虚拟化现场动平衡测试系统研究

摘要

虚拟仪器技术的出现与迅速发展，使得测量仪器和测试技术发生了巨大变革。与传统仪器相比，虚拟仪器的硬件结构设计简单，集成度高且成本低廉，软件设计具有界面友好、操作简单、用户可自行开发、稳定性能高等丰富的优点。将虚拟仪器技术、仪器仪表技术、计算机通讯技术与动平衡技术相结合，开发以计算机为核心的虚拟化动平衡测试系统，不但能够节省开发和测试成本，而且还能准确的判断转子动平衡故障，高效的实时显示不平衡量的大小和位置，这已经成为当前动平衡测试领域主要研究方向。
　　为适应现代动平衡技术发展的需要，提高平衡精度，本文将虚拟仪器技术、数字信号处理技术与现场动平衡技术结合起来，针对工作转速低于一阶临界转速的刚性转子，利用软件开发平台VisualBasic6.0，开发了一套虚拟化现场动平衡测试系统。论文详细介绍了系统的硬件构成和软件设计。硬件部分主要包括:介绍传感器和前置放大器的工作原理，基于C8051F340单片机的数据采集电路设计，实现与上位机的USB通信等。软件部分主要包括具有FFT分析、倒频谱分析功能的振动信号分析模块和具有双面动平衡、左（右）单面动平衡、同向（反向）加重双单面动平衡等四种测量方式的动平衡标定与测量模块。
　　在实际转子动平衡过程中，转子往往受到非线性因素的影响。由于转子系统的不平衡量与振动之间存在一定的非线性，导致运用线性模型进行的动平衡测试结果存在非线性测量误差，往往需要多次启、停测量才能达到平衡精度要求。本文通过考虑非线性因素对转子系统的影响，阐述了不平衡量与振动响应呈非线性关系，提出了一种可应用于对风机转子进行一阶非线性识别与校正的现场动平衡测试方法。此外，利用加重平衡过程中逐次逼近式标定方法也可以减小非线性因素的影响。最后，对测试系统进行了实验验证，通过实验分析改善了系统各个部分的性能，提高了现场动平衡测试的精度和准确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景

1．2 课题的研究现状

1．2．1 动平衡技术的研究现状

1．2．2 动平衡测试系统的研究现状

1．3 课题的研究内容

1．4 本章小结

第2章 转子动平衡的理论分析

2．1 转子的分类

2．2 刚性转子不平衡

2．3 刚性转子动平衡原理

2．3．1 静平衡

2．3．2 动平衡

2．4 刚性转子现场动平衡方法

2．4．1 转子动平衡方法简介

2．4．2 影响系数法基本原理及测试方法

2．4．3 单面动平衡

2．4．4 双面动平衡

2．5 挠性转子动平衡方法

2．6 本章小结

第3章 针对非线性因素提出的动平衡标定算法

3．1 动平衡标定

3．2 一阶非线性识别与校正方法

3．2．1 该方法的提出

3．2．2 风机转子的一阶非线性描述

3．2．3 一阶非线性识别与校正的基本原理及测试方法

3．3 左(右)单面动平衡标定算法

3．4 同向(反向)加重双单面动平衡标定算法

3．5 加重平衡过程中逐次逼近式标定方法

3．6 本章小结

第4章 虚拟化现场动平衡检测系统的软件设计

4．1 软件平台Visual Basic 6．0

4．1．1 Visual Basic 6．0语言

4．2．2 Visual Basic 6．0的特点

4．2 系统软件的总体设计

4．2．1 系统设计要求

4．2．2 系统方案设计

4．3 系统主要功能模块的实现

4．3．1 动平衡标定与测量模块

4．3．2 振动分析模块

4．4 本章小结

第5章 虚拟化现场动平衡检测系统的硬件构成

5．1 系统的整体结构

5．2 传感器的选型与工作原理

5．2．1 压电式加速度传感器

5．2．2 光电传感器

5．3 前置放大器

5．4 振动信号的数据采集电路

5．4．1 C8051F340介绍及采集电路设计

5．4．2 C8051F340的USB通信

5．5 本章小结

第6章 虚拟化现场动平衡测试系统实验与分析

6．1 一阶非线性识别与校正方法实验

6．2 左(右)单面及同向(反向)加重双单面动平衡实验

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