外文翻译-不用测量反馈相位的双面转子平衡系统

毕业设计（论文）外文文献翻译题目不用测量反馈相位的双面转子平衡系统学生姓名学号学部（系）机械与电气工程学部专业年级09级机械设计制造及其自动化指导教师职称或学位教授2013年3月30日外文文献翻译不用测量反馈相位的双面转子平衡系统本文提出,并且经过实验验证,要以一个恒定的转速对刚性转子或柔性转子进行双面平衡操作。这个在影响函数的基础上提出来的技术从运作四次单面平衡转子延伸到双面平衡转子。就像四次运行理论，这种技术是最容易用图形来表示并且不需要测量反馈相位。尽管需要额外的操作来获得数据，但是对于大多数设备，他的简单和实用使得他在某些情况下比双面影响函数理论更有用。简介在拥有旋转体的设备中大约有80的振动问题是与振动不平衡有关的。不平衡不一定是过量的振动造成的也可能与轴承的寿命和噪声有关。这就有助于理解为什么转子平衡的问题被特别关注并且研究转子平衡的许多文章都特别关注不平衡量的理解与校正（就像本文的参考书目一样）。如今的工厂对于转子的平衡比起在车间更倾向于在现场。原因之一是在一个大的地方得到并操纵各种必要的设备对多种机械装置进行平衡调整的经费。另一个偏好在现场的原因是他通常可以减少将机器运往车间的停机时间。并且，现场平衡常常有更好的效果。这有部分原因是转子在他自己的轴承和外壳上进行平衡。工厂已经对于这个趋势做出了回应并且如今更多的设备常常为了方便的增加适当的重量而允许加平衡块和用平衡槽。当然，也有些设备不适合在现场进行平衡；例如，就像大型的压缩机和涡轮这种高速，临界设备。这种设备通常由厂商或者在一个特殊的机修车间在运行时进行平衡。多少年过去了，几种平衡的技术也得到了完善，每一种技术都对应着特定的应用，操作速度或者是机器的类别。大多数方法本质上是通过两大平衡理论得到的；影响系数理论和振型平衡理论。振型平衡的应用由于转子必须在一个已知的振型上运行这一事实部分的限制了其应用。标准双面影响系数理论可能在如今工厂的现场平衡技术上有着广泛的应用。他通常要利用很多可编程的计算器和微型计算机来实现。不幸的是，为了得到更有用的数据这种方法需要测量出准确的振动相位角。通常要测量正确的相位在部分通用机械上是难于实现的，因为振动相位对于转速的变化很敏感（尤其是靠近震源）并且对平衡过程中的空载设备进行调速是难于控制的。另外，我们还发现靠近传感器的操作设备会影响测量精度。然而，机器在一个慢到不能触发设备的速度运行也是很平常的，可能就会忽略某个关键相位。这个影响系数理论对于导致一个病态影响系数矩阵从而导致错误的修正量的系统参数也是敏感的。这里明显需要一个可应用到现场平衡上并且摆脱标准影响系数理论中的错误经验的技术。这个技术应该容易使用而不是需要大量的操作人员介入，也不需要复杂的测量设备。本文提出的理论已经在这两个领域上证明了其重要性，这个理论类似于单面四运行理论。本文剩余内容如下。首先是标准双面影响系数平衡理论的的提出。在说完标准理论之后的是对于无需测量反馈相位的平衡理论的讨论和数学公式的推导。推导的过程将会一步一步展现在我们眼前。本文也包括在推导后的两个实验来证明本文理论。标准双面影响系数动平衡理论本文将从基础开始扼要的说明理论双面平衡影响系数，这个理论是由KROON（1944）提出来的。根据影响系数理论，由于不平衡造成的振动与不平衡量是成比例的。这个比例常数通常用复数或者矢量表示，并被称为影响系数。学术上，刚性转子的不平衡性可以被建模为两个不同的旋转体，每一个经过转子轴线的不同平面都距离旋转体轴线一个单位的距离上。承载这些质量的这两个平面在理论上是可以随意选取的。通常选取方便放置或去除校正质量的平面。在这个理论的标准中，振动是在另外两个面测量的。这些测量平面没必要与不平衡平面相同。随着步骤的实施，四个平面将有一或两个称为不平衡面，一或两个称为测量面。