本发明公开一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，包括双重非对称特征产生装置；双重非对称特征产生装置包括装配平台、调速电机和两个非对称轴承产生装置；调速电机和两个非对称轴承产生装置固定安装在装配平台上；调速电机的输出轴通过柔性联轴器连接非对称轴，非对称轴支撑在两个非对称轴承产生装置的轴承中；两个非对称轴承产生装置之间的非对称轴上安装有若干平衡盘。本发明可以用于研究不同轴承非对称组合下的失稳、碰摩、不平衡响应、动平衡等规律，有效地拓展了转子振动特性研究的范围。使用本发明得到的测试结果，能够为双重非对称轴承转子系统的设计和现场动平衡提供准确的数据。
1.一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，包括双重非对称特征产生装置；
双重非对称特征产生装置包括装配平台(7)、调速电机(8)和两个非对称轴承产生装置(9)；调速电机(8)和两个非对称轴承产生装置(9)固定安装在装配平台(7)上；
调速电机(8)的输出轴通过柔性联轴器(18)连接非对称轴(21)，非对称轴(21)支撑在两个非对称轴承产生装置(9)的轴承中；两个非对称轴承产生装置(9)之间的非对称轴(21)上安装有若干平衡盘；
非对称轴承产生装置(9)包括轴承支座(13)、螺栓结构(22)、非线性弹簧(23)和调节转盘(24)；轴承支座(13)包括底板(130)，底板(130)上竖直设有三个相互平行的竖板，分别为两侧的第一竖板(131)、第三竖板(133)和位于中间的第二竖板(132)；第二竖板(132)的上部设有支撑非对称轴(21)的轴承；第一竖板和第三竖板的上部设有螺纹孔，调节转盘(24)固定连接螺栓结构(22)，螺栓结构(22)与第一竖板(131)、第三竖板(133)上对应的螺纹孔螺纹连接，螺栓结构(22)的前部连接非线性弹簧(23)的一端，非线性弹簧(23)的另一端抵持在轴承(90)上。
2.根据权利要求1所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，螺栓结构(22)和非线性弹簧(23)水平设置。
3.根据权利要求1所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，装配平台(7)为条状结构，该装配平台上设有若干纵向的梯形槽；调速电机(8)和两个非对称轴承产生装置(9)通过梯形槽固定在装配平台上。
4.根据权利要求1所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，若干平衡盘包括平行设置的第一动平衡盘(10)、中心圆盘(11)和第二动平衡盘(12)；第一动平衡盘(10)、中心圆盘(11)和第二动平衡盘(12)的边缘均对称设有若干不平衡孔(14)，不平衡孔(14)中能够固定不同重量的不平衡螺栓(15)，实现不平衡量的施加。
5.根据权利要求1所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，非对称轴(21)的截面形状为长方形、去掉圆冠的残缺圆形或椭圆形。
6.根据权利要求1所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，还包括测量装置；测量装置包括设置于非对称轴(21)旁侧的第一加速度传感器(1)、位移传感器(2)、转速测量仪(3)和第二加速度传感器(4)；第一加速度传感器(1)、位移传感器(2)、转速测量仪(3)和第二加速度传感器(4)采集的信号通过数据采集器(5)传输给计算机(6)。
7.根据权利要求1所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，还包括保护装置；保护装置包括制动装置(17)；制动装置(17)上设有悬臂制动片，悬臂制动片下方安装有塑性接触片(16)，塑性接触片(16)位于非对称轴(21)上方；制动装置(17)连接调速电机(8)；一旦转子系统的振动量大于限定值时，非对称轴(21)碰触塑性接触片(16)，触发制动装置(17)，制动装置(17)传递信号给调速电机(8)，调速电机(8)停止转动，使得转子平稳停止。
