（机械制造及其自动化专业论文）数控立车工件在线动平衡测量系统.pdf

- d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h e a p p l i c a t i o no f m a s t e r sd e g r e eo f e n g i n e e r i n g m e a s u r e m e n ts y s t e mf o rc n c v e r t i c a ll a t h ew o r k p i e c e o n l i n ed y n a m i cb a l a n c e c a n d i d a t e ： z a n gj u n s p e c i a l t y ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n s u p e r v i s o r ：p r o f y u em i n g j u n s h a n d o n gu n i v e r s i t y a p r i l2 0 ，2 0 1 0 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：型蒸呈日期：丛垃：皇立q 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名； 型筮呈导师签名；继丝丝日 期：型q 尘弓。 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第l 章绪论l 1 1 转子平衡的概念l 1 2 动平衡的必要性1 1 3 动平衡测试技术的国内外发展2 1 4 本课题研究内容5 第2 章动平衡理论基础7 2 1 转子的分类7 2 2 转子故障的分类7 2 3 动平衡的动力学基础8 2 - 3 1 静不平衡与动不平衡8 2 3 2 刚性转子的平衡一l l 2 3 3 挠性转子的平衡1 1 2 4 动不平衡引起的振动1 1 2 4 1 不平衡引起振动的原因1 2 2 4 2 不平衡量引起振动的特点1 3 2 5 转子的平衡方法。1 3 2 6 本章小结1 5 第3 章振动测量技术及数字信号处理1 7 3 1 振动研究的理论基础1 7 3 1 1 简谐振动的特性1 7 3 1 2 振型的正交性1 8 3 2 振动测量的主要内容和研究方法1 8 3 2 1 振幅的测量l9 3 2 2 相位的测量19 山东大学硕十学位论文 3 2 3 频率的测量2 0 3 2 4 振动信号的分析方法2 0 3 3 数字信号处理基本理论2 1 3 3 1 数字信号处理理论简述2 l 3 3 2 离散傅里叶变换( d f t ) 2 2 3 3 3 利用d f t 来解算基频信号幅值与相位2 3 3 4 本章小结2 5 第4 章系统的总体方案设计2 7 4 1 系统设计的要求2 7 4 2 系统总体结构框图2 8 4 3 系统硬件构成2 9 4 3 1c p u 的选择2 9 4 3 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 系列d s p 31 4 3 3 鉴相传感器的选择3 3 4 3 4 速度传感器的选择。3 3 4 3 5 液晶显示器的选择一3 4 4 3 6 键盘的选择3 4 4 4 本章小结3 4 第5 章系统的硬件设计3 5 5 1 概述3 5 5 2 振动信号采集预处理电路的设计3 5 5 2 1 硬件同步采样电路的设计3 5 5 2 2 中心频率自适应带通滤波电路的设计3 7 5 3 基准信号测量与处理电路的设计3 8 5 4 程控放大电路的设计3 9 5 5 其他辅助电路的设计4 1 5 5 1 液晶显示电路的设计4 l 5 5 2 键盘电路的设计4 2 5 5 3 电源模块的设计4 3 目录 5 6 本章小结4 3 第6 章系统的软件设计4 5 6 1 概述4 5 6 1 1 软件设计的概念和原理4 5 6 1 2 软件设计的原则4 6 6 2 软件总体功能设计4 7 6 3 软件主要功能模块的实现4 9 6 3 1 初始化程序设计4 9 6 3 2 转速测量模块5 1 6 3 3 时域波形显示模块5 4 6 3 4 频域波形显示模块5 7 6 3 5 动平衡测量模块5 8 6 3 6d s p 与p c 机之间r s 2 3 2 通讯模块6 l 6 3 7 键盘、液晶模块程序设计6 2 6 4 本章小结6 2 总结6 5 参考文献6 7 致谢7 1 1 2d y n a m i cb a l a n c en e c e s s i t y 1 1 3d e v e l o p m e n to fd y n a m i cb a l a n c et e s t i n gt e c h n o l o g ya th o m ea n d a b r o a d 2 1 4r e s e a r c h i n gc o n t e n to ft h es u b j e c t 5 c h a p t e r2d y n a m