开题报告(参考范文)

开题报告(参考范文) 毕业设计（论文）开题报告课题名称转子轴承系统动平衡方法研究专业学生姓名学号指导教师顾问教师起讫时间设计地点东南大学东南大学二年三月毕业设计开题报告课题名称转子轴承系统动平衡方法研究研究方向产品设计平面设计环艺设计题目类型概念设计 一、选题背景、依据和意义由于生产需求，转子平衡理论发展迅速。 上世纪初，大部分转子系统工作在第一节临界转速一下，转子挠度变形可忽略不计，转子属于刚性的，对这方面的研究相对简单些，故在30年代后期刚性转子平衡理论已近成熟。 但是刚性转子的平衡受某一速度限制，如果转速超过这一限制速度，已经平衡了的转子又不平衡。 特别是当转子工作在临界转速以上时，这种平衡方法已市区作用。 随着生产技术的发展以及转子转速的提高，柔性转子的动平衡理论得到了快速发展。 其平衡理论归纳起来主要有两类第一类是以Thearle，Baker，Goodman为代表坚持使用的影响系数法；第二类是Meldal，Bishop，Gladwell，Federn为代表坚持使用的振型平衡法，或称模态平衡法。 现在的动平衡技术是在本世纪初随着蒸汽透平的出现而发展起来的。 随着科学技术的发展，动平衡方法从工艺平衡到整机现场平衡再到在线动平衡，它们发展先后次序不同，但是后面的方法并不能完全取代前面的方法。 它们各有优缺点，适用场合也各异。 如工艺平衡法主要适用于单体零件的平衡，很少用于旋转机械组合件的平衡；整机现场平衡法主要用于平衡组装好的旋转机械，在设备维修中起着重要作用。 这两种方法均限于不平衡量不常变化的转子，对于运转时随时可能发生不平衡状态变化的转子则宜采用在线平衡法。 目前，国外对动平衡技术的研究比较完善。 国内对动平衡测试技术与系统的研究较晚，最初主要是依靠进口，自1958年华中工学院动平衡科研组成功研制出第一台采用电子测量技术的DS-500型通用动平衡机开始，50多年来，我国在刚性和绕性转子平衡的理论和方法上进行了大量的研究。 对于一般场合的使用，国内的产品在技术和性能上已经能满足要求，但对一些专用平衡机的研究和整个测试过程自动化方面。 国内技术水平和国外差距明显。 专题研究其它 二、课题涉及的关键问题及难点在机械中，构件的运动形式不同，则产生的惯性力不同，其平衡方法也不同。 平衡问题可以分为下列两大类1.绕固定轴回转的构件的惯性力的平衡。 这类平衡简称转子的平衡，而转子的平衡又分为两种不同的情况 （1）刚性转子的平衡； （2）挠性转子的平衡。 2.机构在机架上的平衡。 实际转子的不平衡质量的分布式各式各样的，我们可以将转子看成是由多个单圆盘组成的。 假设每个圆盘豆存在不平衡质量，根据力学原理，刚性转子的任意不平衡可以向两个平面内分解，故刚性转子可以用两个校正质量来达到平衡。 三、调研报告（2000字以上）机械的平衡可分为机构平衡与转子平衡2类.机构平衡又可分为机构静平衡、机构动平衡2种.转子平衡可分为挠性转子平衡和刚性转子平衡,前者主要针对大跨度、大质量、小直径,高速旋转产生较大的弯曲变形,使惯性力显著增加的这类转子(如航空发动机转子、大型电动机转子),后者可分为刚性转子静平衡、刚性转子动平衡.转子平衡指挠固定轴线转动的回转构件的惯性力和惯性力偶的平衡.它可分为刚性回转平衡和柔性回转平衡。 转子不平衡可分为以下4种:合力不等于零,力偶(主矩)等于零,这种不平衡相当于把一个不平衡质量m加在一质量为G、半径为r的平衡转子的中心平面上,这时转子新的重心位于原重心平面内,离原重心的距离为e(e=mr/G),称为偏心矩.合力、力偶(主矩)都不等于零但相互垂直,这种不平衡相当于在平衡转子G的任意平面(非重心平面)上加一不平衡质量m,这时中心惯性主轴与旋转轴线相交.平衡这种转子只需要在某一特定平面上加上或去除一定的质量便可达到平衡.合力等于零,力偶(主矩)不等于零,此时旋转轴线过质心,平衡方法可将2个等重量反方向的不平衡量分别加至平衡转子的2个平面上来表示通.中心惯性主轴过质心而与旋转轴线相交,平衡时必须在2个平面上加重或减重.合力、偶(主矩)都不等于零,且不相互垂直,这种不平衡现象较为普遍,它是静不平衡与偶不平衡的组合,转子的中心惯性主轴和旋转轴线既不平行又不相交,平衡方法必须在两个或多个平面上加重或减重.