基于LabVIEW的动平衡测试系统研究含程序及开题报告.zip
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基于LabVIEW的动平衡测试系统研究含程序及开题报告.zip,基于,LabVIEW,动平衡,测试,系统,研究,程序,开题,报告
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任务书论文(设计)题目：基于LabVIEW的动平衡测试系统研究工作日期：2017年12月18日 2018年05月20日1.选题依据:实践表明，引起旋转机械振动的主要原因之一是转子不平衡，约占故障总数的80%。它会带来噪声，加速轴承的磨损，降低产品的性能，缩短机器的使用寿命。因此，对转子进行动平衡，是消除故障的主要手段之一，对转子的动平衡应给予高度重视。基于LabVIEW的动平衡测试系统研究是针对转子的动平衡测试而开发的一种测试系统，利用LabVIEW平台和动平衡测试方案进行有机融合，使得动平衡的测试更加简洁和精确。2.论文要求(设计参数):毕业设计论文设计要求如下： 1. 给出转子动平衡的测试方案2. 测试系统硬件结构搭建及硬件参数说明。3. 测试系统的软件系统搭建，功能模块实现。3.个人工作重点:毕业设计主要工作重点如下： 1. 转子不平衡的机理研究。2. 研究转子动平衡的相关理论。3. 测试系统的硬件组成搭建。4. 测试系统软件框架搭建。5. 测试系统功能模块实现。4.时间安排及应完成的工作:第1周：查阅文献， 了解基于LabVIEW的动平衡测试系统研究的研究意义，研究现状。第2周：查阅文献， 了解LabVIEW的动平衡测试系统的研究内容及技术路线。第3周：撰写毕业设计开题报告，及文献综述。第4周：毕业设计开题报告修改及准备开题报告答辩。 第5周：深入研究转子的结构以及相关的动平衡原理。 第6周：掌握动平衡测试方案及相关测试技术。第7周：学习labVIEW的编程技术学习。第8周：利用编程实例深入掌握labVIEW的编程思路。第9周：完成测试系统的整体框架搭建及功能模块。第10周：完成测试系统各功能模块的编程工作。第11周：完成测试系统的程序调试工作，完善测试系统。 第12周：完成毕业设计的初稿的前两章内容撰写。第13周：完成毕业设计的初稿的后两章内容撰写。第14周：完成毕业设计的最终修改，完成毕业设计相关任务。准备答辩。5.应阅读的基本文献:1 孙丽萍.基于LabVIEW 的现场动平衡测试系统研究D.重庆大学，2011.2 贾寿峰，张霞，张新广.基于LabVIEW 的曲轴动平衡测试系统研究J.现代制造技术与装配，2015，03 ：16-18.3 陈祥光. 基于LabVIEW的船用柴油机曲轴动平衡测试研究D. 大连海事大学， 2016.4 Dong Z X， Co J E. Calculation and analysis of rotor critical speed of high speed vertical motorand treatment of dynamic balanceJ. Heilongjiang Science， 2017.5 Wang R， Cui R B. Realization and Analysis of High-speed Motor Rotor Dynamic BalanceJ.Journal of Yanan University， 2016.6 Hernndez J C， Ortega M J， Cruz J D L， et al. Guidelines for the technical assessment ofharmonic， flicker and unbalance emission limits for PV-distributed generationJ. Electric PowerSystems Research， 2011， 81(7):1247-1257.7 粱召华 基于LabVIEW的现场动平衡测试系统的开发J. 现代电子技术， 2014(6):110-113.8 付玉红， 韦忠朝， 高信迈. 基于Labview的刚性转子动平衡测试系统研究J. 湖北工业大学学报， 2012， 27(1):89-91.9 陈福彬，柴海莉，高晶敏 .基于Labview的自动化测试平台的设计D北京：北京信息科技大学，2016.11.32（11）10 曾契. 发动机曲轴飞轮组动平衡测控系统的开发设计J. 机械， 2015(11):64-67.11 郭帆， 马训鸣， 许华杰，等. 基于LabVIEW的在线动平衡测量系统设计J. 机械制造与自动化， 2015， 44(6):138-140.12 李涉， 郑文， 胡鉴源，等. 基于LabVIEW的转子现场动平衡测试系统的设计J. 机电工程技术， 2015(5):65-68.