i cb a l a n c et h e o r e t i c a lb a s i s 7 2 1c l a s s i f i c a t i o no ft h er o t o r 7 2 2c l a s s i f i c a t i o no f r o t o rf a u l t 7 2 3k i n e t i c sb a s i so fd y n a m i cb a l a n c e 8 2 3 1s t a t i cu n b a l a n c ea n dd y n a m i cu n b a l a n c e 8 2 3 2r i g i dr o t o rb a l a n c e 11 2 3 3f l e x i b l er o t o rb a l a n c e 1 1 2 4t h ev i b r a t i o nc a u s e db yd y n a m i c u n b a l a n c e 。11 2 4 1r e a s o n sf o rv i b r a t i o nc a u s e db yu n b a l a n c e 1 2 2 4 2c h a r a c t e r i s t i c so fv i b r a t i o nc a u s e db yu n b a l a n c e 。13 2 5r o t o rb a l a n c em e t h o d s 13 2 6c h a p t e rs u b t o t a l 15 c h a p t e r3v i b r a t i o nt e s t i n gt e c h n o l o g ya n dd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g 3 1t h e o r e t i c a lb a s i so fv i b r a t i o ns t u d y 17 3 iic h a r a c t e r i s t i c so f s i m p l eh a r m o n i cv i b r a t i o n 。17 3 1 2v i b r m i o nm o d e o r t h o g o n a l i t y 18 3 2m a i nc o n t e n t sa n dr e s e a r c hm e t h o d so fv i b r a t i o nm e a s u r e m e n t 1 8 3 2 4a n a l y s i sm e t h o d so fv i b r a t i o ns i g n a l 2 0 3 3t h eb a s i ct h e o r yo fd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g 2 1 3 3 1b r i e f d e s c r i p t i o no f d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gt h e o r y 2 1 3 3 2d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m ( d f t ) 2 2 3 3 3c a l c u l a t i o no ff u n d a m e n t a lf r e q u e n c ys i g n a la m p l i t u d ea n dp h a s e u s i n gd f t 2 3 3 4c h a p t e rs u b t o t a l 2 5 c h a p t e r 4s y s t e mo v e r a l ls c h e m ed e s i g n 2 7 4 1s y s t e md e s i g nr e q u i r e m e n t s 2 7 4 2o v e r a l ls t r u c t u r eo ft h es y s t e m 2 8 4 3s y s t e mh a r d w a r es t r u c t u r e 2 9 4 3 1c p us e l e c t i o n 2 9 4 3 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7s e r i e sd s p 31 4 3 3p h a s ed i s c r i m i n a t i o ns e n s o rs e l e c t i o n 3 3 4 3 4s p e e ds e n s o rs e l e c t i o n 3 3 4 3 5l i q u i dc r y s t a ld i s p l a ys e l e c t i o n 3 4 4 3 6k e y b o a r ds e l e c t i o n 3 4 4 4c h a p t e rs u b t o t a l 3 4 c h a p t e r 5s y s t e mh a r d w a r ed e s i g n 3 5 5 1o v e r v i e w 。