针对旋转系中设备隔振子系统参数的设计方法及系统

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，特别是涉及一种针对旋转系中设备隔振子系统参数的设计方法及系统。

背景技术

复杂的应用环境是影响仪器设备使用可靠性及其性能的重要因素，其中高振动是导致仪器设备使用寿命降低甚至破坏的重要因素之一，采用振动控制措施是降低仪器设备的振动水平、提升其使用寿命的重要技术手段。由于结构简单、可靠性强、不需要外部能源等优势，隔振技术在仪器设备的振动控制中占据举足轻重的地位。

旋转系统作为工程结构较常见的运行环境，置于其中的仪器设备处于由于旋转导致的离心环境中，承受由于旋转带来的离心力、科氏力等附加惯性载荷，离心力和科氏力作用使得结构振动与旋转运动耦合，这种耦合效应对系统振动特性将产生影响，基于惯性系的隔振设计准则失效、难以有效确定旋转系中的隔振参数，因此，有必要提供一种旋转系中设备隔振子系统参数设计方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对旋转系中设备隔振子系统参数的设计方法及系统，能够实现旋转系统中设备的隔振设计，以降低设备的振动水平，提高设备运行的可靠性和安全性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计方法，所述旋转系统包括隔振子系统和被隔振设备；所述设计方法包括：

获取旋转系统的旋转平面内不同方向的加速度，并对所述加速度进行频谱分析，确定旋转平面内不同方向的振动频率和振动频率幅值；所述不同方向包括X方向和Y方向；

获取旋转系统的转速参数，并根据所述转速参数和所述振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围；

基于所述固有频率范围确定固有频率的最大值，并根据所述固有频率的最大值、所述隔振子系统的隔振截止频率以及所述转速参数，确定隔振子系统的传递率；

根据所述振动频率幅值和所述传递率，确定传递到被隔振设备上的振动值；

判断所述传递到被隔振设备上的振动值是否满足第一条件；所述第一条件为所述振动频率大于所述隔振截止频率且所述传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的抗振指标阈值；

若是，则根据所述被隔振设备的质量和所述固有频率确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度；所述旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度包括旋转平面内隔振子系统中隔振元件的X方向刚度和旋转平面内隔振子系统中隔振元件的Y方向刚度；

若否，则递减设定迭代频率步长，调整所述固有频率，直至所述传递到被隔振设备上的振动值满足所述第一条件，确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度，完成对旋转平面内隔振子系统参数的设计。

可选地，所述设计方法还包括：

获取旋转系统垂直于旋转平面的Z方向加速度，并对所述Z方向加速度进行频谱分析，确定Z方向的振动频率和Z方向的振动频率幅值；

根据所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的Z方向的固有频率范围；

基于所述Z方向的固有频率范围确定Z方向的固有频率的最大值，并根据所述Z方向的固有频率的最大值和所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统的Z方向传递率；

根据所述Z方向的振动频率幅值和所述Z方向传递率确定Z方向传递到被隔振设备上的振动值；

判断所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值是否满足第二条件；所述第二条件为所述Z方向的振动频率大于Z方向的隔振截止频率且所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的Z方向的抗振指标阈值；

若是，则根据被隔振设备的质量和所述Z方向的固有频率确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度；

若否，则递减设定迭代频率步长，调整Z方向的固有频率，直至所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值满足所述第二条件，确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度，完成对隔振子系统垂直于旋转平面的Z方向的参数的设计。

可选地，所述调整所述固有频率，具体包括：

按照设定迭代频率步长令所述固有频率的最大值递减，对所述固有频率进行调整，得到调整后的固有频率；

将所述调整后的固有频率替换所述固有频率的最大值。

可选地，所述隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围的表达式为：

其中，Ω为转速参数，ω

可选地，所述隔振子系统的传递率的计算公式为：

其中，T

可选地，所述传递到被隔振设备上的振动值的计算公式为：

其中，G表示传递到被隔振设备上的振动值，A

可选地，所述隔振子系统中隔振元件的刚度的计算公式为：

k

其中，k

为实现上述目的，本发明还提供了一种针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计系统，所述旋转系统包括隔振子系统和被隔振设备；所述设计系统包括：

振动频率和振动频率幅值确定单元，用于获取旋转系统的旋转平面内不同方向的加速度，并对所述加速度进行频谱分析，确定旋转平面内不同方向的振动频率和振动频率幅值；所述不同方向包括X方向和Y方向；

固有频率范围确定单元，用于获取旋转系统的转速参数，并根据所述转速参数和所述振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围；