指导教师签字：XX教研室主任意见：同意签字：XX 2017年12月14日教学指导分委会意见：同意签字：XX 2017年12月15日 学院公章进度检查表第-1周工作进展情况查阅文献，了解基于LabVIEW的动平衡测试系统的研究意义与现状。 了解LabVIEW的动平衡测试系统的研究内容及技术路线。完成撰写毕业设 计开题报告，及文献综述。完成毕业设计开题报告修改、开题报告答辩以及开题报告的提交。2018年01月11日指导教师意见通过参考文献中的国内外研究现状有充足的认识和掌握，并对主要学者的研究内容有清晰认识。能够掌握动平衡的测试方案及动平衡方案的labview实现，开题报告及文献综述的写作需要进一步的修改。指导教师(签字)：XX 2018年01月11日第 2周工作进展情况对刚性转子的结构以及相关的动平衡原理深入研究。初步构建动平衡测试方案，包括传感器类型的选择以及信号采集和处理电路的设计。掌握提取有效振动信号的相关测试技术与方法。2018年03月15日指导教师意见动平衡原理的深入研究决定了是否能进行在目前手段是否能够实现。这决定了论文的顺利进行，必须切实把握。指导教师(签字)：XX 2018年04月03日第 4周工作进展情况对LabVIEW的开发环境、数据类型、程序结构、文件管理、数据采集、信号分析与处理进行学习，并利用编程实例深入掌握LabVIEW的编程思路。2018年03月28日指导教师意见对于labview的学习要利用实例进行练习，掌握编程思路和编程技术。指导教师(签字)：XX 2018年04月03日第 6周工作进展情况完成测试系统整体框架的搭建，包括硬件系统和软件系统，硬件系统主要是传感器的选择及其安放位置和数据采集卡的选择。重点是软件系统的搭建，完成了数据采集及保存模块、数据分析模块和动平衡计算模块的编程。2018年04月14日指导教师意见系统整体框架的硬件系统搭建中要明确每个传感器的作用及采集卡的设置。软件系统的搭建中要合理设置各个功能模块间数据的引用和传递。指导教师(签字)：XX 2018年04月16日第 8周工作进展情况对转子动平衡测试系统不断地调试并加以完善。完成了毕业设计初稿前两章内容的撰写。2018年05月19日指导教师意见对系统调试过程中要注意细节部分，完善功能和设计。论文撰写注意格式和参考文献论述。指导教师(签字)：XX 2018年05月21日第 10周工作进展情况完成毕业设计初稿后两章内容的撰写，按照老师提出的修改意见不断完善整个论文，形成终稿，上传论文系统供其他老师评阅。制作好PPT,做好答 辩的准备。2018年05月19日指导教师意见论文后两章内容是核心内容，要注意自身工作量的体现和论文中格式的修改。指导教师(签字)：XX 2018年05月21日过程管理评价表评价内容具体要求总分评分工作态度态度认真，刻苦努力，作风严谨33遵守纪律自觉遵守学校有关规定，主动联系指导教师,接受指导33开题报告内容详实，符合规范要求54任务完成按时、圆满完成各项工作任务43过程管理评分合计13 过程管 理评语 该学生学习态度积极认真，在毕设中能够沉下心，一丝不苟的完成老师布置的内容，科研作风严谨踏实，并且能够自觉遵守学校及老师的相关要求，对于自身难以解决的问题，主动联系老师探讨研究，及时修改或弥补毕业设计中的问题或不足，对于编程拥有较强的能力，能够独立开发系统框架及功能模块设计。开题报告内容较为详实，参考文献阅读量较多，论文综述书写较为合理准确，撰写格式基本符合要求。较为能够按照老师下达的进度计划按时完成各阶段的毕设内容。指导教师签字:XX日期:2018-05-21指导教师评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力54完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108指导教师评分合计17 指导教 师评语 该学生选题为基于labview的动平衡测试系统，论文中既理论研 究又包含编程实现，有一定深度，难度适宜，具有工程应用价值。该学生具备了科研综合运用知识的能力，能够自己独立的发现分析及解决问题，具备了较高的理论研究水平和较强的labview编程能力，同时还具备了很好的文献查阅及论述，外语翻译的能力。该论文文题一致，硬软件框架搭建合理，设计思路清晰，编程内容简洁条理，计算准确可靠。论文结构及撰写格式需要进一步完善。同意该学生进行毕业答辩。指导教师签字:XX日期:2018-05-21评阅人评价表评价内容具体要求总分评分选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语能力、文献资料检索能力、计算机应用能力55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规108评阅人评分合计18 评阅人 评语 XX同学结合工程实际中的动平衡问题，以LabVIEW为平台开发了动平衡测试系统，选题符合培养目标，具有一定的研究价值，且深度难度适中。