[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

摘要

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。

主权项

1.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，其特征在于，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；步骤2：在标准轴的圆柱面上正交布置两个径向位移传感器A₁、A₂，在圆盘面上均匀布置三个轴向位移传感器A₃、A₄、A₅，所述五个位移传感器皆固定于位移传感器工装上；在轴肩处安装角度编码器；通过位移传感器工装保证位移传感器测量位置的准确性；步骤3：将轴盘的圆盘非测量面固结在转子上，建立位移传感器工装的固定坐标系S_f{O_f；X_f,Y_f,Z_f}和轴盘的运动坐标系S_m{O_m；X_m,Y_m,Z_m}，O_f与O_m分别为位移传感器工装和轴盘的中心，X_f、Y_f、Z_f分别与径向和轴向位移传感器方向平行，O_m‑X_mY_m与轴盘的圆盘面重合，Z_m与轴盘的轴线重合，初始时刻S_f与S_m的各坐标轴平行；步骤4：以轴盘运动坐标系S_m相对于固定坐标系S_f的三个方向的平移自由度(x,y,z)和三个方向的旋转自由度(θ_x,θ_y,θ_z)描述转子六自由度运动参数，转子上任意一点P，在固定坐标系和运动坐标系下的位置矢量r_Pf和r_Pm的变换关系为：r_Pf＝r_om+r_Pm＝r_om+R_fmr_Pm (1)其中，r_om为平移变换矩阵，r_om＝(x,y,z)^T，R_fm为旋转变换矩阵，c和s为cos和sin的缩写；步骤5：将位移传感器端点位置、测量值以矢量表示，建立轴盘的轴线运动矢量与测试矢量的关系模型；径向位移传感器A₁、A₂测量方向交标准轴于Q₁、Q₂点，过Q₁、Q₂做标准轴轴线的垂线，交于P₁、P₂，对于轴系任意运动位置j，建立刚体运动几何学的闭环矢量方程：其中，r_Ai为各传感器端点的位置矢量，为各位移传感器端点到标准轴或圆盘面被测点的矢量，为P₁、P₂点在固定坐标系下的矢径，其中为旋转变换矩阵，包含三个旋转运动参数；为垂直于动坐标系Z_m的矢量；为运动坐标系相对于固定坐标系的平移量，包含三个平移运动参数；共有18个待定参数，17个标量方程，结合编码器测得回转角条件解耦转子的六自由度运动参数x,y,z,θ_x,θ_y,θ_z，通过刚体运动变换关系，求解刚体任一点或直线的运动轨迹，评价转子运动特性。