8.根据权利要求7所述的一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，其特征在于，双重非对称特征产生装置和保护装置设置于一个防弹玻璃罩(25)内。
一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统
技术领域
[0001] 本发明属于轴承转子系统试验领域，具体涉及一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统。
背景技术
[0002] 在实际的工业生产中，存在着一大类具有非对称转子或定子的旋转机械，如发电机、电动机、曲轴、风机以及裂纹转子等。从严格的定义出发，完全对称的转子系统应当同时具有轴对称的转子以及各向同性的支承结构，这对于绝大多数的旋转机械是非常严苛的条件。实际的转子结构为了实现特定的功能，往往需要在其上安装相应的工作部件，如汽轮机发电机转子为了满足发电要求，需要在轴的本体上面开槽，轴承本体分为大齿和小齿，转子本体为非对称结构。此外，旋转机械中广泛应用的滑动轴承与滚动轴承一般也不能满足各向同性的要求。双重非对称即是指转子和支承部件同时存在非对称特征，此时转子支承系统的运动微分方程中包含周期时变系数，在力学上属于参数振动系统。转子非对称和轴承非对称被称为双重非对称轴承转子系统，在某些情况下会导致系统响应放大，使得整机振动问题非常严重，甚至损伤设备。此外，双重非对称轴承转子系统的动平衡也更为复杂。为此，需要研究双重非对称轴承转子系统的振动机理，抑制双重非对称轴承转子系统的参数振动。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，以解决双重非对称轴承转子系统的参数振动测试问题。
[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0005] 一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，包括双重非对称特征产生装置；双重非对称特征产生装置包括装配平台、调速电机和两个非对称轴承产生装置；调速电机和两个非对称轴承产生装置固定安装在装配平台上；调速电机的输出轴通过柔性联轴器连接非对称轴，非对称轴支撑在两个非对称轴承产生装置的轴承中；两个非对称轴承产生装置之间的非对称轴上安装有若干平衡盘。
[0006] 进一步的，非对称轴承产生装置包括轴承支座、螺栓结构、非线性弹簧和调节转盘；轴承支座包括底板，底板上竖直设有三个相互平行的竖板，分别为两侧的第一竖板、第三竖板和位于中间的第二竖板；第二竖板的上部设有支撑非对称轴的轴承；第一竖板和第三竖板的上部设有螺纹孔，调节转盘固定连接螺栓结构，螺栓结构与第一竖板、第三竖板上对应的螺纹孔螺纹连接，螺栓结构的前部连接非线性弹簧的一端，非线性弹簧的另一端抵持在轴承上。
[0007] 进一步的，螺栓结构和非线性弹簧水平设置。
[0008] 进一步的，装配平台为条状结构，该装配平台上设有若干纵向的梯形槽；调速电机和两个非对称轴承产生装置通过梯形槽固定在装配平台上。
[0009] 进一步的，若干平衡盘包括平行设置的第一动平衡盘、中心圆盘和第二动平衡盘；第一动平衡盘、中心圆盘和第二动平衡盘的边缘均对称设有若干不平衡孔，不平衡孔中能够固定不同重量的不平衡螺栓，实现不平衡量的施加。
[0010] 进一步的，非对称轴的截面形状为长方形、去掉圆冠的残缺圆形或椭圆形。
[0011] 进一步的，还包括测量装置；测量装置包括设置于非对称轴旁侧的第一加速度传感器、位移传感器、转速测量仪和第二加速度传感器；第一加速度传感器、位移传感器、转速测量仪采集和第二加速度传感器的信号通过数据采集器传输给计算机。
[0012] 进一步的，还包括保护装置；保护装置包括制动装置；制动装置上设有悬臂制动片，悬臂制动片下方安装有塑性接触片，塑性接触片位于非对称轴上方；制动装置连接调速电机；一旦转子系统的振动量大于限定值时，非对称轴碰触塑性接触片，触发制动装置，制动装置传递信号给调速电机，调速电机停止转动，使得转子平稳停止。