从论文完成质量来看，该生通过文献查阅，开发了集测试、分析与算为一体的虚 模块化设计，实现了对不振信号幅值相位的测量提取以及所需配重求解拟动平衡系统， 完成了对不平衡量的校正与测试。这表明该生具有较强的综合运用知识能力、能够对具体问题进行分析，并给出解决方法，具备一定的科研能力。论文文题相符，概念较清晰，撰写具有一定逻辑性，基本符合撰写规范和格式要求。同意参加论文答辩。评阅人签字：XX评阅人工作单位：XX日期：2018-05-22答辩纪录 学生姓名：XX专业班级：XX毕业论文(设计)题目： 基于LabVIEW的动平衡测试系统研究答辩时间：2018年05月 日 时 分 时 分答辩委员会(答 主任委员(组长)： XX辩小组)成员委员(组员)： XXXX答辩委员会(答辩小组)提出的问题和答辩情况问题1：动不平衡和静不平衡的区别回 答： 静不平衡：静止时处于不平衡关系动不平衡：静止时、运动时都不平衡问题2：为什么有轮子的两侧加配重？ 回 答： 双面不平衡问题研究问题3：测试系统编程用的LabVIEW语言和其他编程语言的区别回 答： LabVIEW：图形化编程语言、数据流的调试、比其他编程语言易上手。问题4：动不平衡中转子不对中能否用加配重解决？ 回 答： 挠性联轴器，可以用加配重的方法解决。问题5：互相关系数回 答： 两个测点的信号进行互相关测试计算得到不同的幅值差值的相关系数值记录人： 2018年05月24日毕业论文(设计)答辩委员会评价表评价内容具体要求总分评分自述总结思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,分析归纳合理1010答辩过程能够正确回答所提出的问题,基本概念清楚,有理论根据109选题质量符合培养目标要求,有一定的研究价值和实践意义,有一定的开拓性、创新性,深度、难度适宜,工作量饱满55完成质量文题相符,概念准确,分析、论证、计算、设计、实验等正确合理,结论明确；论文结构、撰写格式、图表等符合基本规109能力水平有较强的综合运用知识能力、科研方法运用能力、中文表达与外语应用能力、文献资料检索能力、计算机应用能力109答辩委员会评分合计42 答辩委员会评语 XX同学在毕业设计工作期间，工作刻苦努力，态度认真，能够遵守各项纪律，表现出色。 能按时、全面、独立地完成与毕业设计有关各环节的工作，表现出较强的综合分析问题和解决问题的能力。 论文立论正确，理论分析透彻，解决问题方案恰当，结论正确，并有一定的创新性，有较高的学术水平或实用价值。 论文使用的概念正确，语言表达准确，结构严谨，条理清楚，逻辑性强。 论文中使用的图表，设计中的图纸在书写和制作时，能够严格执行国家相关标准。 具有较强的独立查阅文献资料及外语应用能力，原始数据搜集得当，实验或计算结论准确可靠。 答辩过程中，能简明和正确地阐述论文（设计）的主要内容，思路清晰，论点正确。回答问题准确、深入，有自己的见解，有较强的应变力及语言表达能力。 答辩成绩： 42答辩委员会主任： XX成绩评定 项目分类成绩评定过程管理评分13指导教师评分17评阅人评分18答辩委员会评分42总分90成绩等级A成绩等级按“A、B、C、D、F”记载成绩审核人签章： XX学院审核人签章： XX一、选题依据1论文（设计）题目基于 LabVIEW 的动平衡测试系统研究2研究领域动平衡测试技术是一门综合的应用技术，涉及到动力学、光学、电子学、传感器 信号处理、及测试技术等多门学科。3论文（设计）工作的理论意义和应用价值在机械设备中，旋转是一种很普遍的运动形式。日常生活中较为常见的大部分机 械都以转子作为工作的动力，像大型的汽轮发电机组轴系、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的可靠性，但机器运 转时不产生振动是不可能的。振动是有害的。它将使机器的零部件承受附加的动载荷， 即使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，影响机器的工作性能，降低机器的精度，不仅引起整个旋转机械的 振动，产生噪音;不平衡转子在支承上造成的动载荷，加速轴承磨损，造成转子部分 高频疲劳破坏和支承部分的某些部件强迫振动损坏，降低旋转机械的使用寿命；甚至 使整个机器控制失灵，发生严重事故1-2。造成机器振动的原因有很多种，常见的振动故障为转子轴线不对中、质量不平衡、 轴弯曲、轴承松动、基础变形、轴裂纹、油膜涡动、随机振动、高次谐波振动、等等。 由振动故障诊断结果统计表明，转子不平衡力是引起振动过大的主要激振力，所以转 子的动平衡处理最重要的是现场消除振动的工作3。