3 5 5 2v i b r a t i o ns i g n a la c q u i s i t i o np r e - p r o c e s s i n gc i r c u i td e s i g n 3 5 5 2 1h a r d w a r es y n c h r o n o u ss a m p l i n gc i r c u i td e s i g n 3 5 5 2 2c e n t e rf r e q u e n c ys e l f - a d a p t i v eb a n d p a s sf i l t e rc i r c u i td e s i g n 3 7 5 3r e f e r e n c es i g n a lm e a s u r e m e n ta n dp r o c e s s i n gc i r c u i td e s i g n 3 8 5 4p r o g a m m a b l ea m p l i f y i n gc i r c u i td e s i g n 3 9 c o n t e n t s 5 5o t h e ra u x i l i a r yc i r c u i td e s i g n 4 1 5 5 1l i q u i dc r y s t a ld i s p l a yc i r c u i td e s i g n 41 5 5 2k e y b o a r dc i r c u i td e s i g n 4 2 5 5 3p o w e rm o d u l ed e s i g n 4 3 5 6c h a p t e rs u b t o t a l 4 3 c h a p t e r6s y s t e ms o f t w a r ed e s i g n 4 5 6 1o v e r v i e w 4 5 6 1 1c o n c e p t sa n dp r i n c i p l e so f s o f t w a r ed e s i g n 一4 5 6 1 2s o f t w a r ed e s i g np r i n c i p l e s 4 6 6 2s o f t w a r eo v e r a l lf u n c t i o nd e s i g n 4 7 6 3t h em a i nf u n c t i o nm o d u l e si m p l e m e n t a t i o no fs o f t w a r e 4 9 6 3 1i n i t i a l i z i n gp r o g r a md e s i g n 4 9 6 3 2m e a s u r e m e n to fr o t a t i o n a ls p e e dm o d u l e 51 6 3 3t i m e - d o m a i nw a v e f o r md i s p l a ym o d u l e 5 4 6 3 4f r e q u e n c y d o m a i nw a v e f o r md i s p l a ym o d u l e 5 7 6 3 5d y n a m i cb a l a n c i n gm e a s u r e m e n tm o d u l e 5 8 6 3 6r s 2 3 2c o m m u n i c a t i o nm o d u l eb e t w e e nd s pa n dp c 6 1 6 3 7k e y b o a r d 、l i q u i dc r y s t a ld i s p l a ym o d u l ep r o g r a m m i n g 6 2 6 4c h a p t e rs u b t o t a l 6 2 c o n c l u s i o n 6 5 r e f e r e n c e s 6 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 1 i i i ， 摘要 摘要 旋转机械是机械系统的重要组成部分，在国防和国民经济众多领域中发 挥着巨大作用。随着旋转机械在工业生产中的大量应用，由转子不平衡等因 素产生的机器故障和事故也日益增多，对旋转机械进行动态的平衡已成为现 代工业旋转机械制造过程中的一道不可缺少的工序。 作为精密机械加工的数控立式车床，对加工精度有着严格的要求。在加 工工件的过程中，由于工件被装夹的位置可能不一定是位于工作台的中心， 当工作台旋转之后，会产生一定的离心力，引起不平衡，进而引起整个转子 系统的振动，影响工件的加工精度。本课题的主要目标是开发一个检测系统， 检测数控立车工件旋转过程中的在线不平衡量。 