系統包括電機、計算機、NI數據采集器、轉速檢測裝置、電渦流位移傳感器等，通過在轉子的鍵槽上設置鍵相信號點，在轉子的各測試面周向外側水平和垂直位置設置兩個電渦流位移傳感器，獲取轉子測試面的水平和垂直方向的位移量，轉速檢測裝置用于檢測轉子的速度，將電渦流位移傳感器以及轉速檢測裝置測得的信號接入NI數據采集器并發送至計算機進行處理，合成軸心軌跡及初始相位點，得到各測試面相對于旋轉中心的彎曲向量，然后根據彎曲向量獲取轉子空間彎曲函數，最后得到彎曲轉子的三維實體模型。應用該方法進行測試具有很好的可靠性。

【技術實現步驟摘要】
轉子空間彎曲軸線測試系統及其測試方法
本專利技術屬于轉子彎曲測量
，具體涉及一種轉子空間彎曲軸線測試系統及其測試方法。
技術介紹
工程實際中，轉子系統由于材質的不均勻、制造和安裝誤差，不可避免地存在初始彎曲現象，轉子彎曲故障將導致轉子運轉過程中動撓度增加，機組的振動加劇。目前有關彎曲轉子的測量，通常的方法是采用百分表或千分表進行測量。百分表測量法和千分表測量法都屬于接觸式測量，由于某些機械的特殊結構,百分表的架設和對準非常麻煩，容易受人為因素影響，很難保證測量的準確性，測量精度較低。激光掃描測量方法雖然解決了非接觸測量問題，提高了測量精度，但目前，國內尚無成熟的產品和完善的生產線，產品均處于研制階段，主要依靠于進口，成本比較高，同時缺乏對軸彎曲測試數據的三維圖形重建。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是：提供一種轉子空間彎曲軸線測試系統及其測試方法，解決了現有技術中的測試方法準確性及測量精度低的問題。本專利技術為解決上述技術問題采用以下技術方案：轉子空間彎曲軸線測試系統，包括電機、計算機、NI數據采集器、轉速檢測裝置、電渦流位移傳感器，轉子與電機通過尼龍繩連接，轉子的鍵槽上設置鍵相信號點，在轉子的各測試面周向外側水平和垂直位置設置兩個電渦流位移傳感器，用于獲取轉子測試面的水平和垂直方向的位移量，轉速檢測裝置用于檢測轉子的速度，將電渦流位移傳感器經由前置放大器后的信號，以及轉速檢測裝置測得的信號接入NI數據采集器，進入該采集器的數據通過USB數據線與計算機相連接，通過計算機中的轉子彎曲測試軟件對接收到的多個測試面的信號進行處理，合成軸心軌跡及初始相位點，得到各測試面相對于旋轉中心的彎曲向量，然后根據彎曲向量獲取轉子空間彎曲函數，最后得到彎曲轉子的三維實體模型。所述轉速檢測裝置包括感光片和光電轉速傳感器，所述感光片固定設置于轉子的鍵槽處跟隨轉子同步旋轉，光電轉速傳感器用于當檢測到感光片的時候產生一個脈沖信號，并經過放大后傳輸至NI數據采集器。包括以下步驟：步驟1：在轉子的鍵槽處設置鍵相信號點，標定該鍵相信號點為起始位置，以鍵槽水平方向為x軸，以垂直于轉子的方向為y軸建立坐標系，設置遠離電機的轉子軸端面軸心為坐標原點，沿轉子長度方向均勻選取多個測試截面，并記錄各測試截面旋轉中心的坐標值；步驟2：在任一個測試截面同一位置處分別設置兩個相互垂直電渦流位移傳感器；步驟3：將電渦流位移傳感器獲取的信號經由前置放大器進行放大，放大后的信號和光電轉速傳感器測得的轉速信號接入到NI數據采集器，然后，發送至計算機；步驟4：啟動電機帶動轉子勻速旋轉，獲取轉子的當前轉速，兩個電渦流位移傳感器測試該測試截面沿坐標軸方向的位移量，獲取測試截面的軸心旋轉軌跡和初始相位點，得到在同一絕對坐標下的各截面形心相對于旋轉中心的彎曲向量；步驟5：將兩個電渦流位移傳感器移動至相鄰的測試截面處；步驟6：重復執行步驟2至步驟5，直至獲取所有的測試截面形心相對于旋轉中心的彎曲量；步驟7：將所有的測試截面沿坐標軸方向的位移量擬合為空間彎曲函數；步驟8：對彎曲轉子進行三維實體顯示。