基于全柔性串接式振動系統(tǒng)的高精度動不平衡測量研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動不平衡是引起振動和噪聲、降低設(shè)備壽命和可靠性、制約產(chǎn)品質(zhì)量性能的主要原因之一，也是旋轉(zhuǎn)類產(chǎn)品生產(chǎn)、制造以及應(yīng)用過程中必須解決的共性問題。研究高精度動不平衡測量方法是一項具有巨大效益和重要意義的技術(shù)。振動系統(tǒng)和電氣測量系統(tǒng)是動平衡設(shè)備的核心組成部分，針對提高外懸式轉(zhuǎn)子的動不平衡測量設(shè)備的性能，本研究在新型振動系統(tǒng)設(shè)計、不平衡信號的提取和參數(shù)測量等環(huán)節(jié)提出新方法，以實現(xiàn)能夠降低最小可達(dá)剩余不平衡量，提高平面分離性能、重復(fù)性和長期

2、穩(wěn)定性的動不平衡測量。具體研究工作分為以下幾個方面： 1.對外懸式轉(zhuǎn)子動不平衡測量中的常規(guī)振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、力的關(guān)聯(lián)效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理及其抑制措施以及平面分離性能進(jìn)行了深入分析，以提高不平衡測量精度和長期穩(wěn)定性為目的，指出新型振動系統(tǒng)的設(shè)計途徑。 2.從理論力學(xué)中的瞬時運(yùn)動中心的概念出發(fā)，提出了一種全新的全柔性串接式兩自由度振動系統(tǒng)，該振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可以兼具常規(guī)懸臂梁結(jié)構(gòu)平衡效率高和簡支梁結(jié)構(gòu)平面分離好的優(yōu)點為一體，而且擁

3、有穩(wěn)定的振動中心和較大的測量平面間距。將柔性鉸鏈作為彈性元件引入到該新型振動系統(tǒng)中來，其在傳遞不平衡力和運(yùn)動的方向上具有較低的剛度、阻尼和較高的靈敏度，降低了最小可達(dá)剩余不平衡量。傳感元件安裝在同一徑向測量平面內(nèi)，減弱了環(huán)境因素造成的傳感器性能差異，從而抑制了關(guān)聯(lián)效應(yīng)對動不平衡測量精度和長期穩(wěn)定性的影響。 3.建立了該振動系統(tǒng)兩自由度擺動的動力學(xué)模型，得到其運(yùn)動微分方程，進(jìn)行了不平衡響應(yīng)分析，獲得求解校正質(zhì)量的平面分離方程。依據(jù)

4、能量法原理，推導(dǎo)了該振動系統(tǒng)的等效剛度、固有頻率和靈敏度的理論定量表達(dá)式，同時指出了其影響因素。利用ANSYS軟件建立了振動系統(tǒng)的有限元理論模型，對其進(jìn)行了靜、模態(tài)分析，證明了理論建模的正確性。采用有限元理論深入分析了柔性鉸鏈幾何參數(shù)、振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和固有頻率、靈敏度以及應(yīng)力分布之間的影響關(guān)系，在此分析基礎(chǔ)上，得到各個系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化取值范圍。最后，初步結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，確定了振動系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)。 4.設(shè)計實現(xiàn)了高性能的

5、電氣測量控制系統(tǒng)以確保實現(xiàn)高精度動不平衡測量。該電氣測量控制系統(tǒng)以16位微處理器XC167為核心，主要包括兩路壓電傳感器的電荷放大、選頻濾波等信號調(diào)理電路；以提高相位分辨率和確定主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向為目的的光電傳感器選擇及其后續(xù)電路設(shè)計；以及電機(jī)驅(qū)動控制電路。在此基礎(chǔ)上，利用KeilC167實現(xiàn)了整套動不平衡測控程序。 5.針對變頻結(jié)構(gòu)干擾和強(qiáng)噪聲背景，分別采用改進(jìn)經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解和基于全通濾波器的自適應(yīng)IIR格型陷波器的方法提取動不平衡

6、信號。經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解將振動信號自適應(yīng)分解為有限多個由高頻到低頻排列的、正交的本征模態(tài)函數(shù)；利用自回歸預(yù)測模型延拓信號端點，消除邊界效應(yīng)對提取的不平衡信號的影響，根據(jù)功率譜密度可以快速，有效的判斷出代表基頻信號的本征模態(tài)函數(shù)。對于基于全通濾波器的自適應(yīng)IIR格型陷波器，提出了一種改進(jìn)算法。該算法采用瞬時輸入和號前一次瞬時輸出信號的互相關(guān)來調(diào)節(jié)步長因子，提高了低信噪比條件下算法的收斂速度；引入歸一化功率因子控制步長的變化量，使算法具有較好的魯