由上述原理可知要平衡一个转子,根据惯性力系简化的结果确定在某1个或2个效正平面上适当位置加重或去重来实现。 转子动平衡的方法有单面现场动平衡的三点加重法和平衡块补偿法。 四、设计研究方法（1500字以上）刚性转子动平衡测试原理转子可视为由无限多个连续的薄盘组成,转子的不平衡是由每个薄盘相对旋转轴线存在偏心所造成的。 对于刚性转子,按照静力学定律,每个薄盘上的不平衡离心力可以分解到两个任意选定的平面上,并用两个等效力代替所有薄盘上的离心力。 即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等效不平衡量来代替1。 按校正平面数量的不同,刚性转子动平衡分单面平衡和双面平衡,有时由于转子结构形式的限制或由于平衡工艺的特殊要求也采用多面平衡。 单面平衡严格来讲仍属于静平衡范畴,双面平衡一般是在动平衡机上或在转子使用现场进行平衡,应用也最普遍。 动平衡测量时要求转子必须能在支承系统上被驱动而旋转,支承系统必须有必要的自由度,以保证支承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振动。 这样,转子支承系统就组成了一定形式的质量弹簧系统,进而通过测量支承的振动而获得转子的校正平面上不平衡量大小和相位。 这就是动平衡测量的基本原理。 相应的动平衡机按转子支承系统力学特性的不同有软支承和硬支承平衡机之分,软支承平衡机系指平衡转速远高于转子支承系统固有频率的平衡机,而硬支承平衡机系指平衡转速低于转子支承系统固有频率的平衡机。 1.1软支承动平衡机工作原理图1为卧式软支承动平衡机转子支承系统的力学模型,这是一个二自由度的振动系统,系统运动可由转子质心C的平动和转子绕质心的摆动来描述,且系统的阻尼很小,一般可忽略。 设转子本身在左、右两个选定的校正面上具有的不平衡量(重径积)分别为U 1、U2。 这两个不平衡量产生的离心力Uw 2、U22(为转子转动角速度)将引起转子支承系统振动。 由于平衡机转子支承系统均可近似为线性系统(支承结构设计时把支承设计成线性弹簧),根据线性系统的可叠加性质,可以认为转子支承系统的振动是不平衡量U 1、U2分别作用结果的叠加。 设U1引起的左、右支承振动位移分别为y 11、y21,U2引起的左、右支承的振动位移分别为y 12、y22。 则U 1、U2同时存在时,左、右支承振动位移为:yA=y11+y12=a11U1+a12U2yB=y21+y22=a21U1+a22U2 (1)式中:aij表示校正平面j上的单位不平衡量在支承i处所产生的振动。 称为影响系数。 当只在转子的右校正面存在不平衡量U2时系统的运动方程为(这里为简化分析,取图1中距离参数a=b):My+Ky=U22cost Jc+14Kl2=U22c2cost (2)式中:Jc转子绕质心的转动惯量;M转子质量;K弹簧刚度;转子旋转角速度。 同理,当只在转子的左校正面存在不平量U1时系统的运动方程为My+Ky=U12cos(t+)Jc+14Kl2=-U12c2cos(t+) (3)式中:为U 1、U2的周向相位差。 通过解微分方程并根据几何关系分析,便可分别得出U 1、U2引起的左、右支承振动的振幅和相位。 从而得出式 (1)中的影响系数aij。 图1软支承动平衡机转子支承系统的力学模型对于所给定的转子支承系统和校正面位置,影响系数均为定值,可通过试加重的办法确定。 因此,只要已知系统的四个影响系数,就可采用传感器测得支承振动位移,经信号处理得出两个不平衡量的大小和相位差。 支承振动信号的获取当不平衡的转子旋转时,不平衡离心力作用到支承上,由该力引起的支承振动借助传感器转换为电信号输出。 工程中用于测量振动位移、速度、加速度的传感器如压电式加速度传感器、电容式微小位移传感器、磁电式振动速度传感器、电涡流式位移传感器等原则上都可以采用。 对于硬支承动平衡机可采用压电式传感器后接积分电路或采用电容式微小位移传感器,所测得的位移乘以支承刚度就是支承的动反力(因为支承刚性很大,位移微小,只能用测微小位移的传感器)2,3,还可用磁电式振动速度传感器测振动速度,但磁电式振动速度传感器具有高通特性,其最低可用频率受传感器固有频率的限制,选用时需特别注意。 对软支承动平衡机要测的是支承振动位移,可直接用电涡流式位移传感器,也可采用上述压电式加速度传感器和磁电式振动速度传感器后接积分电路。 