所述轉子的轉速為72rpm。所述步驟2中電渦流位移傳感器采用支架固定，設置于水平和垂直位置。所述步驟8中利用VisualC++編程調用OPENGL圖形函數，對彎曲轉子進行三維實體顯示。與現有的測量轉子彎曲度的方法，本專利技術具有以下有益效果：1、本專利技術中測試系統結構簡單，操方便，另外，由于是在低轉速下的測量，對傳感器和采集設備的要求不高，從而降低了所需試驗設備的成本。2、方法可靠性好，本專利技術中采用電渦流傳感器試驗測得轉子的彎曲量數據，并通過百分表對其結果進行驗證，結果基本一致，因而具有很好的可靠性。附圖說明圖1為轉子-滾動軸承實驗器實物圖。圖2為轉子空間彎曲軸線的測試系統框圖。圖3為轉子彎曲測試流程圖。圖4為轉子彎曲測試原理示意圖。圖5為測試要求示意圖。圖6為電渦流測得6個截面軸心軌跡圖，其中，(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)依次為截面1至截面6的軸心軌跡圖。圖7(a)為X向樣條函數插值擬合后的轉子彎曲曲線與實測轉子彎曲曲線對比圖。圖7(b)為Y向樣條函數插值擬合后的轉子彎曲曲線與實測轉子彎曲曲線對比圖。圖8為不同角度下擬合得到的彎曲轉子的三維實體圖，其中，(a)、(b)、(c)分別為XOZ、YOZ、任一視角平面內擬合的圖像。圖9(a)為具有初始彎曲的單盤轉子受力分析示意圖。圖9(b)為具有初始彎曲的單盤轉子示意圖。圖10(a)為單自由度系統在基礎激勵下的X向振動模型。圖10(b)為單自由度系統在基礎激勵下的Y向振動模型。具體實施方式下面對本專利技術的結構及工作過程作進一步說明：本專利技術提出了一種利用電渦流位移傳感器測量轉子彎曲量的方法，并利用計算機圖形學方法，對轉軸的三維彎曲數據進行了三維重建和顯示。本專利技術研究工作對于我國自主研發轉軸的彎曲測試系統提供了新的方法和思路。如圖1、圖2所示，圖1是本專利技術中使用到的轉子-滾動軸承實驗器三維實體模型，圖2是本專利技術基于電渦流位移傳感器測量轉子彎曲度的測試系統框圖，轉子空間彎曲軸線測試系統，包括電機、計算機、NI數據采集器、轉速檢測裝置、電渦流位移傳感器，轉子與電機通過尼龍繩連接，轉子的鍵槽上設置鍵相信號點，在轉子的各測試面周向外側水平和垂直位置設置兩個電渦流位移傳感器，用于獲取轉子測試面的水平和垂直方向的位移量，轉速檢測裝置用于檢測轉子的速度，將電渦流位移傳感器經由前置放大器后的信號，以及轉速檢測裝置測得的信號接入NI數據采集器，進入該采集器的數據通過USB數據線與計算機相連接，通過計算機中的轉子彎曲測試軟件對接收到的多個測試面的信號進行處理，合成軸心軌跡及初始相位點，得到各測試面相對于旋轉中心的彎曲向量，然后根據彎曲向量獲取轉子空間彎曲函數，最后得到彎曲轉子的三維實體模型。另外，本專利技術所述的轉子也可以用轉子-滾動軸承實驗器表述。所述轉速檢測裝置包括感光片和光電轉速傳感器，所述感光片固定設置于轉子的鍵槽處跟隨轉子同步旋轉，光電轉速傳感器用于當檢測到感光片的時候產生一個脈沖信號，并經過放大后傳輸至NI數據采集器。