隔振子系统的传递率确定单元，用于基于所述固有频率范围确定固有频率的最大值，并根据所述固有频率的最大值、所述隔振子系统的隔振截止频率以及所述转速参数，确定隔振子系统的传递率；

传递到被隔振设备上的振动值确定单元，用于根据所述振动频率幅值和所述传递率，确定传递到被隔振设备上的振动值；

第一判断单元，用于判断所述传递到被隔振设备上的振动值是否满足第一条件；所述第一条件为所述振动频率大于所述隔振截止频率且所述传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的抗振指标阈值；

隔振元件的刚度确定单元，用于在所述传递到被隔振设备上的振动值满足第一条件时，根据所述被隔振设备的质量和所述固有频率确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度；还用于在所述传递到被隔振设备上的振动值不满足第一条件时，递减设定迭代频率步长，调整所述固有频率，直至所述传递到被隔振设备上的振动值满足所述第一条件，确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度，完成对旋转平面内隔振子系统参数的设计；所述旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度包括旋转平面内隔振子系统中隔振元件的X方向刚度和旋转平面内隔振子系统中隔振元件的Y方向刚度。

可选地，所述设计系统还包括：

Z方向的振动频率和振动频率幅值确定单元，用于获取旋转系统垂直于旋转平面的Z方向加速度，并对所述Z方向加速度进行频谱分析，确定Z方向的振动频率和Z方向的振动频率幅值；

Z方向的固有频率范围确定单元，用于根据所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的Z方向的固有频率范围；

隔振子系统的Z方向传递率确定单元，用于基于所述Z方向的固有频率范围确定Z方向的固有频率的最大值，并根据所述Z方向的固有频率的最大值和所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统的Z方向传递率；

Z方向传递到被隔振设备上的振动值确定单元，用于根据所述Z方向的振动频率幅值和所述Z方向传递率确定Z方向传递到被隔振设备上的振动值；

第二判断单元，用于判断所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值是否满足第二条件；所述第二条件为所述Z方向的振动频率大于Z方向的隔振截止频率且所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的Z方向的抗振指标阈值；

隔振元件的Z方向刚度确定单元，用于在所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值满足第二条件时，根据被隔振设备的质量和所述Z方向的固有频率确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度；还用于在在所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值不满足第二条件时，递减设定迭代频率步长，调整Z方向的固有频率，直至所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值满足所述第二条件，确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度，完成对隔振子系统垂直于旋转平面的Z方向的参数的设计。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计方法，所述旋转系统包括隔振子系统和被隔振设备；该方法包括：获取旋转系统的旋转平面内不同方向的加速度，并对所述加速度进行频谱分析，确定旋转平面内不同方向的振动频率和振动频率幅值；获取旋转系统的转速参数，并根据所述转速参数和所述振动频率确定隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围；基于所述固有频率范围确定固有频率的最大值，并根据固有频率的最大值、所述隔振子系统的隔振截止频率以及所述转速参数确定隔振子系统的传递率；根据振动频率幅值和所述传递率确定传递到被隔振设备上的振动值；然后判断传递到被隔振设备上的振动值是否满足第一条件；所述第一条件为所述振动频率大于所述隔振截止频率且所述传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的抗振指标阈值；若是，则根据被隔振设备的质量和固有频率确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度；若否，则递减设定迭代频率步长，调整所述固有频率，直至所述传递到被隔振设备上的振动值满足所述第一条件，完成对旋转平面内隔振子系统参数的设计。本发明对不同方向的隔振元件刚度参数给定设计准则，可实现旋转系中不同方向基础振动的有效隔离，降低置于旋转系统中的设备振动水平，提高设备运行的可靠性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明旋转系中隔振元件刚度设计示意图；

图2为本发明针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计方法流程图；

图3为本发明针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计系统的模块结构示意图；

图4为本发明旋转平面内X方向基础激励传递率曲线；

图5为旋转平面内X方向参数迭代流程图；

图6为本发明旋转平面内Y方向基础激励传递率曲线；

图7为旋转平面内Y方向参数迭代流程图；

图8为垂直于旋转平面的Z方向参数迭代流程图。

符号说明：

振动频率和振动频率幅值确定单元-1，固有频率范围确定单元-2，隔振子系统的传递率确定单元-3，传递到被隔振设备上的振动值确定单元-4，第一判断单元-5，隔振元件的刚度确定单元-6。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种针对旋转系中设备隔振子系统参数的设计方法及系统，能够实现旋转系统中设备的隔振设计，以降低设备的振动水平，提高设备运行的可靠性和安全性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本发明提供了一种针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计方法，参数设计特指旋转系中隔振子系统的隔振元件刚度设计，旋转系中设备隔振子系统参数设计分为旋转系旋转平面内不同方向的参数设计与垂直于旋转平面方向参数设计，所述旋转系旋转平面内不同方向的参数设计分为旋转平面内正交X方向和Y方向参数设计；所述旋转系统包括隔振子系统和被隔振设备；所述设计方法包括：

