转子动平衡技术研究与系统开发――机务工程毕业论文答辩

转子动平衡技术研究与系统开发学生：梁是导师：陈果教授专业：机务工程文章内容绪论转子动平衡系统软件设计转子动平衡系统测试实验总结与展望转子动平衡原理与方法转子动平衡测试技术相关统计资数据表明：约60%的振动都是由转子的不平衡质量造成的。不平衡引起旋转机械的振动是致使设备噪声、故障及结构破坏的主要原因转子作为航空发动机的重要组件，保证它高速、平稳的旋转是航空发动机的正常、高效运行的关键但由于在转子生产过程中的设计缺点、制造误差、安装误差、质量分布不均或在转子工作运行中结垢、磨损、腐蚀、热变形以及承受附加力都会造成转子的不平衡引言&研究背景针对转子动不平衡问题本文工作主要围绕动平衡理论研究、动平衡系统开发、实验验证这三方面展开。1测试技术及信号分析转子平衡的原理方法动平衡基础转子动平衡理论研究系统软件图文介绍VC6.0开发软件系统规划与设计动平衡系统开发2实验结果、误差分析单/双面动平衡实验实验验证3三个方面转子动平衡理论研究1转子动平衡技术研究与系统开发1.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证6/21动平衡基础0.4025.14.025.1（1）（2）（3）刚性转子准刚性转子挠性转子不平衡量的表达刚挠性的划分2iiiemF（a）22mremFii（b）不平衡的三种形式（1）静不平衡（2）力偶不平衡（3）动不平衡转子动平衡技术研究与系统开发1.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证7/21转子动平衡原理图211''212'lllFFlllFFss21'''llMFFcdd''222'211FrmFrm这就为平衡整个转子的不平衡力系提供了一个明朗的思路，即：用任意选定的两个垂直于旋转轴的平衡校正面通过加平衡配重（校正质量）的方法可以平衡刚性转子的任何不平衡。刚性转子动平衡（1）一、动平衡原理转子动平衡技术研究与系统开发1.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证8/21刚性转子动平衡（2）二、平衡方法：影响系数法2022101120221011)B-B()B-B()A-A()A-A(PbPbPaPa000221102211BQbQbAQaQa转子双面动平衡模型借助经典控制论的思想，系统的输入是已知的，再采用计算机辅助及电测技术测出系统的输出，即可得到系统特性，这样就将振动平衡问题转化为求解线性方程组。转子动平衡技术研究与系统开发1.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证9/21动平衡测试技术（1）一、基准信号测量与应用为了测量基准信号，需要在转轴上抑或在联轴器上设置一个基准。从而使转子每旋转一周都会输出一个脉冲信号，我们称之为基准信号。基准信号在转子动平衡实验中扮演着重要的角色，它的用途主要有两方面：①测量转速。②作为检测振动信号相位的基准。光电传感器测转速原理利用基准信号检测振动信号相位转子动平衡技术研究与系统开发1.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证10/21动平衡测试技术（2）二、振动信号的组成与分析三、3种提取基频信号的幅值、相位的方法。n(t))t(sin)t(sinAC(t)1i000niiiAy中是谐波信号，频谱图中基频对应的幅值应是最大。所以，动平衡测试技术的目标是准确的提取出基频信号的幅值和相位。1、FFT法。2、整周期截断DFT法。3、互相关法。转子动平衡技术研究与系统开发1.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证11/21动平衡测试技术（3）四、3种方法的比较仿真振动信号：)()3sin()2sin()(sin(t)3322110tntAtAtAAx提取结果提取方法幅值(mm)幅值误差(%)相位(°)相位误差(%)FFT7.65624.3018.23168.84DFT7.90931.1320.11810.59互相关法7.91061.1720.27411.35mmA23mmA42mmA20mmA81201402603)(tn三种方法在幅值较大倍频干扰信号和加入了白噪声的混合信号中提取基频信号的幅值、相位的精度高低依次是：DFT、互相关法、FFT。本文选择了精度相对较高、通用性好的的互相关法作为系统开发和实验用来提取基频幅值、相位的主要方法。动平衡系统开发2转子动平衡技术研究与系统开发13/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证规划与设计一、规划与设计欢迎界面系统主界面单/双面动平衡数据管理参数设置动平衡参数设置数据采集参数设置参考流程图单面动平衡流程图双面动平衡流程图振动信号测量基频幅值相位提取不平衡量求解平衡结果并保存查询单双面选择数据查询结果显示准确性功能完备性友好的人机交互界面实时性转子动平衡技术研究与系统开发14/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证软件介绍（文字说明）基于动平衡理论研究本文采用VC++6.0开发了一套完备的转子动平衡系统软件。