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1、动平衡机测试系统设计The Test Systerm Design of Dynamic Balancing Mechine专 业：机械工程及自动化学 生： 指导教师： 济南大学机械工程学院二零零六年六月中文摘要常用机械中包含着大量的作旋转运动的回转体。在理想的情况下，平衡的回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷等多种因素，使的回转体在旋转时，其上每个微小质点所产生的离心惯性力不能相互抵消，引起振动，严重时，能造成破坏性事故。因此，工程中常需对回转体部件进行平衡。本文在文献资料和实验的基础上,基于机械振动和转子动平衡理论，分析了转子不平
2、衡产生的原因及危害，论述了各类不平衡转子的平衡方法，在此基础上根据生产实践的需要，以刚性转子为研究对象，分析其不同测试方法，尤其是瓦特表测量系统的优缺点，分析并计算了动平衡机测试系统的速度信号特点，分析了求取动不平衡量大小和相位的解算原理，并针对瓦特表测量系统，进行了具体的电路设计。 具体完成工作如下：1、叙述了课题的工程背景以及研究转子系统动平衡技术的理论意义和工程价值。讨论了动平衡技术的发展历史、现状及趋势。2、动平衡处理是旋转部件必须采取的工艺措施之一，转子动平衡的实质是建立不平衡量和轴承振动响应之间的复杂函数关系，本设计详细分析了六种刚性转子的不同情况，并依据解算式子的不同分为四种情况
3、，建立测试电路。3、设计核心电路，该电路对不平衡信号进行滤波，去除高频干扰和低频干扰，得到基频处的正弦信号,算出了刚性转子每个校正平面上的不平衡量4、在平衡机系统上进行了动力学试验以及平衡方法试验，并在软件上对部分电路进行了仿真。试验结果表明，本文提出的平衡机测试系统的信号分析过程以及平衡方法是合理的，部分电路模拟仿真结果是正确的。本文的成果对于提高转子动平衡精度和效率，丰富动平衡理论，具有一定的理论意义和重要实用价值。关键词：动平衡 解算原理 硬支承 测试系统 刚性转子 不平衡量减少率ABSTRACTThis paper ，on the basis of the theory of mech
4、anical vibration and rotor balancing,firstly analyses the various reasons and dangers caused by unbalanced rotors according to information and experiments, after these, diferent balancing methods for diferent types of unbalancing rotors were discussed. On the basis of the theory that discussed above
5、, the paper analysesdiferent types methods of measuring especially watt meter measuring systemand character of signals of hard bearing dynamic balancing system and designs a hard-bearing microcomputer-based measuring system for diferent types of hard bearing dynamic balancing machines. The embodimen
6、t of the contributions may be summarized as follows:1、Considering the influence of the system parameters of soft-bearing balancing system, more accurate model of balancing system is constructed when balancing asymmetric rotor, such as high-speed painting atomizer rotor. Then the dynamic analysis and
7、 the computer simulation are carried out2、The handling of dynamic balancing is one of technology measure atmust be adopted on revolving parts。Furthermore, the thesis deals with the influence of supporting rollers eccentricity on balancing precision, and presents the method to eliminate the deviation
8、. 3、Unbalanced signals are filter using，in order to delete disturbed interferences.The sine signal at the fundamental frequency is gained。4、A series of experiments have been carried out on balancing machine. The results show that both the analytical process of the balancing system and the balancing
