船用螺旋桨立式静平衡检测系统设计与实验研究

摘要

船用螺旋桨是船舶前进的动力源，决定船舶的整体性能。由于加工、铸造以及使用等因素的影响，螺旋桨实际重心与理论重心位置相差较大，产生不平衡力矩，螺旋桨不平衡会导致轴承振动、加速轴承与舵轴轴颈磨损，降低轴系传动效率，则经过修理和新造的螺旋桨都必须进行平衡试验，控制不平衡质量在允许范围内。因此，针对船用螺旋桨高精度检测的需要，设计出新型的静平衡检测系统具有重要的工程意义。
　　本文结合螺旋桨静平衡检测的研究现状，开发了基于单片机的螺旋桨立式静平衡检测系统，从而满足巨型螺旋桨静平衡检测的需求。
　　根据螺旋桨静平衡原理和静平衡检测技术理论，设计了螺旋桨静平衡检测的基本测量方案;在此基础上，基于力矩平衡原理，提出两种求解螺旋桨整体不平衡量的检测算法，即称重模型算法和拉压模型算法;并分别针对三叶桨、四叶桨和五叶桨，提出了不平衡打磨质量的桨叶分配参考值的算法。
　　基于提出的检测算法和静压球面轴承的悬浮理论，设计出两套船用螺旋桨立式静平衡检测系统，从机械结构和数据采集系统两方面对检测系统进行整体设计。其中，检测系统机械结构基于现有的支撑单元，针对称重传感器和拉压传感器结构的不同，设计了配套的传感器安装单元。而数据采集系统采用单片机作为核心控制器，对数据采集系统进行了软硬件的设计。搭建了数据采集系统的主要电路，包括单片机控制电路、串口通信电路、按键电路和显示电路等。在数据采集系统软件设计中，给出了主要部分的程序流程图，并重点分析了主程序、中断程序和人机交互程序的软件实现。
　　最后以实验平台为依托，基于提出的两种求解螺旋桨整体不平衡量的检测算法，设计出两套实验方案，模拟螺旋桨静平衡检测实验，从而验证提出的两套算法的正确性，并通过对实验的数据处理和误差分析，对比出两套算法的优劣性。实验结果验证了两套算法的可行性;并表明两套算法精度基本相同，然而基于拉压模型的算法相对于称重模型的算法更简单，且拉压模型机械结构比称重模型机械结构设计更加合理，因此基于拉压模型的检测系统更易于在实际应用中推广。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的研究意义

1．3 螺旋桨静平衡检测研究现状

1．3．1 螺旋桨静平衡机概述

1．3．2 螺旋桨静平衡机研究现状

1．3．3 螺旋桨静不平衡量检测方法研究现状

1．4 课题的研究内容

第二章 静平衡检测算法设计研究

2．1 静平衡原理

2．1．1 转子平衡的力学原理

2．1．2 静不平衡量表示方法

2．1．3 静平衡计算

2．2 基本测量方案

2．3 系统检测算法

2．3．1 称重模型算法研究

2．3．2 拉压模型算法研究

2．3．3 不平衡质量分配

2．4 本章总结

第三章 检测系统整体结构设计研究

3．1 系统总体组成

3．2 系统机械结构设计

3．2．1 支撑单元

3．2．2 传感器安装单元

3．3 数据采集系统硬件设计

3．3．1 主要器件选择及性能参数

3．3．2 系统电路设计

3．4 数据采集系统软件设计

3．4．1 软件系统开发环境介绍

3．4．2 主程序

3．4．3 中断程序

3．4．4 人机交互程序

3．4．5 滤波算法设计

3．5 本章总结

第四章 基于称重模型的检测实验及数据分析

4．1 实验基本方案

4．2 实验过程中遇到的问题及解决

4．3 误差标定及数据采集

4．3．1 称重传感器误差标定

4．3．2 实验数据采集

4．4 实验数据处理及误差分析

4．4．1 实验误差概述

4．4．2 实验数据处理

4．4．3 实验误差分析

4．5 本章总结

第五章 基于拉压模型的检测实验及数据分析

5．1 实验基本方案

5．2 实验系统误差分析及数据采集

5．2．1 拉压传感器误差标定

5．2．2 油膜厚度变化影响

5．2．3 实验数据采集

5．3 实验数据处理及误差分析

5．3．1 实验数据处理

5．3．2 实验误差分析

5．4 两种算法优劣性比较

5．5 本章总结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

在校期间发表的学术论文

在校期间申请的发明专利