立式硬支撑平衡机动力学特性及不平衡量自动修正技术研究

摘要

盘状转子由于结构设计不合理，材质分布不均匀和制造存在误差等原因，往往具有不平衡量。具有过大不平衡量的盘状转子在高速旋转时，会产生噪声和振动，从而加速轴承磨损，甚至破坏机器引发事故，因此必须对其进行动平衡处理。
　　国内盘状转子生产企业普遍采用手工平衡法，即先用平衡机测量转子的不平衡量，然后根据测量结果进行人工加重或去重校正。此方法效率较低，依赖人工，且平衡精度的稳定性难以得到保证。用全自动平衡机来处理可较好地解决此问题。当前，国产的全自动平衡机技术上不够成熟，稳定性较差。市场上稳定成熟的全自动平衡机均为国外设备。但国外设备的价格较高，还存在结构复杂、适应性差等缺点，难于在国内企业普及。
　　考虑上述因素，论文以小于20kg，内径28～250mm之间的盘状转子为处理对象，研究了硬支撑全自动平衡修正系统中的不平衡量自动修正技术。主要完成的工作与取得的成果如下:
　　1.规划了全自动平衡修正系统的整体方案，将系统划分为机械子系统和测控子系统。
　　2.对硬支撑动平衡测试机进行了动力学特性研究，分析了不同参数对平衡测试机测试精度的影响，给出了板簧刚度、测力传感器安装刚度和预紧弹簧刚度的选取准则，在样机上进行了实验测试以及最小可达剩余不平衡度测定。
　　3.在钻削对称分齿算法的基础上提出了钻削非对称分齿算法。阐述了钻削非对称分齿算法的去重方案，并通过实验验证了此算法的准确性。
　　4.探讨了适用于薄壁盘状转子的圆弧铣削去重算法。给出了去重方案，并推导数学表达式，在此基础上分析了去重理论值、去重实际值和两者间的误差。根据工程允许误差，选取了合适的圆弧分段数这一关键参数，并在实验样机上进行实验验证。
　　5.对升降速过程中转子不平衡量的测量方法进行研究，给出了理论推导过程、实现条件和相移校正公式。研究表明，此方法能够比较准确地求出转子的不平衡量，基本与稳速过程中不平衡量的测量方法有着相近的测量精度。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景及意义

1．2 动平衡理论

1．2．1 不平衡量的表示方法

1．2．2 不平衡量的分布

1．2．3 不平衡量校正的力学基础

1．3 动平衡设备

1．3．1 平衡测试机的分类

1．3．2 平衡测试机的发展历史

1．3．3 动平衡方法

1．3．4 不平衡量校正方法

1．3．5 平衡修正设备性能指标

1．4 振动信号检测和处理方法

1．4．1 滤波技术

1．4．2 振动信号分析和提取技术

1．5 立式动平衡设备的现状

1．6 不平衡量去重方法

1．7 小结

第2章 盘状立式硬支撑全自动平衡修正系统的整体构架

2．1 功能描述

2．2 机械子系统

2．2．1 平衡测量装置

2．2．2 驱动部件

2．2．3 膨胀夹具

2．2．4 抱紧夹具

2．2．5 去重装置

2．2．6 防护装置

2．3 测控子系统

2．3．1 测控子系统的硬件

2．3．2 测控子系统的软件程序

2．4 盘状立式硬支撑全自动平衡修正系统样机

2．5 小结

第3章 平衡测试机动力学特性及测控电路

3．1 立式硬支撑平衡测试机动力学特性

3．1．1 运动方程

3．1．2 动力学特性

3．1．3 刚度分配

3．2 测控电路

3．2．1 压电效应

3．2．2 压电式传感器的等效电路

3．2．3 压电式传感器的信号调节电路

3．3 实验样机

3．3．1 测试数据的重复性

3．3．2 振动信号与转速关系

3．3．3 永久标定分析

3．4 最小可达剩余不平衡度emar的测试

3．5 小结

第4章 钻削非对称分齿算法

4．1 钻削对称分齿算法

4．2 钻削非对称分齿算法

4．3 实验验证

4．4 小结

第5章 圆弧铣削算法

5．1 圆弧铣削去重方案

5．2 圆弧铣削算法推导

5．2．1 圆弧铣削去重理论值

5．2．2 圆弧铣削去重实际值

5．3 实际值与理论值误差分析

5．4 实验验证

5．5 小结

第6章 升降速过程中不平衡量的测量方法

6．1 稳速过程中不平衡量的测量方法

6．2 升速过程中不平衡量的测量方法

6．2．1 升速过程工频振动信号提取算法

6．2．2 升速过程工频振动信号提取算法实现条件

6．3 滤波电路的相移分析

6．3．1 滤波电路的特性

6．3．2 滤波电路的相移校正

6．4 实验验证

6．5 小结

7．1 研究工作总结

7．2 后续展望

参考文献

攻读硕士期间研究成果