S1：获取旋转系统的旋转平面内不同方向的加速度，并对所述加速度进行频谱分析，确定旋转平面内不同方向的振动频率和振动频率幅值；所述不同方向包括X方向和Y方向。其中，通过振动加速度传感器测试旋转系中不同方向的加速度，对不同方向的加速度进行频谱分析，获得不同方向的基础振动频谱特性，包括振动频率和振动频率幅值。

S2：获取旋转系统的转速参数，并根据所述转速参数和所述振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围。其中，转速参数Ω可由传输传感器测量或旋转驱动设备额定参数给出。

S3：基于所述固有频率范围确定固有频率的最大值，并根据所述固有频率的最大值、所述隔振子系统的隔振截止频率以及所述转速参数，确定隔振子系统的传递率。

S4：根据所述振动频率幅值和所述传递率，确定传递到被隔振设备上的振动值。

S5：判断所述传递到被隔振设备上的振动值是否满足第一条件；所述第一条件为所述振动频率大于所述隔振截止频率且所述传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的抗振指标阈值。

S6：若是，则根据所述被隔振设备的质量和所述固有频率确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度；所述旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度包括旋转平面内隔振子系统中隔振元件的X方向刚度和旋转平面内隔振子系统中隔振元件的Y方向刚度。

S7：若否，则递减设定迭代频率步长，调整所述固有频率，直至所述传递到被隔振设备上的振动值满足所述第一条件，确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度，完成对旋转平面内隔振子系统参数的设计。

进一步地，所述设计方法还包括对垂直于旋转平面方向的参数设计，具体包括：

S100：获取旋转系统垂直于旋转平面的Z方向加速度，并对所述Z方向加速度进行频谱分析，确定Z方向的振动频率和Z方向的振动频率幅值；

S200：根据所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的Z方向的固有频率范围；

S300：基于所述Z方向的固有频率范围确定Z方向的固有频率的最大值，并根据所述Z方向的固有频率的最大值和所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统的Z方向传递率；

S400：根据所述Z方向的振动频率幅值和所述Z方向传递率确定Z方向传递到被隔振设备上的振动值；

S500：判断所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值是否满足第二条件；所述第二条件为所述Z方向的振动频率大于Z方向的隔振截止频率且所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的Z方向的抗振指标阈值；

S600：若是，则根据被隔振设备的质量和所述Z方向的固有频率确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度；

S700：若否，则递减设定迭代频率步长，调整Z方向的固有频率，直至所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值满足所述第二条件，确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度，完成对隔振子系统垂直于旋转平面的Z方向的参数的设计。

进一步地，步骤S7中调整所述固有频率，具体包括：

S71：按照设定迭代频率步长令所述固有频率的最大值递减，对所述固有频率进行调整，得到调整后的固有频率；

S72：将所述调整后的固有频率替换所述固有频率的最大值。

进一步地，所述隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围的表达式为：

其中，Ω为转速参数，ω

更进一步地，步骤S3中，所述隔振子系统的传递率的计算公式为：

其中，T

进一步地，步骤S4中，所述传递到被隔振设备上的振动值的计算公式为：

其中，G表示传递到被隔振设备上的振动值，A

进一步地，步骤S6中，所述隔振子系统中隔振元件的刚度的计算公式为：

k

其中，k

具体地，传递率定义为旋转面内某一方向基础激励在旋转平面内振动响应幅值与基础激励幅值比值，且传递率小于1，根据传递率小于1可以确定ω

首先判断ω

为实现上述目的，如图3所示，本发明还提供了一种针对旋转系统中设备隔振子系统参数的设计系统，所述旋转系统包括隔振子系统和被隔振设备；所述设计系统包括：振动频率和振动频率幅值确定单元1、固有频率范围确定单元2、隔振子系统的传递率确定单元3、传递到被隔振设备上的振动值确定单元4、第一判断单元5和隔振元件的刚度确定单元6。

振动频率和振动频率幅值确定单元1，用于获取旋转系统的旋转平面内不同方向的加速度，并对所述加速度进行频谱分析，确定旋转平面内不同方向的振动频率和振动频率幅值；所述不同方向包括X方向和Y方向；

固有频率范围确定单元2，用于获取旋转系统的转速参数，并根据所述转速参数和所述振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的固有频率范围；