平面的数量是任意的。标准平衡理论由四部分构成。第一，运行不平衡的转子并且测量导致振动的转子的振幅跟频率。学术上，传递到两个测量平面上的振动用以下式子来表示00112111002222IIIIUUVV这个贯穿于本文的矩阵中，大写字母表示的是标量（实数），粗体的小写字母表示单位向量（复数）。I表示影响系数，V是振动频率，U是不平衡量。U的下脚标表示不平衡面，V的下脚标表示测量平面。V的下脚标表示初始运行的转子。影响系数通常包括转子几何，动态特性，硬度，阻尼，转速和测量平面与不平衡面的选择这些复杂的参数。在标准平衡理论的第二步中，一个实验校正质量会放在任意半径和角度的不平衡面I上。记录放在转子上的校正质量的位置。定义的初始角的位置与相位器的位置有关。随着校正质量的放置，转子的转速和频率被读取。第三步，停止转子，放置在平面一上的校正质量被在不平衡面二上的质量所替换。转子再次旋转并测量频率。频率可以用下面的式子表示11112112222IIIIUUWWVV（2）2211211122222IIIIUUWWVV这里的W表示校正质量和它离旋转轴的径向距离，W的脚标表示不平衡面。步骤四通过（1）和（2）式子推导出影响系数如下（3）101112022111122022/IIWWIIVVVVV有了这些影响系数，等式（1）通过解影响系数矩阵来求出每个面上的不平衡量。如果矩阵是病态（几乎奇异）的，在测量中的小错误会在求解矩阵后被放大。理论上，不平衡可以通过将校正质量放置在每个距离经过计算的不平衡面180度角上来进行校正，每个正确的角位置都是要离转子一定的距离并且通过校正质量来确定不平衡振动的值。无需反馈相位测量的平衡四运行理论（参见DENHARTOG（1956），BLAKE和MITCHELL（1972），和CARLON（1979）是实现了转子的单面平衡的理论。之所以四运行理论相对于其他经典理论是特殊的，是因为他是一个只需要测量振幅而不用测量振动相位角的图解方法。在测量了四组转子的连续振幅之后，就可以轻易的找到正确的校正质量。由于该理论不需要相位的测量，这就成为了它的一个优点。例如，只要错误是一致的测量错误就不重要（参见（BLAKE和MITCHELL（1972），该理论简单且便捷，甚至于慢速运行的转子也可以用该理论，并且该方法可以在任何你需要的面上进行测量。如今还没有一个文章可以正确的提出不需要测量相位角的双面平衡理论。然而BLAKE和MITCHELL（1972）利用四运行理论的简单扩展对双面转子进行平衡。基于校正估算质量的计算结果是令人满意的，但是，初始动不平衡的正确数量是有问题的。在由GUNTER，SPRINGER和HUMPHRIS（1982）得出的另一成果中提出，一种四运行理论的引申理论被用来综合模态信息来平衡柔性转子。他们的理论被应用到平衡临界转速的转子上。以下的方法适用于双面转子的平衡。该理论是单面四运行理论的延伸。它的结果大多数是图形的并且不需要进行相位测量。它与有着相同控制方程的图形结果的标准双面影响系数理论相似。这个理论已经由两个实验证明了。该理论替代了影响系数技术理论而不是替换。无相位反馈的双面平衡应用这个理论，首先要运行转子并记录两个测量平面上的振动程度。然后，放置一个实验不平衡量在转子的不平衡面1上。必须记录下转子上校正质量的角位置。零度角位置可以是任意的但是在整个过程中的其它角位置就不行了。可确定的角度也可以是任意的。放置质量块之后，再一次旋转转子，记录振幅。实验两次，一个用在不平衡面1上的不同角位置上相同大小的不平衡量来替换之前测量的不平衡量，运行转子，并记录振幅。测量六次并记录在下表。