通用汽油发动机曲轴动平衡测试与自动去重系统的研制

摘要

近年来，随着旋转机械的发展，动平衡技术得到越来越广泛的应用，尤其是在发动机曲轴上，提出了更高的要求。曲轴作为结构特殊的刚性转子，在运行中总是与连杆、活塞(滑块)一起构成一个整体，称为曲柄连杆机构。由于有往复质量的影响，曲柄连杆机构不可能达到完全的平衡，有其特殊性，因此其理论在动平衡领域占有特殊地位。为了满足通用汽油发动机曲轴组件动平衡测试的需要，有几家企业开始研制针对发动机曲轴组件动平衡测试的专用动平衡机，该机也可兼作小规格曲轴零件的动平衡测试。但这种动平衡机属于实验室仪器，去重钻孔作业不能在平衡机上进行，效率低，无法适应生产线上快速检测去重作业的需要。因此本课题研究开发的专门用于通用汽油发动机曲轴的动平衡测试分析与自动去重的系统有着非常重要得意义。 本文是专门针对通用汽油发动机曲轴动平衡检测与去重一体化的平台，以转子动平衡动力学为基础，结合机械技术、电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、数据采集、A/D转换与调理、I/O控制、数字信号的分析与处理等微电子技术，利用计算机的强大数据运算能力，克服现有曲轴组件动平衡系统的缺陷以降低测试成本，提高测试精度和测试效率。 本系统能完成曲轴的双面动平衡测试，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。 本文中应用拟合插值等方法，实现各信号周期和采样点的严格同步，各周期对应点求平均，取得数据样本，以滤除非周期信号，确保不平衡相位测试的精度；用谐波分析方法，滤除基波以外的各次谐波，确保不平衡原始数据的准确性，提高不平衡幅值测试的精度。此外，采用先进的影响系数法处理不平衡数据，提高了测试效率及消除各种系统因素的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2旋转机械的平衡

1.3动平衡技术研究的发展

1.4国内外研究现状

1.5本课题的研究内容、目的与意义

1.5.1本课题的研究内容

1.5.2本课题的研究目的

1.5.3本课题的研究意义

2动平衡理论

2.1概述

2.1.1基本概念

2.1.2刚性转子不平衡量的种类

2.1.3不平衡量引起的振动

2.1.4两个线性条件

2.2动平衡原理与测量方法

2.2.1三点法

2.2.2影响系数法

2.3曲轴动平衡原理

2.3.1曲轴动平衡的特点

2.3.2曲轴动平衡的力学原理

3系统总体设计

3.1系统总体方案设计

3.2系统机械结构设计

3.2.1测试部分机械结构设计

3.2.2自动钻削去重装置机械结构设计

3.3系统硬件电路设计

3.3.1硬件总体结构

3.3.2传感器选型

3.3.3信号调理电路设计

3.3.4干扰信号的处理

4动平衡测试数据采集与处理的研究

4.1数据采集

4.1.1数据采集卡的选择

4.1.2数据采集及I/O处理编程

4.2模拟信号的数字化

4.3数字信号的预处理

4.3.1剔除奇异项

4.3.2数字滤波

5系统的软件设计

5.1开发环境

5.1.1操作系统平台的选择

5.1.2软件开发平台的选择

5.2软件需求分析

5.3软件采用的方法和原理

5.4动平衡测试的软件设计

5.4.1电机回转等周期检验子程序

5.4.2数据采样及数据稳定性检验子程序

5.4.3计算基波及至ND次谐波的振幅和相位子程序

5.4.4动平衡系统标定子程序

5.5自动去重软件设计

5.5.1自动去重流程图说明

5.5.2自动去重算法流程图

6系统的安装调试和试运行

6.1交流伺服系统的调试

6.2板卡调试

6.3电路调理板调试

6.4系统联调与运行结果

7结论

致谢

参考文献

附 录：