该系统实现了：参数设置、多通道数据采集、多线程数据处理与分析、转速测量、基频振动信号的提取、数据保存、动平衡算法的集成、单/双面动平衡等主要功能另外，还具有离线模拟、时域波形图/频谱图的实时显示、绘制平衡结果幅值-相位极坐标图、基于ODBC数据库编程与MicrosoftAccess的实验数据管理等辅助功能。转子动平衡技术研究与系统开发15/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证软件介绍（图文介绍）实验验证3转子动平衡技术研究与系统开发17/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证实验平台及设备序号名称数量1ZT-3型转子振动试验台1套2光电传感器1个3电涡流传感器2个4电涡流传感器配套前置器2个5直流电源1个6模拟调速台1台7NIUSB-9234采集卡1套8数据线若干9笔记本电脑及工具箱1台10平衡泥胶（甲、乙）2盒11微型电子秤1个实验硬件设备清单转子动平衡技术研究与系统开发18/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证实验方案设计单面动平衡直流电机光电传感器电涡流传感器测点平衡面（盘右侧）联轴器及反光片单盘短轴转子电涡流传感器光电传感器联轴器及反光片平衡面2（盘3右侧）平衡面1（盘1右侧）测点B测点A直流电机双面动平衡三盘长轴转子转子动平衡技术研究与系统开发19/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证动平衡实验（以双面为例）（1）按实验设计图正确安装三盘转子系统（从右至左依次为盘1，盘2，盘3。选择盘1，盘3的右侧分别作为平衡校正面。（2）进入动平衡系统软件，配置好通道；选定平衡转速1050rpm。（3）开车，稳定至选定转速。利用软件完成初试振动的测量。测量结果显示在软件中。（4）停车，在平衡加试重1，如左图。并在软件中键入试重信息。开车，至额定转速，完成第1次加重后的振动测量。试重1平衡面2平衡面1第一次加试重示意图（5）停车，取下平衡面1试重；在平衡面2上加试重2,如图。开车至额定转速，完成第2次加试重后的振动测量。平衡面2平衡面1试重2第二次加试重示意图（6）进入软件平衡求解界面，得到平衡配重的信息（半径、质量、相位）。并按此加平衡校正量。如图。加平衡配重示意图平衡面2平衡面1平衡配重2平衡配重1（7）开车，至额定转速，完成平衡后的振动测量。在软件平衡结果中查看平衡效果。保存结果。停车。2134567转子动平衡技术研究与系统开发20/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证幅值（mm）0204060801000.000.010.020.03频率（Hz）频率（Hz）0204060801000.000.010.020.03幅值（mm）2.42.62.83.03.2-0.04-0.03-0.02-0.010.000.010.020.030.04幅值（mm）时间（s）2.42.62.83.03.2-0.04-0.03-0.02-0.010.000.010.020.030.04幅值（mm）时间（s）实验结果图文分析（1）平衡后平衡前时域波形图频谱图•测点A平衡前后，•从时域波形图可以看出，振动波形明显变小；•从频谱图可知该转子不平衡量引起的基频特征振动幅值已经非常小，甚至低于二倍频、三倍频的振动幅值。•证明不平衡故障已经消除。转子动平衡技术研究与系统开发21/211.转子动平衡理论研究2.动平衡系统开发3.实验验证实验结果图文分析（2）双面动平衡实验数据及平衡结果平衡转速（1050rpm）测点A测点B振幅（mm）相位（°）振幅（mm）相位（°）初始振动0.02458203.7360.03063186.830面1加重后0.01795222.5380.02456192.164面2加重后0.01903219.1520.01972197.961平衡后振动0.00208219.1520.00829139.766面1试重2.9g/270°面2试重2.9g/270°面1配重5.0g/358°面2配重6.9g/267°平衡率91.54%72.94%双面动平衡实验软件结果图平衡前后通过一阶临界转速对比14001500160017001800190020000.00.10.20.30.40.50.60.70.8幅值（mm）频率（Hz）平衡前平衡后经过动平衡后，使得原先不能通过1900一阶临界转速的转子系统（平衡前接近临界转速处振动急剧增大，有损坏转子的危险）十分顺利的通过临界状态。（1）对实验数据和实验结果进行的图文分析，验证了动平衡方法、测试技术的正确性和实用性。（2）整个实验测试过程证明了本系统软件稳定、快捷、人性化。（3）平衡结果证明了本系统软件能大幅度降低不平衡振动，具有一定的工程应用价值。结论（1）研究了转子的动平衡理论与实用方法、动平衡测试技术。选择了影响系数法和互相关法作为系统开发理论基础。（2）学习研究了VC++6.0,并基于其开发了一套功能完备的转子动平衡系统。（3）利用ZT-3型转子振动试验台进行单/双面动平实验。平衡结果证明了本系统软件能大幅度降低不平衡振动，解决不平衡故障。具有一定的工程应用价值。本文工作（1）继续深入研究挠性转子的动平衡理论和技术。（2）应用其他平衡原理和方法，集成更多的不平衡求解算法。对系统进行挠性转子动平衡功能的开发（3）研究平衡后的刚性转子在高转速下的振动响应。展望THANKS恳请各位老师批评与指正！