【摘要】： 旋轉(zhuǎn)機械是機械系統(tǒng)的重要組成部分,在國防和國民經(jīng)濟眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著巨大作用。轉(zhuǎn)子不平衡是旋轉(zhuǎn)機械中的常見問題,也是誘發(fā)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障的主要原因之一。因此,開展動平衡技術(shù)研究具有重要的學(xué)術(shù)和工程應(yīng)用價值。近年來,隨著電子、計算機和測試等技術(shù)的迅猛發(fā)展,動平衡技術(shù)也得到了很大發(fā)展,其研究成果對推動旋轉(zhuǎn)機械向高速、高效、高可靠方向發(fā)展起到了重要作用。目前,有關(guān)轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)的研究主要集中在動平衡測試、非對稱/非平面模態(tài)轉(zhuǎn)子平衡、無試重平衡、自動平衡等技術(shù)領(lǐng)域。為了提高轉(zhuǎn)子平衡精度與效率,論文從不平衡動態(tài)響應(yīng)分析出發(fā),圍繞動平衡測試與自動平衡中的窄帶跟蹤濾波、自動平衡策略等關(guān)鍵技術(shù)問題展開深入研究。論文主要研究工作包括: 1、為了掌握轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動響應(yīng)與不平衡量及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)系,針對平面轉(zhuǎn)子、剛性轉(zhuǎn)子、撓性轉(zhuǎn)子等典型轉(zhuǎn)子系統(tǒng),在總結(jié)、歸納已有研究成果的基礎(chǔ)上,采用理論分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,深入研究了在恒加速條件下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)參數(shù)對轉(zhuǎn)子瞬態(tài)不平衡響應(yīng)的主要影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:在恒加速條件下,轉(zhuǎn)子同頻振動分量與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、支承阻尼等因素密切相關(guān),當(dāng)角加速度較小且阻尼較大時,其瞬態(tài)響應(yīng)對轉(zhuǎn)速的波動不敏感;而當(dāng)角加速度較大或阻尼較小時,恒加速過程不平衡響應(yīng)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)在臨界轉(zhuǎn)速附近將產(chǎn)生明顯的差異。 2、為了適應(yīng)轉(zhuǎn)速波動時高精度動平衡測試的需求,精確、快速地分離出不平衡響應(yīng)中的同頻振動分量,深入研究了兩種新型模擬窄帶跟蹤濾波技術(shù):(1)利用開關(guān)和電容可等效電阻的原理,導(dǎo)出了開關(guān)電容跟蹤濾波方法,設(shè)計研制了一種新的開關(guān)電容模擬窄帶跟蹤濾波器;(2)利用互相關(guān)原理,導(dǎo)出了相關(guān)跟蹤濾波方法,并采用乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器(MDAC),設(shè)計研制了MDAC模擬窄帶跟蹤濾波器。 3、為了實現(xiàn)平衡頭的快速、精確控制,針對初始狀態(tài)未知的極坐標(biāo)型平衡頭,提出了兩種各具特點的自動平衡策略和算法:(1)對單面坐標(biāo)輪換尋優(yōu)法進(jìn)行了改進(jìn),提出了多輪坐標(biāo)輪換尋優(yōu)法,并將單面坐標(biāo)輪換尋優(yōu)法推廣應(yīng)用到雙面轉(zhuǎn)子的自動平衡,證明了該方法能得到全局最優(yōu)解;(2)提出了基于影響系數(shù)法的快速自動平衡策略及其遞推算法,快捷、有效地抑制了振動噪聲、測量誤差、控制誤差等對平衡精度的影響。 4、為了快速、準(zhǔn)確地掌握不平衡量在轉(zhuǎn)子上的分布情況,針對信噪比低、工作轉(zhuǎn)速范圍寬、轉(zhuǎn)速波動時的振動信號特點,深入研究了程控放大、程控積分、外觸發(fā)等角度采樣、不平衡量快速精確解算等信號處理技術(shù);通過技術(shù)集成,研制了便攜式高精度動平衡測試系統(tǒng)。為了避免轉(zhuǎn)子系統(tǒng)離線平衡時的反復(fù)起、停車過程,及時補償工作過程中出現(xiàn)的隨機不平衡,提出了兩種新型平衡頭結(jié)構(gòu),其中,基于感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電機原理的平衡頭結(jié)構(gòu)緊湊、精度高,而基于永磁式步進(jìn)電機驅(qū)動的平衡頭更容易實現(xiàn);以此為基礎(chǔ),設(shè)計研制了基于紅外控制信號傳輸?shù)男滦娃D(zhuǎn)子自動平衡系統(tǒng)。 5、對研制的動平衡測試系統(tǒng)進(jìn)行了整機性能測試,并分別應(yīng)用于低速鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)子、高速陀螺轉(zhuǎn)子以及特殊支承的磁懸浮轉(zhuǎn)子的動平衡,均達(dá)到了較好的平衡效果,表明該測試系統(tǒng)在硬支承、軟支承動平衡機以及現(xiàn)場動平衡測試時均能達(dá)到較高的平衡精度。應(yīng)用坐標(biāo)輪換尋優(yōu)自動平衡策略和基于影響系數(shù)法的快速自動平衡策略對單面轉(zhuǎn)子進(jìn)行了自動平衡實驗,結(jié)果表明,坐標(biāo)輪換尋優(yōu)法簡單實用、操作安全,而基于影響系數(shù)法的快速自動平衡策略有較高的平衡精度和平衡效率。 綜上,論文在深入分析典型轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡動態(tài)響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上,提出了兩種模擬窄帶跟蹤濾波方法、兩種各具特點的自動平衡控制策略和算法以及不平衡量的快速、精確解算方法,設(shè)計研制了便攜式高精度動平衡測試系統(tǒng),提出了兩種新型平衡頭結(jié)構(gòu),設(shè)計研制了基于紅外控制信號傳輸?shù)淖詣悠胶庀到y(tǒng),同時給出了進(jìn)一步研究工作設(shè)想。
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TH17
【圖文】：

