曲轴动平衡测试系统的研制与开发

论文摘要

研究表明,旋转机械的振动主要是由不平衡引起的。因此,对于各类旋转机械,在制造和使用时都要对转子或整机进行严格的动平衡。随着旋转机械的发展,动平衡技术得到越来越广泛的应用。曲轴作为结构特殊的刚性转子,在动平衡领域更是占有特殊地位。本文首先对刚性转子的动平衡理论做了深入研究。通过介绍单双面转子动平衡原理,引入了最常用的动平衡方法——影响系数法,并对曲轴动平衡原理做了介绍。其次分别从时域和频域两个方面介绍了数字信号处理的方法。通过对信号基频分析获取信号的大小和相位;通过对信号频域分析确定振动的原因。最后以东风公司生产的曲轴为研究对象,引入虚拟仪器的思想,利用图形化编程语言bbVIEW软件作为开发平台,开发了一套基于虚拟仪器的曲轴组件动平衡测试系统。该系统把仪器的主要功能模块放到计算机上实现,通过通用串行总线(USB)实现计算机和数据采集卡的数据传输,并在计算机上通过软件控制数据采集、信号分析处理并显示结果,能够满足工程中振动测试分析的需要。本系统采用先进的影响系数法和自相关运算处理不平衡数据,提高了测试效率及消除各种干扰因素的影响;利用模块化结构实现对振动信号的处理,包括数据采集、时频域分析及对曲轴进行动平衡分析;实时给出不平衡量的大小和不平衡相位,同时对测试不合格的产品进行自动去重处理,使剩余的不平衡量降低到允许的范围之内。通过实验证明,本文所研究的动平衡测试系统操作简便,平衡精度高,并具有较高的去重效率,完全能够满足生产实际的要求,具有较好的实用价值和广阔的市场前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 动平衡测试技术
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 虚拟仪器概述
• 1.4.1 虚拟仪器的概念
• 1.4.2 虚拟仪器的特点
• 1.4.3 虚拟仪器的发展历史、现状及趋势
• 1.5 本课题目的、研究意义以及所完成的工作
• 1.5.1 本课题目的
• 1.5.2 本文研究意义以及所完成的工作
• 第2章 转子动平衡理论
• 2.1 转子质量不平衡引起的振动
• 2.2 刚性转子不平衡的种类
• 2.3 转子的平衡方法
• 2.3.1 矢量平衡法
• 2.3.2 影响系数法
• 2.3.2.1 单面平衡法
• 2.3.2.2 双面平衡法
• 2.4 曲轴动平衡原理
• 2.4.1 曲轴动平衡的特点
• 2.4.2 曲轴动平衡的力学原理
• 第3章 曲轴动平衡信号分析与处理技术
• 3.1 基准信号和振动信号成分分析
• 3.1.1 基准信号
• 3.1.1.1 基准信号的获取
• 3.1.1.2 基准信号成分分析
• 3.1.2 振动信号
• 3.2 信号基频分析
• 3.2.1 信号的时域分析
• 3.2.1.1 信号的时域统计分析
• 3.2.1.2 信号的相关分析
• 3.2.2 信号分析
• 3.2.2.1 幅值相位的求法
• 3.2.2.2 转速计算
• 3.2.2.3 注意事项
• 3.3 信号的频域分析
• 3.3.1 FFT幅值谱分析
• 3.3.2 功率谱分析
• 第4章 曲轴动平衡系统总体结构设计
• 4.1 系统要求
• 4.2 系统整体设计
• 4.3 驱动及控制模块设计
• 4.3.1 轴驱动电机的控制
• 4.3.2 夹具及锁紧结构控制
• 4.3.3 安全防护门检测
• 4.4 信号检测处理模块设计
• 4.4.1 振动信号的特点
• 4.4.2 传感器的选择
• 4.4.3 多功能数据采集卡的选择
• 4.4.3.1 多功能数据采集卡的基本组成及选用原则
• 4.4.3.2 多功能数据采集卡的选择
• 第5章 基于LabVIEW的曲轴动平衡测试系统软件设计
• 5.1 LabVIEW简介
• 5.2 测试系统软件的总体设计
• 5.3 测试系统主界面设计
• 5.4 测试系统各功能模块软件设计
• 5.4.1 数据采集模块设计
• 5.4.2 文件管理模块设计
• 5.4.3 时域分析模块设计
• 5.4.3.1 信号发生模块设计
• 5.4.3.2 相关分析模块设计
• 5.4.4 频域分析模块设计
• 5.4.5 动平衡模块设计
• 第6章 动平衡测试系统的实验结果及误差分析
• 6.1 动平衡机的精度指标
• 6.2 实验结果分析
• 6.3 误差的分析
• 6.2.1 数据采集卡的误差
• 6.2.2 计算转速的误差
• 6.2.3 数字频率计算的误差
• 6.2.4 幅值、相位计算误差分析
• 6.2.5 控制电路响应时间以及程序执行时间带来的误差
• 第7章 工作总结及展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文