本文将动平衡技术和数字信号处理等技术结合起来，开发了一套基于 d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) 的在线动平衡测试系统。本论文首先对动平衡 的基本理论、振动测量技术及信号处理，以及基于d f t 的不平衡振幅、相位 提取算法作了详细归纳、阐述。在参考和借鉴国内外动平衡测量系统的基础 上，提出了采用d s p 技术，开发动平衡测试系统。论文提出了系统的总体方 案设计，包括主控芯片的选型、对转速基准信号的获取与处理、对振动信号 的预处理和采集、人机交互( 键盘、液晶) 设计等；给出了转速基准信号处理 电路、振动信号处理电路、d s p 主控单元电路、电源电路、键盘电路及液晶 显示电路设计等，主要完成信号的预处理、系统的操作和数据显示；采用模 块化设计思想，包括动平衡分析模块、转速测量模块、时域波形分析模块、 频域波形分析模块、d s p 与p c 机的数据通讯模块等。 整个系统能够对转子振动信号进行精确测量，对不平衡量进行准确计算 和实时显示，并能通过r s 2 3 2 实现与p c 机的数据通讯。该系统统满足测量 准确、操作方便、运算速度快、精度较高的要求。 关键词：在线动平衡：振动；测量；d s p a b s t r a c t a b s t r a c t r o t a t i n gm a c h i n e r yi sa i li m p o r t a n tp a r ti nm e c h a n i c a ls y s t e m ，w h i c hh a sa g r e a ts i g n i f i c a n c ei nd e f e n s i v ea n dc i v i ld o m a i n w i t ht h ei n c r e a s i n ga p p l i c a t i o n o fr o t a r ym e c h a n i s mi n i n d u s t r yp r o d u c t i o n ，t h eq u a n t i t yo fm a c h i n ed e v i c e s m a l f u n c t i o n sa n da c c i d e n t sd u et ou n b a l a n c e dr o t a r y i s i n c r e a s i n gq u i c k l y p r e s e n t l y , d y n a m i cb a l a n c eo fr o t a r ym a c h i n e r yh a sb e c o m ea ni n d i s p e n s a b l e w o r k i n gp r o c e d u r ei nm a n u f a c t u r i n g c n cv e r t i c a ll a t h e ，a sap r e c i s i o nm a c h i n i n g ，h a ss t r i c t r e q u i r e m e n t si n m a c h i n i n ga c c u r a c y t h ew o r k p i e c em a yn o tb en e c e s s a r i l yc l a m p e di nt h ec e n t e r o fw o r k t a b l e s o ，i nt h ep r o c e s so fm a c h i n e dw o r k p i e c e ，w h e nt h ew o r k t a b l e r o t a t e s ，i tw i l lp r o d u c eac e r t a i nc e n t r i f u g a l f o r c e ，c a u s i n gu n b a l a n c e t h i s i m b a l a n c ec a nc a u s et h e v i b r a t i o no fr o t o r s y s t e m ，g r e a t l yi m p a c t i n gt h e w o r k p i e c em a c h i n i n ga c c u r a c y t h em a i no b je c t i v eo ft h i st a s ki st od e v e l o pa d e t e c t i o ns y s t e mt ot e s to n l i n eu n b a l a n c eo fc n cv e r t i c a l l a t h ew o r k p i e c e d u r i n gr o t a t i o n t h ep a p e rc o m b i n e sd y n a m i cb a l a n c em e a s u r e m e n t t e c h n o l o g ya n dd i g i t a l s i