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。伴随着生 产技术的进步，现代的机械正向高效率、高速度、高精度和大型化发展，机械内的转 子也越来越向细长方向发展，转子的柔性增加了，仅仅用静平衡的方法已经不能消除 转子的振动，则需要用动平衡的方法来解决。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，同时也是保证安全 生产的重要手段。随着生产技术的不断进步，对振动规定的标准越来越高，同时对动 平衡的要求也越来越严格4。因此对转子动平衡理论和方法的研究既具有很大的理论 意义又具有很高的应用价值。4目前研究的概况和发展趋势（1）动平衡理论的概况与发展趋势 动平衡理论是随着旋转机械的制造和使用产的，在旋转机械出现的初期，由于转 了转速低，引起的振动对机器的影响不大，对平衡的测试精度要求也不高，所以人们 仅仅对转子做静平衡质量校正就可以了。但是随着旋转机械技术的日益发展，旋转设 备在人们生产、生活中的影响日益增大，仅仅做静平衡已经不能满足精度上的要求了， 于是，转子动平衡理论方法的研究应运而生。 上世纪早期，大多数转子都在低于一阶临界转速下工作，转子挠曲变形很小，可 以忽略，属于刚性转子。刚性转子的动平衡原理是基于理论力学中的力系平衡理论， 这方面的理论研究现已比较完善。但随着转子转速的提升，当提升到某一转速之上时， 转子的挠曲变形大大增加，原来已经平衡好的转子又出现了新的不平衡，这就称为柔 性转子。近四十年来，国内外专家提出了许多柔性转子的动平衡方法，其中最有代表 性的是影响系数法和模态平衡法两大类。早期从事影响系数法动平衡研究的学者是Thearle 和 Baker，他们主要针对两平面、两测点、单转速情况下影响系数法的平衡。之后，Goodman 将数学方法和机械振动学结合起来，把最小乘法用于求解转子轴承系统的动平衡矛盾方程组5。Lund 和 Tonneson 提出检验影响系数法有效性和精度准则并对许多不同的动平衡设备加以实验验证6。在模态平衡法的研究方面，先驱者 是 Bishop，Gladwell 和 Parkinson，他们建立平面分析模型，该模型忽略转盘的回转惯性力和支撑轴承的不对称性，因此对于大转盘和强度不均匀型轴承的转子轴 承系统并不适合7-8。Saito 和 Azuma 对这种模型进行了一定的修改，提出复数模态模型理论9。影响系数法和模态平衡法都随着实践的应用而发展和完善，但也均存在 不少缺点。许多研究者都试图融合它们的优点提出一种新的方法，但最终都没有取得 理想的效果。 随着计算机技术和自动控制理论的发展，出现了在线动平衡技术。它是动平衡技 术和自动控制有效结合的一种新方法，无论在理论还是在实现形式上都有别经典的平 衡方法。最有代表性的为加拿大的 Devegte J V 设计的极坐标式和 BHCycaaxa 设计的直角坐标式自动平衡装置。它们的主要特点是用可控微特电机驱动多级齿轮传动补 偿质量，采用滑环电机供电，同时采用随机寻找自动寻优控制策略。其优点是控制简 单，传动比大，平衡能力大，精度和灵敏度高，克服了其它自动平衡装置的缺点。在 理论上能够适应任何条件下各种类型的机械，且可实现在线自动平衡。缺点是结构复 杂，轴向尺寸大，不利于在转了系统上安装，且滑环供电寿命短10。目前可靠、高效、 高精度的自动平衡装置还很少见。 （2）基于 LabVIEW 的动平衡测试系统的发展趋势 近二十年以来，作为计算机技术和测试技术的结晶，虚拟仪器技术结合计算机开 发的测试和自动化技术发展迅猛，传统仪器测量技术已经远远落后了。 通过使用高效的硬件设备以及多功能软件，虚拟仪器技术可以完成各种测量和自 动化应用，已广泛应用于测试行业以及机械自动化控制等生产领域。虚拟仪器技术通 过利用计算机的架构技术以及系统设计软件的引入，实现了在提升技术能力的同时， 降低了经济成本。特别是随着计算机性能的不断提高，使得虚拟仪器技术能够实现更 多的新功能。软件设计作为虚拟仪器技术开发的重要一环，图形化编程语 LabVIEW 也逐渐被广泛应用于虚拟仪器技术之中。 传统的动平衡测试系统是通过硬件仪器设备完成复杂的信号滤波以及傅里叶变 换频谱分析等信号处理，而虚拟仪器技术只需要通过软件设计就能完成这些功能。采 用基于虚拟仪器技术的动平衡测试系统设计，不仅可以充分利用计算机强大的运算处理能力，用户还可以根据自身需求进行软件的编程，来完成对测试数据的采集、分析 处理、数值计算以及保存，而且系统用户界面和传统仪器界面类似，易上手便于操作。 开放式的体系结构使其具有模块化、开放性、可互换性等优点，大大的节省了开发时 间，提高了编程者的工作效率。 詹超云等人在动平衡机的改造研究过程中，率先引用了虚拟仪器技术和 LabVIEW 软件开发平台进行现场动平衡。