[0013] 进一步的，双重非对称特征产生装置和保护装置设置于一个防弹玻璃罩内。
[0014] 进一步的，非对称转子是指具有非圆截面轴的转子，非对称轴承产生装置可以通过调整产生不同的非对称系数。双重非对称轴承转子系统由伺服电机驱动，可以通过编程控制电机在指定转速下运行，还可以实现不同工况的加速和减速工况。
[0015] 进一步的，转子的轴截面具有不同形式，分为长方形、去掉圆冠的残缺圆形和椭圆形，以研究不同惯性轴方向的惯性矩和形状对双重非对称轴承转子系统参数振动特性的影响。
[0016] 进一步的，弹簧螺栓结构与水平面平行，分别布置在转子两侧；通过调整螺栓结构的旋进程度实现轴承刚度不对称程度的连续调节。
[0017] 进一步的，可以通过调整两个轴承各自的非对称特性，研究不同轴承非对称组合下的双重非对称轴承转子系统的参数振动规律，以达到降低参数振动响应幅值的目的。
[0018] 进一步的，在转子中间布置有制动装置，制动装置与电机相连，可通过编程控制制动装置的行为。一旦转子系统的振动量大于限定值时，会选择性地触发制动装置，可以使转子平稳停止，也可以保持接触而不停止。
[0019] 进一步的，制动装置的底部是塑性材料，以避免轴承失稳后转轴与制动装置的底部相接触时对转子本体造成损伤。
[0020] 进一步的，提供了一种判断转子失稳的标准，失稳意味着转子的响应会随着时间的增加而增加，当制动装置因失稳被触发后，此时的转速可记录为不稳定转速；
[0021] 进一步的，中心圆盘和动平衡盘的外围开有均匀的不平衡孔，不平衡量用不同重量的不平衡螺栓代替，可在孔中加入不同质量的螺栓，实现不平衡量的施加。
[0022] 进一步的，双重非对称轴承转子系统的激励源为重力激励和不平衡激励两种，本发明可以通过在不同平衡孔内加载不平衡量来研究不同方向的重力激励和不平衡激励组合下的参数振动规律。
[0023] 进一步的，除中心圆盘外，在轴向方向上布置了两个平衡盘，通过在不同相位添加不同重量的螺栓来研究双重非对称轴承转子系统参数振动系统的动平衡规律。
[0024] 进一步的，实验系统外部布置有防弹玻璃罩，以防止因转子失稳和制动装置失效引起的危急情况的发生，同时方便对试验现象的观察。
[0025] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0026] 本发明双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，将双重非对称轴承转子系统引入到轴承转子系统振动特性研究中来，可以用于研究不同轴承各向异性组合下的双重非对称轴承转子系统参数振动特性以及动平衡试验规律，有效地拓展了轴承转子系统研究的范围。在试验中，本发明能够根据不同的需要，通过简单的调节，即可在不同的轴承各向异性组合下对双重非对称轴承转子系统的失稳区测量、重力响应的二倍频现象和不平衡响应进行研究。此外，还可以研究双重非对称轴承转子系统的动平衡规律。最后，可以为双重非对称轴承转子系统的设计和现场动平衡提供准确的数据，以达到降低振动响应幅值的目的，对于提高双重非对称轴承转子系统的设计水平具有至关重要的意义。
附图说明
[0027] 图1为双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统示意图；
[0028] 图2为双重非对称轴承转子系统试验本体的三维视图；
[0029] 图3为不同截面形式的非对称轴示意图；
[0030] 图4为非对称轴承产生装置示意图；
[0031] 图5为防弹玻璃罩示意图。
具体实施方式
[0032] 下面将结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0033] 参见图1-图4，一种双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，包括第一加速度传感器1、位移传感器2，转速测量仪3、第二加速度传感器4、数据采集器5、计算机6、装配平台7、调速电机8、非对称轴承产生装置9、第一动平衡盘10、中心圆盘11、第二动平衡盘12、轴承支座13、不平衡孔14、不平衡螺栓15、塑性接触片16、制动装置17、柔性联轴器18、紧固螺栓19、驱动电机安装支座20、非对称轴21、螺栓结构22、非线性弹簧23、调节转盘24、防弹玻璃罩25。