g n a lp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , d e v e l o p i n ga no n l i n ed y n a m i cb a l a n c et e s t i n g s y s t e mb a s e do nd s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g ) t h ep a p e rf i r s t l ye x p o u n d st h e b a s i ct h e o r yo f d y n a m i cb a l a n c i n g ，v i b r a t i o nm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g ya n ds i g n a l p r o c e s s i n g ， c a l c u l a t i o no fu n b a l a n c e a m p l i t u d ea n dp h a s eb a s e d o nd f t d e v e l o p i n gad y n a m i cb a l a n c et e s t i n gs y s t e mb yu t i l i z i n gd s pa st h ec o r ec h i p w h i l er e f e r r i n gt od y n a m i cb a l a n c et e s t i n g s y s t e ma th o m ea n da b r o a d p a p e r p r e s e n t st h eo v e r a l ls y s t e md e s i g n ，i n c l u d i n gs e l e c t i o no ft h em a s t e rc h i p ，s p e e d r e f e r e n c es i g n a la c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n g ，v i b r a t i o ns i g n a lp r e p r o c e s s i n ga n d c o l l e c t i o n ，d e s i g n i n go fh u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ( k e y b o a r d 、l c d ) ，e t c ；g i v e n r o t a t i o n a ls p e e dr e f e r e n c es i g n a lp r o c e s s i n gc i r c u i t ，v i b r a t i o ns i g n a lp r o c e s s i n g c i r c u i t ，d s pm a i nc o n t r o lu n i tc i r c u i t ，p o w e rc i r c u i t ，k e y b o a r dc i r c u i ta n dl c d c i r c u i td e s i g n ，w h i c hm a i nc o m p l e t es i g n a l sp r e t r e a t m e n t ，s y s t e mo p e r a t i n ga n d d a t ad i s p l a y ；u s i n gm o d u l a rd e s i g nm e t h o d ，i n c l u d i n gd y n a m i cb a l a n c ea n a l y s i s i i i 山东大学硕+ 学位论文 m o d u l e ，m e a s u r e m e mo fr o t a t i o n a ls p e e dm o d u l e ，t i m e - d o m a i nw a v e f o r m a n a l y s i sm o d u l e ，f r e q u e n c y - d o m a i nw a v e f o r ma n a l y s i s m o d u l e ，c o m m u n i c a t i o n m o d u l eb e t w e e nd s pa n dp c t h es y s t e mc a r lm e 弱u r e ，c m c u l a t ea n dd e m o n s t r a t ev i b r a t i n gs i g n a l si nr e a l t i m ea n dr e a l i z ed a t ac o m m u n i c a t i o nw i t hp ct h r o u g hr s 2 3 2 