基于PLC控制的自动动平衡校正设备的研究与开发

摘要

随着现代汽车工业的迅猛发展，涡轮增压器作为汽车发动机的动力辅助设备，需求量不断扩大，产品质量要求也越来越高。涡轮增压器的转子部分由于转速非常高，非常容易产生振动和噪音，对增压器造成影响甚至产生损坏。这就需要在装配前对旋转体进行动平衡校正。为了提高动平衡校正的效率和平衡精度，开发自动动平衡设备成为动平衡领域的又一研究重点。在对目前的动平衡技术和动平衡机械产品进行大量研究的基础上，我们以涡轮增压器压气机叶轮为对象，开发了自动动平衡校正设备，并对叶轮两端不平衡量的相互关系等若干关键问题进行了探讨。本文的主要研究内容如下： 对动平衡理论的原理意义和动平衡技术国内外发展状况进行了较为详尽的论述，阐述了目前存在的几种动平衡校正方法的发展状况。根据目前动平衡机的校正部分的发展情况，特别是国内压气机叶轮动平衡校正设备较少，提出了本论文的研究意义和研究内容。 详细研究了转子系统的动力学原理，转子的临界转速计算及转子动力学计算特点，介绍了转子系统的传递矩阵和不平衡响应，圆盘类转子系统的运动方程，转子不平衡量的振幅、相位关系，为叶轮动平衡校正奠定了理论分析基础。 对转子质量不平衡引起振动进行了分析，论述了在动平衡校正中存在的误差来源和类别，动平衡校正的平衡精度、剩余不平衡量的要求等。 在分析压气机叶轮平衡校正要求的基础上，介绍了叶轮不平衡检测的方法，对叶轮的不平衡量进行了理论计算，分析了叶轮大小端不平衡量的影响关系。在此基础上进行了叶轮校正设备的设计，介绍了各个部分的结构和功能，以及校正设备的整机工作过程。 根据功能性和适应性需求，采用PLC为主控制器，对控制系统进行模块化设计，选择了精确定位的控制方式，采取了一定的安全可靠的措施对设备进行保护。最后概括了本文的主要工作，对研究成果进行了总结并提出了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2动平衡理论的发展及现状

1.2.1刚性转子平衡理论的发展

1.2.2柔性转子平衡理论的发展

1.3国内外研究现状及发展方向

1.4动平衡设备的发展及现状

1.4.1动平衡设备测试系统的发展

1.4.2动平衡设备校正技术的发展

1.5我国在动平衡方面的发展及现状

1.6本论文的主要研究内容

1.7论文结构

第二章叶轮转子系统平衡的动力学原理

2.1转子动力学概述

2.2转子的临界转速

2.3转子动力学计算的特点

2.4.圆盘转子的传递矩阵

2.5转子系统的不平衡响应的计算

2.6转子临界转速的计算

2.6.1有限元法计算临界转速

2.6.2刚性圆盘运动方程

2.6.3弹性轴段运动方程

2.6.4圆盘与轴段系统的运动方程

2.6.5转子系统的临界转速

2.7具有各向异性支承的转子系统的计算分析

2.7.1转子振动量的复数表示，复振幅和复频率

2.8柔性回转体的动力分析

2.9柔性回转体的平衡方法

第三章叶轮动平衡校正的理论基础

3.1转子动平衡基本概念及其原理

3.1.1转子质量不平衡引起振动分析

3.1.2转子质量不平衡所引起振动的特点

3.2盘形刚性转子的不平衡

3.3平衡校正误差分析

3.3.1校正平面上的角度误差

3.3.2校正平面上的量值误差

3.3.3校正平面上的半径误差

3.3.4校正平面的位置误差

3.4平衡精度及平衡等级

3.4.1转子平衡精度及平衡等级

3.4.2动平衡机剩余不平衡量与平衡精度的求算

3.5盘形转子不平衡量最小二乘法识别

第四章去重校正系统的结构设计与建模

4.1叶轮平衡校正要求

4.2叶轮去重加工要求

4.3叶轮不平衡量检测

4.3.1不平衡量检测

4.3.2色标标志的说明

4.4叶轮不平衡量的理论计算

4.5叶轮大端与小端不平衡量的关系分析

4.6叶轮校正设备的组成及工作过程

4.6.1叶轮大端面去重组件

4.6.2叶轮小端面去重组件

4.6.3叶轮定位夹持组件

4.6.4校正设备的工作过程

第五章控制系统设计

5.1控制系统硬件设计

5.1.1电机及伺服驱动器的选择

5.1.2 PLC的选型

5.1.3定位模块的选择

5.1.4控制方式

5.1.5硬件系统可靠性措施

5.2控制系统的软件设计

5.2.1人机画面的设计与说明

5.2.2人机与PLC的通讯

5.2.3触摸屏组态软件

5.2.4故障诊断和报警模块

第六章总结与展望

6.1结论

6.2需要进一步研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

攻读硕士学位期间所作的项目

致谢