该方法的原理是：利用动平衡机的电测部分，采集压 力和基准信号，运用力矩平衡和离心惯性力公式，将计算力的大小和相位转换成不平 衡量的幅值和相位。利用图形化编程环境 LabVIEW 和其强大的内置模块化信号处理分析函数，可以高效快捷的实现现场动平衡，自此拉开了虚拟仪器技术在现场动平衡领 域中应用的序幕。目前已经有一些高校和研究者研究 LabVIEW 在动平衡测试系统中的应用，如曾契针对发动机曲轴飞轮组动平衡问题，开发设计了一种基于 LabVIEW 软件的动平衡测控系统10。郭帆、马训鸣、许华杰等人为了准确测量机械转子的不平衡量， 开发了基于 LabVIEW 的转子在线动平衡测量分析系统11。李涉、郑文、胡鉴等人根据影响系数法原理，以 LabVIEW 为平台，搭建高速现场动平衡测试系统，并通过 MDT-3A 实验台模拟不平衡故障，验证了系统的可行性12。华北电力大学的张会敏将 LabVIEW 与 MATLAB 编程软件相结合设计了振动信号与测试系统特性分析虚拟仪器13。吉林大学的刘辉采用 LabVIEW 进行车轮动平衡测试应用软件的开发，编程实现参数设置、信号采集、数据分析处理以及数据管理等模块14。中北大学的操文盛开发了基于电机转 子的动平衡测试系统15。杨青青、马训鸣、张庆杰开发基于虚拟仪器技术的现场动平 衡测试系统，利用相关法准确提取出振动信号的幅值和相位，采用影响系数平衡的方 法进行动平衡实验，验证了系统的可行性16。总之，目前对基于 LabVIEW 的动平衡测试系统的研究正处于飞速的发展过程中。 二、论文（设计）研究的内容1.重点解决的问题研究动平衡的相关理论；测试系统的程序设计；2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）（1）刚性转子平衡基本理论 1）转子不平衡机理 在平衡技术中，任何待平衡的旋转机器、构件和零件通通称为转子。转子不平衡 产生的因素是多方面的，如转子结构设计不合理而造成的不对称、材质不均匀、制造 和安装过程产生误差、转子使用中的磨损及热变形等12。说到底转子不平衡是由于转 子质量的分布不均，转子旋转产生离心力引起振动造成的。 2）转子平衡测试原理 刚性转子总可以在不与转子重心相互重合、同时与转子轴线垂直的两个校正面上 加上(或减去)适当重量来达到动平衡。动平衡测量时要求转子必须能在支撑系统上被 驱动而旋转，支撑系统必须要有必要的自由度，以保证支撑系统在转子不平衡离心力 的作用下产生与转子不平衡量成正比的有规律的振动.这样转子支撑系统就组成了一 定形式的质量弹簧系统，进而通过测量支撑的振动而获得转子校正面上不平衡量大 小和相位13。 3）转子平衡的测试方法双面平衡是刚性转子平衡中应用最普遍和最基本的的方法，大部分刚性转子均采 用双面平衡。双平面动平衡的依据是：刚性转子的任意不平衡状态均可由选定的两个 校正平面上的两个等效不平衡量代替。刚性转子双面平衡影响系数法的原理和单面平 衡方法相同，也是通过添加试重或去掉质量的方法，获取系统的影响系数矩阵，而后 求解方程组得到不平衡量的大小17。 (2)转子不平衡振动信号的分析与处理 对于转子不平衡振动信号的分析与处理拟采用相关处理法以及影响系数法两个 方法，利用两个方法对不平衡进行判定及量化。 (3)基于 LabVIEW 的动平衡测试系统的搭建 基于 LabVIEW 的动平衡测试系统的功能模块大体分为：数据采集模块；数据保存模块；动平衡测试分析模块。3.本论文（设计）预期取得的成果1、研究动平衡的相关理论，解决现场动平衡测试方案；2、将虚拟仪器技术、数字信号处理技术与现场动平衡技术结合起来，对转子的动 平衡测试系统进行开发研究。 三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）；（1）相关处理法准确计算不平衡量振动的幅值和相位是动平衡校正的关键，为了分离振动信号 中的基频信号的振幅和相位，利用了相关理论对信号进行处理。在 x(t)、y(t)均为实能量信号的情况下互相关函数定义为15：RXY (t )=- y(t)x(t-t ) dt = - y(t +t )x(t) dt它描述了两个信号之间的相似程度，是在多频成分信号中提取有用信号的有效 方法。一般情况下，测试振动信号成分复杂，除了转速基频以外还有倍频、亚倍频 及随机振动成分。根据两信号的互相关公式即可算出振动基频信号的幅值和相位。（2）影响系数法采用影响系数法平衡，并不要求了解转子上原始不平衡的大致分布，也不关心 转子及轴承系统的振动特性，而且完全按照控制论中由系统输入与系统输出求取系 统特性的方法处理问题，把振动平衡问题转化为线性方程组的求解18。影响系数是 转子系统对不平衡质量响应程度的表示。即转子上某一校正平面的单位不平衡质量， 对某个轴承振动幅值产生影响的大小和相位产生的变化。然后用影响系数与得到的 转子不平衡振动的幅值和相位做乘积，即可得到所测试转子的失重质量和角度。