t h es y s t e mc a n m e e t st h et e s tr e q u i r e m e n t st h a tm e a s u r e m e n ta c c u r a c y , e a s yo p e r a t i o n ，f a s ts p e e d a n dh i g hp r e c i s i o n k e y w o r d s ：o n l i n ed y n a m i cb a l a n c e ；v i b r a t i o n ；m e a s u r i n g ；d s p i v 第1 章绪论 第1 章绪论 随着现代制造业的发展，对高速高精密旋转机械设备的需求日益增加， 同时对于如何提高高速旋转设备的加工和运行精度的研究也日益得到重视。 大中型旋转机械的加工和运行精度主要受转子系统的不平衡振动影响。数控 立式车床工作台装夹工件后，工作台与工件作为一个转子系统，转子系统的 平衡对车床加工与运行精度有很大影响。 1 1 转子平衡的概念 由于设计和结构方面的因素，材质不均匀以及制造安装误差等原因，实 际转子的中心惯性主轴都或多或少地偏离其旋转轴线。这样，当转子转动时， 转子各微元质量的离心惯力所组成的力系不是一个平衡力系。这种情况称为 转子有不平衡或失衡。转子平衡是旋转机械在制造、调试及维修过程中的一 个工艺过程，它是通过改变转子质量分布的办法，即在转子适当的地方，加 上( 或减去) 一些质量( 称为校正质量或配重) ，从总体上尽可能地来减少转子的 惯性主轴与旋转轴线的偏离，减小转子的不平衡，使转子系统的振动降到容 许范围内。平衡的作用就是减少转子的挠曲、降低机组的振动并减少轴承及 基础的动反力，保证机组安全、平稳、可靠的运行【l 】。 1 2 动平衡的必要性 旋转是机械设备中一种很普遍的运动形式。日常见到的大部分机械都以 转子作为工作的动力，大到大型的汽轮发电机组轴系，4 , n 风机、泵、压缩 机等都以转子系统作为工作的主体。转子系统运行的平稳性决定机器运转时 的可靠性。但机器运转时不产生振动是绝无仅有的，且不说制造安装工艺及 环境条件等因素会引起转子系统不平衡振动，即使以上各方面都很理想，在 一定条件下正确安装高精度的转子系统也会因运行过程中磨损及负载冲击而 产生较大的振动。振动过大危害极多：直接造成机组事故，例如，汽轮机组 高压端振动过大，可能引起危急保安器动作而停机；损害机组零件，如造成 山东大学硕十学何论文 轴瓦和轴承座的紧固螺钉、联接管道、传动机构部件等的损害。当轴承合金 因振动过大造成破裂时，事故将更为扩大；造成机组动静部分磨擦或咬合， 导致机组发生严重损坏而被迫停机；过大的振动将使各个部件之间的联接发 生松动，削弱轴承座、基础台板和基础之间联接的刚性，甚至使基础松裂、 建筑物共振，造成严重事故；过大的危害和噪音会损害运行人员的健康。 转子的振动是多种多样的，常见的振动故障为转子质量不平衡、轴线不 对中、轴弯曲、轴裂纹、轴承松动、基础变形、油膜涡动、高次谐波振动、 随机振动等等。由振动故障诊断结果统计表明，造成旋转机械振动的原因有 很多，而转子的不平衡是旋转机械的主要激振源【2 】。尤其在高速旋转机械中 此类原因表现得更为显著。因此，所以转子的动平衡处理是现场最重要的消 振工作，为了消除或减少机械振动首先考虑是对转子进行平衡以消除或减少 不平衡惯性力，把机械的振动限制在允许的范围之内。 早期的旋转机械转速较低，振动的主要原因是圆盘的偏心，即重心不在 转动的轴线上。因此用静平衡的方法使偏心的距离减小，就可基本消除转子 的振动。随着技术的进步和发展的需要，现代的机械转子正向高速、高效率、 高精度和大型化发展，机械内的转子也越来越向细长发展，用静平衡的方法 己经不能消除转子的振动，而需要用动平衡的方法来解决。 在电力、化工、机械等众多工业领域中，旋转机械是生产的主要的物质 条件，而只有它能高效、平稳的运行，才能保证企业给社会创造出更多的物 质财富，使我们的社会快速地发展。由上可见，转子的动平衡处理不仅是消 除或减小机械振动的有效工艺措施，也是各种旋转机械投入生产的首要任务， 也是保证安全生产重要手段。随着生产技术的不断进步，对振动的标准越来 越高，相应的动平衡的要求也越来越严格1 3 q j 。 1 3 动平衡测试技术的国内外发展 现代的动平衡测试，是在上世纪初随着蒸汽透平机的出现而发展起来的。 最初的动平衡机是拉瓦切克一黑曼式平衡机，待测的转子所产生的离心力使 轴承产生振动，其振动的波形由地震仪一类的装置记录下来。平衡操作所需 的校正块的位置和大小就根据记录手工算出。拉瓦切克一黑曼式平衡机的结 构是原始的，操作也比较麻烦。此后，在拉瓦切克一黑曼式平衡机的基础上， 2 第1 章绪论 世界各国出现了各种新的平衡机，如阿基莫大( a k i m o f f ) 式( 1 9 1 6 年) 、索德伯 格( s o d e r b e r g ) 式( 1 9 2 3 年) 和崔伯勒( t r e b e l ) 式平衡机等。该类平衡机最大的共 同点就是平衡转速低于转子支承系统的共振频率【8 】。 