該系統設置一個電機，與電機相連的是轉子-滾動軸承試驗器，在轉軸端頭位置貼上感光片，與所述感光片相對應的是光電轉速傳感器，用于獲取轉速，在被測面上搭建兩個相互垂直的電渦流傳感器，所述傳感器經過電荷放大器，通過傳感器傳輸線與NI數據采集器相連，NI數據采集器將轉子彎曲量的實測值傳至裝有轉子彎曲測試軟件的計算機，經轉子彎曲測試軟件得到被測面的軸心軌跡及其初始相位點。要求在各個測試面的同一位置，如在水平和垂直位置，一般采用支架固定傳感器，由于傳感器的限制，本專利技術采取的是逐個截面進行測試；如圖3、圖4所示，圖3是轉子彎曲測試流程圖，圖4是轉子彎曲測試原理示意圖，圖中定義了以鍵槽水平方向為X軸方向，向垂直的軸為Y軸方向，建立截面的坐標系，從X軸正方向按逆時針方向旋轉到Y軸方向。因此定義旋轉角速度以逆時針方向旋轉為正方向。一種轉子空間彎曲軸線的測試方法，具體步驟如下：步驟1：在轉子的鍵槽處設置鍵相信號點，標定該鍵相信號點為起始位置，以鍵槽水平方向為x軸，以垂直于轉子的方向為y軸建立坐標系，設置遠離電機的轉子軸端面軸心為坐標原點本文檔來自技高網...

【技術保護點】
轉子空間彎曲軸線測試系統，其特征在于：包括電機、計算機、NI數據采集器、轉速檢測裝置、電渦流位移傳感器，轉子與電機通過尼龍繩連接，轉子的鍵槽上設置鍵相信號點，在轉子的各測試面周向外側水平和垂直位置設置兩個電渦流位移傳感器，用于獲取轉子測試面的水平和垂直方向的位移量，轉速檢測裝置用于檢測轉子的速度，將電渦流位移傳感器經由前置放大器后的信號，以及轉速檢測裝置測得的信號接入NI數據采集器，進入該采集器的數據通過USB數據線與計算機相連接，通過計算機中的轉子彎曲測試軟件對接收到的多個測試面的信號進行處理，合成軸心軌跡及初始相位點，得到各測試面相對于旋轉中心的彎曲向量，然后根據彎曲向量獲取轉子空間彎曲函數，最后得到彎曲轉子的三維實體模型。

【技術特征摘要】
1.轉子空間彎曲軸線測試系統，其特征在于：包括電機、計算機、NI數據采集器、轉速檢測裝置、電渦流位移傳感器，轉子與電機通過尼龍繩連接，轉子的鍵槽上設置鍵相信號點，在轉子的各測試面周向外側水平和垂直位置設置兩個電渦流位移傳感器，用于獲取轉子測試面的水平和垂直方向的位移量，轉速檢測裝置用于檢測轉子的速度，將電渦流位移傳感器經由前置放大器后的信號，以及轉速檢測裝置測得的信號接入NI數據采集器，進入該采集器的數據通過USB數據線與計算機相連接，通過計算機中的轉子彎曲測試軟件對接收到的多個測試面的信號進行處理，合成軸心軌跡及初始相位點，得到各測試面相對于旋轉中心的彎曲向量，然后根據彎曲向量獲取轉子空間彎曲函數，最后得到彎曲轉子的三維實體模型。2.根據權利要求1所述的轉子空間彎曲軸線測試系統，其特征在于：所述轉速檢測裝置包括感光片和光電轉速傳感器，所述感光片固定設置于轉子的鍵槽處跟隨轉子同步旋轉，光電轉速傳感器用于當檢測到感光片的時候產生一個脈沖信號，并經過放大后傳輸至NI數據采集器。3.基于權利要求1所述轉子空間彎曲軸線測試系統的測試方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：在轉子的鍵槽處設置鍵相信號點，標定該鍵相信號點為起始位置，以鍵槽水平方向為x軸，以垂直于轉子的方向為y軸建立坐標系，設置遠離電機的轉子軸端面軸心為坐標...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳果，宋培培，屈美嬌，王海飛，謝階棟，劉彬彬，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32