[0034] 双重非对称轴承转子系统振动特性的测试试验系统，包括测试装置、双重非对称特征产生装置和保护装置。
[0035] 双重非对称特征产生装置包括装配平台7、调速电机8、非对称轴承产生装置9、第一动平衡盘10、中心圆盘11、第二动平衡盘12、轴承支座13、不平衡孔14、不平衡螺栓15、塑性接触片16、制动装置17、柔性联轴器18、紧固螺栓19、驱动电机安装支座20、非对称轴21、螺栓结构22、非线性弹簧23、调节转盘24。
[0036] 装配平台7为条状结构，该装配平台上设有纵向的梯形槽。调速电机8和两个非对称轴承产生装置9均固定在装配平台7上；调速电机8的输出轴通过柔性联轴器18连接非对称轴21，非对称轴21支撑在两个非对称轴承产生装置9的轴承中；两个非对称轴承产生装置9之间的非对称轴21上安装有第一动平衡盘10、中心圆盘11和第二动平衡盘12。第一动平衡盘10、中心圆盘11和第二动平衡盘12的边缘均对称设有若干不平衡孔14，不平衡孔14中能够固定不同重量的不平衡螺栓15，实现不平衡量的施加。
[0037] 非对称轴21的截面形状设计为三种形式，分别为长方形、去掉圆冠的残缺圆形和椭圆形。在加工的过程中，需加工不同截面形式的不同弯曲刚度非对称截面若干组，以通过控制变量法研究弯曲刚度不对称程度和不同截面形式对双重非对称轴承转子系统参数振动的影响规律。轴承非对称产生装置9主要包括轴承支座13、螺栓结构22、非线性弹簧23和调节转盘24。轴承支座13包括底部130，底板130上竖直设有三个相互平行的竖板，分别为两侧的第一竖板131、第三竖板133和位于中间的第二竖板132。第二竖板132的上部设有支撑非对称轴21的轴承；第一竖板131和第三竖板133的上部设有螺纹孔，调节转盘24固定连接螺栓结构22，螺栓结构22与第一竖板131、第三竖板133上对应的螺纹孔螺纹连接，螺栓结构22的前部连接非线性弹簧23的一端，非线性弹簧23的另一端抵持在轴承90上。通过旋转调节转盘24调节螺栓结构22的旋进深度实现轴承刚度不对称程度的连续调节，非线性弹簧23被压缩时，水平方向的支承刚度则增加，反之亦然。从而使得支承结构在水平和竖直方向上具有不同的支承刚度。
[0038] 测试装置包括第一加速度传感器1、位移传感器2、转速测量仪3、第二加速度传感器4、数据采集器5和计算机6。第一加速度传感器1、位移传感器2、转速测量仪3和第二加速度传感器4安装于非对称轴21旁侧，用于监测非对称轴21的加速度、振动位移和转速；第一加速度传感器1、位移传感器2、转速测量仪3和第二加速度传感器4采集的信号通过数据采集器5传输给计算机6。转子运行后，传感器采集双重非对称轴承转子系统的振动信号，将信号进行数据转换后，输入到数据采集器5中，进行进一步的处理、分析和显示。
[0039] 保护装置包括塑性接触片16、制动装置17和防弹玻璃罩25。制动装置17布置在转子中间，与调速电机8相连，制动装置17的悬臂制动片下方安装有塑性接触片16，塑性接触片16位于非对称轴21上方；一旦转子系统的振动量大于限定值时，非对称轴21碰触塑性接触片16，触发制动装置17，制动装置17传递信号给调速电机8，调速电机8停止转动，使得转子平稳停止。此外，以防止因转子失稳和制动装置17失效引起的危急情况的发生，所有试验部件均用防弹玻璃罩25保护起来，同时也方便对试验的观察。制动装置17的作用在于提供了一种判断转子失稳的方法，当制动装置被触发时，此时的转速可标记为失稳转速。此外，制动装置的底部为塑性接触片16，以防止轴承失稳后转轴与制动装置的底部相接触时对转子本体造成损伤，此外，制动装置还可以设置为保持接触不停止，以研究双重非对称轴承转子系统的碰摩现象。
[0040] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