1 9 2 5 年日本的末广式平衡机是最早的平衡转速高于转子支承系统共振 频率的平衡机，使支承振动的测量精度和平衡精度大大提高了一步。1 9 3 5 年 久野式平衡机将同步发电机与光学放大装置结合起来应用于测量机构，通过 在屏幕上显示振动图像来获取支承振动的相位和大小，其测量方法更加简单， 精度也更高。随着采用交流发电机的瓦特计式测量装置的应用和洛伊特林的 可动线圈式振动传感器的发明，以电气测量机构为发展的现代动平衡机问世 了，其代表如德国申克公司( s c h e n c k ) 和美国吉肖特公司( g i s h o l t ) 的瓦特计式 测量装置产品1 9 j 。 我国的动平衡测试是在二十世纪五十年代中期开始发展的。如1 9 5 6 年开 始生产应用于航空领域的陀螺平衡机；六十年代中期，我国生产出了闪光动 平衡机；七十年代末研制成功的q d x 型曲轴平衡自动线。到现在已出现了 大量采用可编程芯片的新型动平衡测量设备和各类p c 辅助的动平衡测试设 备。如江苏宝应科发公司的p h y 便携式动平衡测量仪、北京测振仪器厂的 v t 系列动平衡测量仪、北京盛迪振通公司的9 0 0 系列动平衡测量仪等。 动平衡测试技术的发展是随着机械、电子工业以及计算机技术的发展而， 发展的1 1 0 , i i 】。可分为三个阶段： 一、机械式测试阶段 从二十世纪初至五十年代这一时期的动平衡机是采用机械测量方法测量 振动振幅，因此一般都设计成机械谐振式，以求得到较大较明显的读数值， 如高位法和观察记录法。但是，在谐振状态时，微小的转速变化会使不平衡 离心力与系统振动位移方向之间的相差变化很大，因此不易得到准确的不平 衡相位，往往需要多次试凑确定。后来通过附加机械测相位机构外加振动方 式的改进，可测得相对更准确的不平衡量大小和相位。但是，这种平衡机机 械结构复杂，平衡精度和效率都不高，不适合要求平衡精度高的场合。如德 国申克公司在二十世纪初生产的动平衡机都是这种类型。 二、电测式测试阶段 从二十世纪五十年代开始，随着电子工业和电子测量技术的迅速发展， 山东大学硕十学何论文 不平衡量的电测系统迅速地取代了机械测量系统，平衡机的机械结构也更简 单了。电测式测试技术是建立在一系列模拟电路基础之上的，如闪光法、光 点矢量瓦特计测量系统等。这一阶段的代表性产品是用有r c 带通滤波器配 合的闪光测相装置，可得到比机械式动平衡机更好的幅值和相位精度。随着 滤波技术的发展，闪光测振技术得到了更广泛的应用，如我国产的z x p 1 型 测振仪。电测式测试技术将测量与平衡两个过程分开来，从而也使动平衡测 量仪器脱离开支承系统单独应用于现场动平衡成为可能。但是，因为依赖的 是分立电子元件和模拟电子技术，使测量装置的成本较高。即使到后来有了 计算机的辅助，测量和计算也是完全分开的，操作复杂，对操作者的要求也 比较高。 三、智能化测试阶段 从二十世纪八十年代中期开始，随着电子技术的飞速发展，特别是大规 模集成电路的产生，动平衡测试技术也转向了智能化方向。依靠数字电子技 术，采用大规模集成电路和单片机技术。这类测试系统可实时测量振动，能 对振动分析，判断设备振动的原因，避免盲目做动平衡，做到“先诊断，后 治病”，还可以数据存储、数据通讯、软件管理等。采用了可编程芯片，能得 到更加精确的振幅和相位值，还可将信号的处理从硬件转向软件，降低了成 本。测量系统通常选用数字显示方式，人机界面友好，操作简单，可直接读 出不平衡量的大小和相位，可很方便地用于旋转机械的现场动平衡测试。 智能化的动平衡仪可对各种旋转机械进行整机现场动平衡，相当于一台 可移动的动平衡机，除了动平衡功能外，往往还具有多功能，如北京测振仪 器厂生产的v t 8 0 0 动平衡仪还可以作傅立叶( f f t ) 频谱图、扫频分析、奈奎 斯特( n y q u i s t ) 等，也可单作为测转速或是测振动。 此外，还有一种基于p c 的计算机辅助平衡c a b ( c o m p u t e ra i d e d b a l a n c e ) ，是利用微机及相应的软硬件通过人机对话或自动地完成整个平衡 工艺的一项实用技术。它具有测量速度快、计算精度高、可对信号进行复杂 的分析处理，数据易存储和回放等优点。 纵观动平衡测试技术近一百年的发展，可以归纳为几点：1 ) 从纯粹机械 式平衡到依靠分立电子元件的模拟化处理，再向依靠大规模集成电路技术和 微机的数字化、智能化方向发展：2 ) 从低转速测量向高转速测量发展，这是 4 第1 章绪论 机械工业发展的必然要求；3 ) 从高成本、低精度向低成本、高精度发展，这 是电子技术和计算机技术发展的结果；4 ) 从只能在动平衡机上进行复杂操作 到可在现场进行简单操作、直接得出结果方向发展【1 2 , 1 3 】。 现在的动平衡测试技术从其发展至今，针对不同的转子类型及测量情况， 已发展出众多成熟的技术、方法。但还存在一些问题，如多次起车试重增加 了平衡时间和平衡费用；对平衡操作人员仍有较高的技术要求：依赖现场平 衡专家的经验等，这些都是等待完善的课题。 1 4 本课题研究内容 伴随着我国制造加工业的高速发展，要求对高速数控机床加工( 包括车、 摩、削) 有严格的质量保证。这些大中型旋转机械的加工和运行精度主要受转 子系