究生院學(xué)位論文移動。 3 個自由環(huán)來降低振動，到 20 世紀(jì) 40 年代球式自動平衡裝置（如圖 1.2 所示）。在技的調(diào)節(jié)作用，避免了在轉(zhuǎn)子升速到一階臨界使其減小。1950 年，美國學(xué)者 Thearle 提出性阻尼的質(zhì)點在轉(zhuǎn)子的槽中做自由運動�，F(xiàn)自動平衡，這是由于平面轉(zhuǎn)子的動態(tài)特性。1996 年，

平衡裝置進(jìn)行了理論角速度大于其共振角解，在理論上可以完偶不平衡)[168]。和彈性支承的特性設(shè)計的。其基本原理是：當(dāng)撓平衡會超前撓性變形響應(yīng)一個鈍角或接近 180 度用下就會向轉(zhuǎn)子撓曲“低點”移動，其結(jié)果會抵“自動定心”降低振動的效果。這一類平衡裝置的特點，但因具有在亞臨界狀態(tài)會加大轉(zhuǎn)子的不限性。因此，如何解決在一階臨界以下頻段至少類自動平衡裝置設(shè)計中的技術(shù)關(guān)鍵。自面圖 1.2 球式自動平衡裝置平衡前 平衡后

衡裝置在轉(zhuǎn)子校正平面的適當(dāng)位置去掉一定的現(xiàn)主要靠激光。美國機械技術(shù)股份公司（MTI）正平面某位置一定重量的金屬，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)子on 借助激光實現(xiàn)了簡單剛性轉(zhuǎn)子的單平面校正光去重技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)子多平面校正的可行性，轉(zhuǎn)子自動平衡系統(tǒng)[93]。自動平衡技術(shù)的研究，主要解決陀螺轉(zhuǎn)子的自但由于受激光能量、飛濺物污染等問題影響， 230 廠徐志強、耿秋軍等人又研制了陀螺轉(zhuǎn)子尾”、際生轉(zhuǎn)子系統(tǒng)

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2746701