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转子动平衡技术研究与系统开发 学生： 导师： XXX 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 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 VC 6.0 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 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 6 动平衡基础 0.4 0   25 . 1 4 . 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  i i i e m F   （a ） 2 2       mr e m F i i （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 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 7 转子动平衡原理图            2 1 1 ' ' 2 1 2 ' l l l F F l l l F F s s 2 1 ' ' ' l l M F F c d d           ' ' 2 2 2 ' 2 1 1 F r m F r m   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 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 8 刚性转子动平衡 （2 ） 二、平衡方法：影响系数法                                      2 0 2 2 1 0 1 1 2 0 2 2 1 0 1 1 ) B - B ( ) B - B ( ) A - A ( ) A - A ( P b P b P a P a                      0 0 0 2 2 1 1 0 2 2 1 1 B Q b Q b A Q a Q a 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 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 9 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 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 10 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 ( sin A C (t) 1 i 0 0 0         n i i i A y     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 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 11 动平衡测试技术 （3 ） 四、3 种方法的比较 仿真振动信号： ) ( ) 3 sin( ) 2 sin( ) ( sin (t) 3 3 2 2 1 1 0 t n t A t A t A A x               提取结果 提取方法 幅值 (mm) 幅值误差 (%) 相位 (°) 相位误差 (%) FFT 7.6562 4.30 18.2316 8.84 DFT 7.9093 1.13 20.1181 0.59 互相关法 7.9106 1.17 20.2741 1.35 mm A 2 3  mm A 4 2  mm A 2 0  mm A 8 1   20 1   40 2   60 3  ) (t n 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 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 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 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 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Microsoft Access 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 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 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 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 实验平台及设备 实验硬件设备清单 转子动平衡技术研究与系统开发 18 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 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 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 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1050rp m 。 （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。 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。 2 1 3 4 5 6 7 转子动平衡技术研究与系统开发 20 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 3. 实验验证 幅 值 （ mm ） 0 20 40 60 80 100 0.00 0.01 0.02 0.03 频率 （Hz ） 频率 （Hz ） 0 20 40 60 80 100 0.00 0.01 0.02 0.03 幅 值 （ mm ） 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 幅 值 （ mm ） 时间 （s ） 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 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 1. 转子动平衡理论研究 1. 转子动平衡理论研究 2. 动平衡系统开发 2. 动平衡系统开发 3. 实验验证 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 （1050rp m ） 测点A 测点B 振幅（m m ） 相位（° ） 振幅（m m ） 相位（° ） 初始振动 0.02458 203.736 0.03063 186.830 面1 加重后 0.01795 222.538 0.02456 192.164 面2 加重后 0.01903 219.152 0.01972 197.961 平衡后振动 0.00208 219.152 0.00829 139.766 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 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 幅 值 （ m m ） 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！