表格1为了收集数据的表格平衡速度试验不平衡量W振动测量试验质量编号偏心质量平面1数据平面2数据012345无偏心质量1W平面12平面13W平面14平面25W平面201V2131V4151V02V1232V4252V66W平面261V62V11211222KKKIIIIUUWWVVFORK1,2,3（4）结合（1）与（4）可以得到以下等式01KJJJJJKVVVIIWWFORK1,2,3ANDJ1,25等式（5）左边表示两个测量大小与方向的向量，右边的向量表示未知的大小和方向。为了获得更有用的等式形式，首先两边同时除以已知角，和未知角。可得KW0JV到如下等式01100KJJJJKJJKKJVVVIWIWVFORK1,2,3ANDJ1,26现在旋转180度然后反应实轴获得如下等式0010KJJKJKJJKJJVVWIWVVWIFORK1,2,3ANDJ1,27通过引入一个沿着实轴负向的单位向量N，等式（7）可以被写成00011KJJKJJKJKKJJVVWNVVWIWIFORK1,2,3ANDJ1,28等式（8）左边表示的是一个已知长度和方向的向量，它是一个后来添加的已知长度的向量。在已知半径和圆心的情况下矢量和的轨迹是容易控制的。等式（8）用以下方法求解。首先，把J置于1面（在1面上只考虑测量频率）画一个周期表示等式左边的校正质量（作为K的一个值）。在相同的位置，控制两个周期去得到平面1上其他2个数据。这三个周期将会显示出在明确的角度上的不平衡量。并且，由于三个周期都表示的是相同向量（记住每次运行的校正质量的值是相同的）的轨迹，他们应该相交并且求得正确的未知向量的值。这个距离在相交点和原始数据表达式之间。在负实轴，1KIW因为在等式（8）中设置的向量N，与通过原点和交点的直线之间的角度决定了单位向量的角度。通过将J置于2面（考虑在2面上测量的频率），可以得到相似的表达01/IV式。这决定了未知向量的值。通过移除不平衡面一上的校正质量并且于第0212/KIWIV三次运行时将校正质量放在平面二上，等式（9）可以通过另外两个表达式推出。00022KJJKJJKJKKJJVNVWNVVWIWIFORK4,5,6ANDJ1,29利用从结构上得到的信息，等式（1）必须转化为下式10112000112212200IIIIVVUUVIIII利用（8）和（9）的图形结论，等式（10）可以解决在任意两个不平衡面上的不平衡量问题。双面平衡过程用该理论解决平衡问题，我们需要转子七组不同的转速以及14组频率的测量。表格1可以用来记录必要的数据。过程如下1运行不平衡转子并且在两个面测量其频率值012,V2放置校正质量在平面1上，运行转子并在两个面上测量频率值WW12,V3将平面1上的校正质量放置到，运行并测量频率221,4重复步骤3得到和331,V5将步骤2,3和4中的校正质量放置在平面2上的W，W和W上。测得的频4W56率分别为和5112,V612,6画三个圆。圆一以为圆心，为半径。圆二以为圆心，为半径。圆三0W1V012V21以为圆心，为半径。31W317测量从原点到近似交叉点间的距离（D）和从实轴到原点与交点组成的直线间的角度8通过校正质量的值（W）划分D以获得。用180度减去来获得角。1I01/IV9仿造步骤6再画三个圆，圆心与半径分别为仿造步骤70102322,VWVW与8中利用圆来求得和的角度。21I02/IVFIG1实验用的设备图表2第一个实验数据情况1振动测量数据平衡速度3750RPM试验不平衡量05GRAM振动测量平面1平面2试验质量编号偏心质量大小（MILS）相位DEG大小（MILS）相位DEG0123456无偏心质量0平面1135平面12475平面10平面2135平面22475平面218523615316513219215881835610360793541712229176825626426896265256267表3使用新理论的第一个实验结果情况1通过本文的方法用表二的数据得到的结果平面1