基于虚拟仪器的旋转机械轴扭振测试系统的研究

摘要

扭转振动监测是旋转机械故障诊断研究领域中的重要内容。对于大型旋转机械，扭振的破坏性很强，不仅影响机械运行的平稳性，而且极易引起机械的结构松散和疲劳断裂，甚至造成严重的生产事故。随着旋转机械的大型化和高速化发展，轴系结构越来越复杂，使得扭振问题日益突出。然而截至目前，扭振测量技术还不是很成熟，传统的扭振测量仪器大多存在结构复杂、分析功能有限、对测试条件要求比较高等问题，使扭振测试精度及测试效率的提高受到限制，因此需要利用先进技术开发新型扭振测试系统。
　　 本文应用虚拟仪器技术构建的扭振测试系统，充分发挥了计算机在数值计算和图形处理等方面的强大功能，可以在一台微机上完成转速、扭振、应变等多种物理量的自动测试，而且降低了测试成本，提高了开发效率和测试效率，增强了系统的灵活性，简化了工程测试操作。实测实验证明，本文设计的扭振测试系统操作简单、界面友好，可以实现扭振信号的在线监测、数据存储回放、实时处理分析等功能，系统自动化水平得到提高。
　　 本文主要工作内容如下：
　　 (1)分析扭振测试系统的国内外研究现状，找出传统测试仪器存在的问题，提出采用虚拟仪器技术开发新型扭振测试系统；
　　 (2)根据扭振产生机理，分析旋转机械轴的扭振状态，并对实测轴的扭振特性进行建模仿真及理论计算；
　　 (3)根据扭振测试原理，研究扭振信号的采集、提取及处理分析方法，并根据测试需求制定测试系统的整体方案，完成测试系统的用户界面及各功能模块的软硬件设计；
　　 (4)以大型旋转机械测试平台为实验背景，结合ATI2000系列加速度传感器完成对旋转机械轴扭振的实际测量，并将实验数据与理论分析结果进行分析比较，得出结论。
　　 实验结果表明，该系统可实现转轴扭振的宽频率、宽转速、多通道同时测量及在线分析等功能，为今后测试和研究大型旋转机械的扭振特性及实现扭振故障诊断、抑制与消除等提供理论与技术支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1旋转机械轴扭振测试研究的背景及意义

1.2旋转机械轴扭振测试技术的研究进展

1.2.1扭振测量方法的研究现状

1.2.2扭振测试仪器的发展

1.3扭振测试技术存在的问题及发展趋势

1.4论文的主要内容及结构安排

第2章 传动轴扭振的理论计算及仿真分析

2.1被测轴的参数设计与安装情况

2.2传动轴扭振固有频率的计算

2.2.1轴段无阻尼自由扭振固有频率

2.2.2传递矩阵法计算阶梯轴扭振固有频率

2.3基于Ansys的传动轴扭振模态仿真分析

2.3.1模型的建立

2.3.2划分网格

2.3.3模态分析结果

2.4本章小结

第3章 传动轴扭振测试分析方法与系统

3.1扭振测试方案

3.1.1测量方法及信号传输方式选择

3.1.2弯曲、扭振振动解耦测量

3.2扭振测试信号的处理分析

3.2.1小波消噪

3.2.2相干积累

3.2.3频谱分析

3.2.4功率谱分析

3.3测试系统总体设计

3.4本章小结

第4章 传动轴扭振测试系统的软件设计与实现

4.1程序框架设计

4.2模块程序设计

4.2.1转速控制模块

4.2.2信号采集模块

4.2.3显示模块

4.2.4数据处理模块

4.2.5时频分析模块

4.3本章小结

第5章 传动轴扭振实验研究

5.1实验条件

5.2扭振测量实验与结果分析

5.2.1转轴扭振固有频率测量

5.2.2模拟激励扭振测量

5.2.3转速突变条件下的扭振强度分析

5.3数值分析对比

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1工作总结

6.2展望

参考文献

致 谢

附 录