（3）基于 LabVIEW 动平衡测试系统的组成1）数据采集模块对于虚拟仪器来说，虚拟仪器的物理基础是硬件平台。使用数据采集硬件的主 要问题是根据测试要求选取适当的设备，对设备进行正确设置与安装，并且对采用 通道、采样频率和采样点数等参数进行设置，然后我们开始采集数据。这样保证了 测量的准确行和有效性。最后将电压、电流、压力、温度等物理信号转换为数字量 并传递到计算机中的过程。基于 LabVIEW 的编程特点，数据的采集是多线程的程序，采集到的数据转子虚拟仪器的显示区实时的显示。然后将电压、电流、压力、 温度等物理信号转换为数字量并传递到计算机中的过程。数据采集子 VI 主要完成对振动信号从模拟到数字的高精度转换，从而为后继的各种信号分析与处理提供可靠的原始数据。2）动平衡测试分析模块对动平衡测试分析主要是判断该振动信号是否是由于转子不平衡质量引起的振 动，主要的判断依据是看采集到的基准信号的频率成分。本模块应用了相关原理和 影响系数来提取基准信号，求取振动信号的幅值和相位。如果基准信号通过 FFT 变换由时域转换为频域后，它的基频幅值较之其余各次谐波频率较大，则为不平衡量 引起的振动。由于实际采集到的信号往往比较复杂，直接用时域描述信号的频率结构和各频率成分的幅值大小是很困难的，不太容易观察信号的性质。所以在动态测 试技术中广泛运用信号的频域描述，可以很方便的显示信号内各频率成分的幅值、 相位与频率的对应关系，这对研究诸如被测对象的振动特性、振型等问题十分重要19。3）数据保存模块可对采集的振动的数据、转速数据、时间数据、及计算的配重数据进行保存，并 能够读取历史数据，进行进一步的动平衡测试分析。 2.论文（设计）进度计划第 1 周： 查阅文献，了解基于 LabVIEW 的动平衡测试系统的研究意义与现状。第 2 周： 查阅文献，了解 LabVIEW 的动平衡测试系统的研究内容及技术路线。第 3 周： 撰写毕业设计开题报告，及文献综述。第 4 周： 毕业设计开题报告修改及准备开题报告答辩。第 5 周： 深入研究转子的结构以及相关的动平衡原理。第 6 周： 掌握动平衡测试方案及相关测试技术。第 7 周： 学习 LabVIEW 的编程技术学习。第 8 周： 利用编程实例深入掌握 LabVIEW 的编程思路。第 9 周： 完成测试系统的整体框架搭建及功能模块。第 10 周： 完成测试系统各功能模块的编程工作。第 11 周： 完成测试系统的程序调试工作，完善测试系统。第 12 周： 完成毕业设计的初稿的前两章内容撰写。第 13 周： 完成毕业设计的初稿的后两章内容撰写。第 14 周： 完成毕业设计的最终修改，完成毕业设计相关任务。准备答辩。四、需要阅读的参考文献1 孙丽萍.基于 LabVIEW 的现场动平衡测试系统研究D.重庆大学，2011.2 贾寿峰，张霞，张新广.基于 LabVIEW 的曲轴动平衡测试系统研究J.现代制造技术与装配，2015，03 ：16-18.3 陈祥光. 基于 LabVIEW 的船用柴油机曲轴动平衡测试研究D. 大连海事大学， 2016.4 Dong Z X，Co J E. Calculation and analysis of rotor critical speed of high speed vertical motor and treatment of dynamic balanceJ. Heilongjiang Science， 2017.5 Wang R， Cui R B. Realization and Analysis of High-speed Motor Rotor Dynamic BalanceJ. Journal of Yanan University， 2016.6 Hernndez J C ， Ortega M J， Cruz J D L， et al. Guidelines for the technical assessment of harmonic， flicker and unbalance emission limits for PV-distributed generationJ. Electric Power Systems Research， 2011， 81(7):1247-1257.7 粱召华 基于 LabVIEW 的现场动平衡测试系统的开发J. 现代电子技术， 2014(6):110-113.8 付玉红， 韦忠朝， 高信迈. 基于 Labview 的刚性转子动平衡测试系统研究J. 湖北工业大学学报， 2012， 27(1):89-91.9 陈福彬，柴海莉，高晶敏 .基于 Labview 的自动化测试平台的设计D北京：北京信息科技大学，2016.11.32（11）10 曾契. 发动机曲轴飞轮组动平衡测控系统的开发设计J. 机械， 2015(11):64-67.11 郭帆， 马训鸣， 许华杰，等. 