平面2重量（GRAM）相位（DEG）重量（GRAM）相位（DEG）计算校正质量实际应用质量纠正振动量078907546181718034508930890113225257表4使用标准理论的第一个实验结果情况1通过标准理论用表二的数据得到的结果校正质量平面1平面2采集数据后的运行编号大小（GRAMS）相位（DEG）大小（GRAMS）相位（DEG）0，1，40，1，559720524217649403132641490，1，60，2，40，2，50，2，60，3，40，3，50，3，61760189279124013909251911733073521032412623530230178484185161198349826129358443190334092710如步骤6分别以为圆心与半径画三个圆。利用0405061111W,WVV，圆这些圆求出和在步骤7，8中已经求出的的角度。2I2I/V11重复步骤10分别以为圆心与半径画圆来求出040506222,V，和的角度。2I02I/V12求解等式（10）得到不平衡量实验验证用含有两个盘片的转子来证明该理论，见图FIG1。圆盘一重608克，圆盘二重822克。两个近贴探头放置在如图的两个轴承边上。输出信号通过数字矢量滤波器得出仅有振动相位与振幅的图形。设备测出的临界速率有1160转。第一个实验收集到的数据如表2所示。本文的理论是用最低硬件配置的便携型微型处理器来运算。这证明了用它进行现场平衡的可行性。图形结果也通过电脑计算证实了如下理论。在读取输入数据后，程序利用了阴极射线管，用等式（8）和（9）代表第一组的三个圆。一个点显示在屏幕上，这个点可以用键盘进行控制。当这个点放置到交点的时候，处理器将该点数字化从而知道圆交点的坐标。一旦4个数据全部数字化，处理器就可是计算正确的校正质量。本文用该理论得到的结果如表3所示。表3也显示了应该放置的正确的质量，和校正后的剩余频率。从两个平面输出的影响系数理论数据如表4所示。观察这个标准方法，三次运行只要注意频率的测量数据，表5数据来自第二个实验情况2振动测量量平衡速度3000RPM试验不平衡量05GRAM振动测量量平面1平面2试验质量编号量块在相位与平面上的角度大小（MILS）相位（DEG）大小（MILS）相位（DEG）0123456无偏心质量0平面1135平面12475平面10平面2135平面22475平面25558525543675733633733733332933134916172109161617266265266262266266266表6使用新理论的第一个实验结果情况2通过本文的方法用表5的数据得到的结果平面1平面2重量（GRAMS）相位（DEG）重量（GRAMS）相位（DEG）计算校正12712762288330量实际应用量纠正振动量125192701312406330100因此表2展现了多余的数据。表4通过利用表2中排列的所有数据从而得出了标准理论中的所有可能的结果。在本次试验中，所有排列出的数据得出了一个大的并且不切实际的校正质量。表5显示了另一个用不同转速的测量方案。表6中显示的是从如今理论中获得的结果；它再次的提升了转子的平衡性。表7显示了在表5中排列数据的所有结果。在校正质量中注意平面1的0度位置的实验质量，控制标准理论的所有情况，引起的错误总数。这就暗示了要避免将实验质量放置在这个地方。也要注意表7中通过现代理论计算的最后三组的结果非常接近；表7使用标准理论的第一个实验结果情况2通过标准理论用表5的数据得到的结果校正质量平面1平面2采集数据后的运行编号大小（GRAMS）相位（DEG）大小（GRAMS）相位（DEG）0，1，40，1，50，1，60，2，40，2，50，2，60，3，40，3，50，3，67697698991616116601