由式 (1)、 (4)可知,在两支承处测得的振动信号能反映出校正平面的不平衡量大小和相位差,若要确定具体方位,须在转子上给出一个角度基准信号。 角度基准信号发生装置主要有以下两种:1)利用与转子11传动的两相发电机产生与转子转速同频的正弦波的方法;2)在转子上用油漆或彩色笔上做个小色标,在转子附近安装远红外光电接近开关,检测转子周向颜色变化产生脉冲信号输出(如图3),脉冲信号的基频与转子转速相同,可用电气转换方法变成同频同相的正弦波。 相比较而言,后者安装和使用方便,且成本低,故已逐步取代前者。 图3光电接近开关作角度基准信号发生装置由上述方法可获得分别左、右支承处的两路振动信号和角度基准信号发生装置的基准信号,这三路信号同时提供给后续的信号调理、信号分析处理系统,就可得出转子左、右两校正平面不平衡量的大小和方位。 不平衡量幅值和相位信息的提取在理想情况下,转子的不平衡量产生的离心力在支承上激发的水平方向的振动,应该是一个单一频率成分的正弦波。 但实际上由于轴承、驱动系统的振动、通过基础传入的外界干扰以及电磁干扰等原因,通常测试信号中除不平衡信号外还包含很多噪声,特别是在要求精度较高,不平衡量较小的场合,噪声比有用信号还要强,致使不平衡信号淹没于较强的干扰之中。 从强噪声中提取有用的不平衡信号,已经成为动平衡测量的首要任务。 传统的测试系统主要使用各种测量电路如模拟窄带通滤波、模拟相关滤波、开关电容跟踪滤波等来实现不平衡信号的提取,有很多的不便。 随着计算机及电子技术的迅猛发展,现代的测试系统已经发生了很大变化。 利用数字信号处理技术,采用软件实现有用信号的提取已成可能。 基于互相关分析的不平衡量幅值和相位提取互相关分析是从统计特性的角度来研究两组随机变量之间的联系。 互相关函数Rxy()的定义式为Rxy()=limT1TT0x(t)y(t+)dt (6)互相关函数具有同频相关,不同频不相关的重要性质。 两个均值为0的且含有某个相同频率成分的周期信号x(t)、y(t),其互相关函数中保留了这两个信号的频率成分、对应的幅值及相位差的信息。 根据线性系统的频率保持性,只有和激振频率相同的成分才可能是由激振引起的响应,其他成分均为干扰。 因此,只要将激振信号和所测得的响应信号(支承振动信号)进行互相关处理,就可以得到由激振引起的响应幅值和相位。 激振信号可由转子旋转产生的角度基准信号经波形变换后得到幅值恒定的正弦基准信号;在不平衡测量中,测得的支承振动信号含有与转子转速同频的谐波信号,同时夹杂着随机性的干扰噪声。 用此振动信号与角度基准谐波信号做互相关分析,根据互相关函数的性质,只要将角度基准正弦信号和所测得的振动信号进行互相关处理,就可以得出支承振动的幅值及与基准信号(转子上的色标)之间的相位差。 yi(i=0,1,2,N-1),互相关函数可用下式估计:Rxy(rt)=1N-rN-1-ri=0xiyi+r(r=0,1,2,m;m (7)这是互相关函数的直接算法,也可根据信号的相关定理采用间接算法求互相关函数5,6。 总之,利用互相关函数进行互相关分析是在噪声背景下提取有用信息的一个非常有用的手段。 利用软件编程对采样数据进行互相关处理可以很方便的将噪声消除并直接获得振动信号大小及相对基准信号的相位。 2.2.2基于FFT的不平衡量幅值和相位提取对所测得的两路振动信号和角度基准信号进行采样,利用软件实现快速傅立叶变换(FFT),可以很快得到振动信号的频谱,从中选出与平衡转速频率(角度基准信号的频率)相同的f0谱线,这条谱线就是动不平衡所引起的振动信息,谱线的实部和虚部包含着转子不平衡信号的幅值和相位。 为防止频谱泄漏并得到振动信号中的基频信号的频谱,需要对连续信号进行整周期采样,在转子的每个旋转周期T0内按照预定的采样点数N和采样频率f对一个周期内的连续信号进行采样。 基于数字滤波的不平衡量幅值和相位提取数字滤波算法丰富,用于动平衡测试系统中的主要有时域同步平均滤波、窄带通数字滤波、简单整系数带通滤波等7。 工程实际中有时会遇到转子转速随使用条件变化而导致不平衡信号频率发生变化的情况,要求滤波应具有自适应性,能跟踪和转子转速同频的不平衡信号。 相应的有数字跟踪滤波、自适应滤波等。 信号的提取方法与数字