基于 LabVIEW 的在线动平衡测量系统设计J. 机械制造与自动化， 2015， 44(6):138-140.12 李涉， 郑文， 胡鉴源，等. 基于 LabVIEW 的转子现场动平衡测试系统的设计J. 机电工程技术， 2015(5):65-68.13 张会敏. 振动与测试系统虚拟仪器设计及故障诊断方法研究D. 华北电力大学， 2016.14 刘辉. 基于虚拟仪器的车轮动平衡测试技术研究D. 吉林大学， 2016.15 操文盛. 基于 LabVIEW 的电机转子动平衡系统设计D. 中北大学， 2017.16 杨青青， 马训鸣， 张庆杰，等. 基于 LabVIEW 的现场动平衡在线测试系统J. 机床与液压， 2017， 45(13):27-32.17 张琦萍， 贺小平. 基于 LabVIEW 的碟式分离机现场动平衡测试系统J. 机械工程与自动化， 2015(3):165-167.18 陈非凡， 吴燕瑞， 杜建军. 基于虚拟仪器的现场动平衡测试系统的研究J. 装备制造技术，2011(6):40-42.19 粱召华. 基于 LabVIEW 的现场动平衡技术研究D. 青岛大学， 2014.附：文献综述或报告文 献 综 述基于LabVIEW的动平衡测试系统研究摘要：转子不平衡是旋转机械特别是高速旋转机械振动的主要激力，同时也是导致、 加剧其它转子故障的重要原因，因此对转子的动平衡应给予高度重视。本文对各种类 型的转子动平衡的原理、方法进行了系统论述、分析和研究，在总结前人开发现场动 平衡仪优缺点的基础上，将虚拟仪器技术、数字信号处理技术与现场动平衡技术结合 起来，对转子的动平衡测试系统进行开发研究。利用信号的互相关分析对振动信号进 行处理，提取不平衡量的幅值和相位。开发了基于LabVIEW 的虚拟式动平衡测试系统，实现了对振动量的幅值，相位的测量和对所需配重量的计算，实现了对动不平衡 量的测试。关键词： 动平衡，振动测试，互相关分析，LabVIEW 引言工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差， 甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得同转体在旋转时，其上每个微 小质点产生的离心惯性不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上， 引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时能造成破环性事故。据统计，转子不平衡引起的故障约占机械全部故障的 60% 以上。随着当前精密数控加工技术的发展，高速转子在加工生产过程中产生的严重影响其加工精度的动平 衡问题显得尤为重要。为此，必须对转了进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级， 或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内1。1 设备不平衡的振动特征（1）振动的周期性与工作转速同频，主要振动能量集中于设备的一倍旋转速度；（2）振动强度程度相对工作转速变化很敏感；（3）径向振动幅度最高；（4）动的振幅和相位角具有稳定性和可重复性；（5）振动的相位角在水平和垂直方向相差约 902。2 转子动平衡基本理论（1）转子不平衡在平衡技术中，任何待平衡的旋转机器、构件和零件通通称为转子。转子不平衡 产生的因素是多方面的，如转子结构设计不合理而造成的不对称、材质不均匀、制造 和安装过程产生误差、转子使用中的磨损及热变形等。说到底转子不平衡是由于转子 质量的分布不均，转子旋转产生离心力引起振动造成的3。转子从力学特性和工作状态方面可以划分为刚性转子和挠性转子4。刚性转子具 有很大的刚度，在工作转速下，转子本身的没有弯曲变形或变形量很小。挠性转子则 是在其旋转过程中，转子存在变形或必须考虑变形量带来的影响。实际上，转子不可能是纯刚性的，只是在低转速下，不平衡引起的微量变形可以忽略。转子不平衡的种 类则对应分为: 刚性转子不平衡和挠性转子不平衡。根据国际标准，刚性转子的不平衡由四种类型：静不平衡；力偶不平衡；准静不平衡；动不平衡5。（2）转子动平衡原理和方法转子不平衡会导致许多不良后果，使得机器的工作过程中出现振动和产生噪音， 从而加剧轴承等相关零件的磨损，降低机器的使用寿命和生产效率； 还会造成转子的内应力和反复弯曲，引起转子疲劳甚至是转子的断裂6。因此为了改善转子设备的工作性能以及延长使用寿命，几乎所有的转子都需要做动平衡，以消除其存在的不平衡量。现代动平衡技术是电子测量技术与计算机技术的相结合。到目前为止，对不平衡转子进行动平衡的方法应用最广泛的是平衡机法、现场动平衡法和在线动平衡法7。a. 