9、methods are reasonable, and the results of computer simulation are correct.The outcomes of this thesis have Important theoretical significance and use value to direct how to improve the precision and the efficiency of rotor balancing, and will greatly enrich the theory of balancing method.KEY WORDS：
10、Dynamic balancing, Key Word 2, Hard bearing，Key Word 2, Rigid Rotor，Unbalancing reduction ratio目 录- ii -第一章 绪论31.1动平衡机国内外的发展状况和前景31.2本课题的提出及其在实践上的意义4第二章 动平衡测试系统相关原理理论52.1质量不平衡的原因52.2三种不平衡形式52.3转子平衡的概念62.4转子的静平衡和动平衡62.5转子动平衡的必要性82.6平衡转速92.7平衡精度等级92.8刚性转子和柔性转子132.9校正方法132.10校正面的选择13第三章 解算原理及板簧计算143.1硬
11、支承平衡机与软支承平衡机143.2硬支承动平衡机的校正解算原理153.3板簧的计算203.3.1板弹簧的简化模型203.3.2 忽略剪切变形时板弹簧的计算203.3.3 考虑剪切变形时板弹簧的计算21第四章 各部分电路设计及计算，224.1传感器224.2滤波电路244.2.1原理特性244.2.2设计步骤264.3乘A或C运算放大器274.4反相器294.5加法器304.6除法电路334.6.1模拟乘法器的基本特性334.6.2集成模拟乘法器344.6.3、除法运算364.7功率放大器电路37第五章 不平衡量结果的显示仪器及数据处理395.1不平衡量结果的显示仪器395.2基准信号发生器40
12、第六章 整体电路41参考文献42致 谢43- 43 -济南大学毕业设计（论文）参考文献第一章 绪论1.1动平衡机国内外的发展状况和前景进入现代化社会，机械逐步向精密化、大型化、高速化的方向发展，这时出现的最大障碍就是振动问题。在产生振动的各种原因中，最主要的就是“不平衡力”。机械中必然存在运动的部分，这一部份的质量如果有加速度，就会产生惯性力(旋转质量的离心力等)。这种惯性力如果在机械的运动部分内部没有得到良好的平衡，则与不平衡相应的力就会作为动载荷作用于机械的静止部分，从而引起振动、噪声或性能的下降。为了避免产生这些现象，就需要改善运动部分的质量分布，消除不平衡力，这就是所谓平衡现代的平衡技
13、术，是在本世纪初随着蒸汽透平的出现而发展起来的。第一台平衡机的出现距今已有近一百年的历史。1907年德国的拉瓦切克(Lawaczeck)首先制造出平衡机，随后，黑曼(Heymann )将其改进。在这台平衡机上，支承试验旋转体的轴承是由安装在底座上的弹簧支承起来的。运动中的旋转体所产生的离心力使轴承产生振动，振动波形由地震仪一类的装置记录下来。平衡操作所需的校正块的位置及大小根据这一记录确定，将校正块加到旋转体上，平衡操作即告完成。拉瓦切克黑曼平衡机的结构是原始的，操作也较麻烦，但对高速旋转机械性能的提高作出了很大的贡献。直到20世纪40年代，电子技术的发展促进了平衡技术的变革。电子测量系统，平
14、面分离电路，电气“标准转子”等先进技术在平衡机上得到了广泛的应用。由于罗伊特林格(Renitlinger)的可动线圈式传感器的发明，以及在以德国的申克公司(Schenck)和美国的吉肖特公司(Gisholt )的瓦特计式为基础的电气测量机构发展的基础上，现代平衡机问世了。随着电子计算机和大规模集成电路的发展，价格又大幅度下降，使得动平衡机得到了很大发展。七十年代出现的硬支承平衡机可认为是平衡机发展史上的一次飞跃。由于硬支承平衡机具有很多优点，如测量的是转子的不平衡离心力，可以实现“永久标定，操作简单等，从而得到了越来越广泛的应用。从发展趋势看,除了一些特殊情况，如高速、小型转子的平衡以外，硬支
15、承平衡机将取代软支承平衡机；从国外的平衡机发展过程来看，德国的平衡机制造业历史悠久，水平处于领先地位。卡尔、申克和霍夫曼公司都具有比较高的技术水平。另外，美国的IRD公司对于软支承平衡机也深有研究，其产品也值得关注。我国对平衡机的研制和开发是从1958年开始的，平衡机制造业发展也比较迅速。根据国家试验机质检中心的检测结果来看，国产平衡机的两项技术指标，即最小可达剩余不平衡量em.和不平衡量少率URR，与国际先进水平的差距并不明显。通用软支承平衡机的em.能达到0.01,u, URR一般在9095。现代的动平衡机已逐渐形成了一个通用的结构，即“旋转机械”，用于测量转子不平衡的机器。如需要可用于调整被平衡转子的质量分布，使与转速同频的轴径振动或作用于轴承的力减小。1.2本课题的提出及其在实践上的意义虽然动平衡理论和技术己发展了近一个世纪且动平衡机也更新多次，但在生产实践中还是不能完全满足需要。目前我国企业生产的平衡机多为瓦特表测量系统或数字指示式的。由于瓦特表测量系统在本质上是以机电滤波方式工作的等效的滤波装置，存在传感器误差、衰减器误差、积分器误差、平面分离误差、放大器误差、