隔振子系统的传递率确定单元3，用于基于所述固有频率范围确定固有频率的最大值，并根据所述固有频率的最大值、所述隔振子系统的隔振截止频率以及所述转速参数，确定隔振子系统的传递率；

传递到被隔振设备上的振动值确定单元4，用于根据所述振动频率幅值和所述传递率，确定传递到被隔振设备上的振动值；

第一判断单元5，用于判断所述传递到被隔振设备上的振动值是否满足第一条件；所述第一条件为所述振动频率大于所述隔振截止频率且所述传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的抗振指标阈值；

隔振元件的刚度确定单元6，用于在所述传递到被隔振设备上的振动值满足第一条件时，根据所述被隔振设备的质量和所述固有频率确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度；还用于在所述传递到被隔振设备上的振动值不满足第一条件时，递减设定迭代频率步长，调整所述固有频率，直至所述传递到被隔振设备上的振动值满足所述第一条件，确定旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度，完成对旋转平面内隔振子系统参数的设计；所述旋转平面内隔振子系统中隔振元件的刚度包括旋转平面内隔振子系统中隔振元件的X方向刚度和旋转平面内隔振子系统中隔振元件的Y方向刚度。

优选地，所述设计系统还包括：

Z方向的振动频率和振动频率幅值确定单元，用于获取旋转系统垂直于旋转平面的Z方向加速度，并对所述Z方向加速度进行频谱分析，确定Z方向的振动频率和Z方向的振动频率幅值。

Z方向的固有频率范围确定单元，用于根据所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统在非旋转状态下的Z方向的固有频率范围。

隔振子系统的Z方向传递率确定单元，用于基于所述Z方向的固有频率范围确定Z方向的固有频率的最大值，并根据所述Z方向的固有频率的最大值和所述Z方向的振动频率，确定隔振子系统的Z方向传递率。

Z方向传递到被隔振设备上的振动值确定单元，用于根据所述Z方向的振动频率幅值和所述Z方向传递率确定Z方向传递到被隔振设备上的振动值。

第二判断单元，用于判断所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值是否满足第二条件；所述第二条件为所述Z方向的振动频率大于Z方向的隔振截止频率且所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值小于被隔振设备的Z方向的抗振指标阈值。

隔振元件的Z方向刚度确定单元，用于在所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值满足第二条件时，根据被隔振设备的质量和所述Z方向的固有频率确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度；还用于在在所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值不满足第二条件时，递减设定迭代频率步长，调整Z方向的固有频率，直至所述Z方向传递到被隔振设备上的振动值满足所述第二条件，确定隔振子系统中隔振元件的Z方向刚度，完成对隔振子系统垂直于旋转平面的Z方向的参数的设计。

具体实施例：

本发明的具体实施例中，旋转系中设备隔振子系统参数设计分为旋转系旋转平面内参数设计与垂直于旋转平面方向参数设计，其中，旋转系旋转平面内参数设计包括X方向和Y方向的隔振子系统参数设计，垂直于旋转平面方向参数设计包括Z方向隔振子系统参数设计。具体包括以下步骤：

步骤1：通过振动加速度传感器测试旋转系中三向加速度响应；

步骤2：对三向加速度响应进行频谱分析，获得X、Y和Z三个方向的基础振动频谱特性，获得旋转平面内不同方向的振动频率和振动频率幅值A

步骤3：旋转系旋转平面内参数k

步骤31：为实现步骤3中的参数k

步骤32：步骤31所述传递率为：

步骤33：确定步骤31中的转速参数Ω，转速参数Ω可由传输传感器测量或旋转驱动设备额定参数给出；

步骤34：由步骤32中的传递率T

得到ω

步骤35：计算迭代频率步长

步骤36：如图4所示，由临界值

步骤37：计算传递到被隔振设备上的振动值

步骤38：令

步骤39：计算X方向参数设计中隔振元件刚度k

步骤4：旋转系旋转平面内参数k

步骤41：为实现步骤4中的参数ky，定义传递率T

步骤42：步骤41所述传递率：

步骤43：确定步骤42中的转速参数Ω；

步骤44：由步骤42中的传递率T

ω

步骤45：计算计算迭代频率步长

步骤46：如图6所示由临界值

步骤47：计算

步骤48：令

步骤49：方向参数设计中隔振原件刚度k

步骤5：旋转系垂直于旋转平面的参数k

步骤51：为实现步骤5中的参数k

步骤52：步骤51所述传递率

步骤53：由步骤52中的传递率T

步骤53：计算

步骤54：计算

步骤56：令

步骤57：方向参数设计中隔振原件刚度k

步骤6：设备隔振系统隔振元件刚度参数k

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。