平衡机法平衡机法，亦称工艺平衡法，主要应用于转子在制造阶段，消除转子在加工和转 配过程中造成的原始不平衡。针对各种转子的动平衡工作有各种各样的专用和通用动 平衡机，专用动平衡机一般是为一种转子专门设计的动平衡机，主要用于批量生产的 转子动平衡。通用动平衡机是为各种不同的转子设计的动平衡机，分为立式和卧式动 平衡机、高速和低速动平衡机、固定式和移动式动平衡机。平衡机法的优点是，可以高效、精密地进行转子平衡，且适用于不平衡量较大的 转子，以及那些不能在运行转速下进行平衡，不能在现场进行无损检测，以及大修中 已经吊出机器的转子。但是动平衡机上平衡存在以下问题8：机上平衡的转动速度与 转子工作转速不一致，平衡精度会有所差异；动平衡机价格十分昂贵，且一台平衡机 不能解决多种转子的动平衡需求；动平衡机上平衡好的转子，因为工作环境的改变， 以及安装过程中的误差，装配在机器上后的平衡精度难以保证；一些特别的转子类型， 难以甚至无法在动平衡机上平衡；停机并拆卸机器和运输转子到平衡机上并不经济。 以上种种不足致使人们开始了对转子的现场动平衡技术的探索和研究。b. 现场动平衡法现场动平衡法，是指转子在实际工作运行条件下振动效果不佳时，对机器运行振 动状态进行改善的动平衡。在这样的条件下，直接在转子不平衡引起的支承结构和转 子轴的不平衡振动中，使用测振传感器得到转子特定部位的振动信息，然后进行处理， 得到不平衡量的幅值及相位大小，然后添加校正质量后多次检验设备运行效果，以此 来达到平衡要求9。现场动平衡优点有以下几点：不必拆卸机器和运输转子，节省时间、降低费用、 减少停机损失；对转子运行过程中受到随机因素影响的不平衡，能够实时实地测量和 校正，动平衡精度高；性价比高，一套便携式的动平衡系统几乎可以平衡任何质量和 大小的各种转子，所需测试时间短，价格相对动平衡机低廉的多10。c. 在线动平衡法在线动平衡法，是在现场动平衡技术的基础上进行发展的一种自动动平衡方法。 是由 Vande 于 1981 年率先提出的自动平衡的方法，并且控制其自行设计的平衡头对转子进行自动平衡11。Gosiewski 在 Vande 的基础上对该方法做了进一步理论研究12。在线动平衡法相对前两者来说，最大的区别在于不用停机即可进行动平衡。该方法在现场动平衡的过程中，对得到的试验数据进行分析，通过控制系统作用转子相应位置加重或去重，消除不平衡量达到平衡效果。其核心技术就是平衡控制部分，主要有两种方式，一种即使用激光或者高速热喷射直接加重或去重的方法； 另一种则是平衡头的方法产生校正平衡量，消除原始不平衡量13。在线动平衡因为其自动平衡装置的复杂性和成本高的原因，虽然近几年国内外许 多专家学者在这方面做过很多研究，但是关于它的实际使用，只有在平衡精度要求特 别高的磨床和大型机组中才少量用到14。 3 不平衡量幅值与相位的测量刚性转子动平衡可分为单、双平面进行动平衡。采用电涡流位移传感器获取转子 系统的不平衡振动信号。在轴上贴反光片，利用光电传感器获取转子运转频率和标定 基准信号15。在旋转机械振动分析中，相位是指振动信号与转轴上某一标记之间的相位差，是 动平衡分析过程中不可缺少的参数。相位的变化，直接反应了转轴上不平衡力角度的 变化。试验时，加重角度的确定，很大程度上取决于相位。相位准确与否，直接影响 动平衡工作效率。在轴上某一位置贴上反光带，安装光电传感器。每当转轴上的标记 转动到反光带处事，就会产生一个脉冲信号，振动信号的某点与基准脉冲之间的相位 差，就是动平衡过程中所需要测量的参数。基准信号较为简单，可以经过处理生成同 频率的标准的正弦信号和余弦信号。对采集到的振动信号与正弦信号、余弦信号做互 相关分析，则可以得到振动信号的幅值和相位差16。4 影响系数法采用影响系数法平衡，并不要求了解转子上原始不平衡的大致分布，也不关心转 子及轴承系统的振动特性，而是完全按照控制论中由系统输入与系统输出求取系统特 性的方法处理问题，把振动平衡问题转化为线性方程组的求解。影响系数是转子系统 对不平衡质量响应程度的表示。即转子上某一校正平面的单位不平衡质量对某个轴承 振动幅值产生影响的大小和相位产生的变化17。5 基于 LabVIEW 的软件测试系统系统软件采用模块化设计，将不同测试内容设计成单独的功能模块，这样不但使 软件的编制方便，而且便于系统功能的变更和升级，测试系统软件模块包括: 数据采集、文件管理、时域分析、频域分析、动平衡分析等18。其总体结构图见下图 1-1。 图 1-1 软件设计总体结构图 振动信号采集与分析所需要的仪器系统一般有两种形式: 在线式和离线式实现实时测试分析； 离线式则是先将信号分析。在线式用于信号的监测，记录下来，再进行分析，一般用于系统的动态特性测试。本文对这两种情况都作
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