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微型转子动平衡系统的研究

微型转子动平衡系统的研究

作者：李梦瑄南京林业大学

学位级别：硕士

随着旋转电机逐渐向高速方向发展,微型转子作为电机中必不可少的部件,不平衡质量的存在是影响电机工作稳定性的一大关键因素。传统模式的转子动平衡技术已无法满足微型转子的高精度、高质量要求,对现有动平衡技术进行改进变得越来越迫... 详细信息

随着旋转电机逐渐向高速方向发展,微型转子作为电机中必不可少的部件,不平衡质量的存在是影响电机工作稳定性的一大关键因素。传统模式的转子动平衡技术已无法满足微型转子的高精度、高质量要求,对现有动平衡技术进行改进变得越来越迫切。因此,需要针对微型转子测量与切削精度不足的问题开展研究,完成动平衡理论的改进、准确的切削建模和支撑摆架结构设计。本文围绕微型转子的平衡精度问题进行了研究,考虑了影响系数法中加重块的高度对转子不平衡力的影响,修正了影响系数法振动信号提取时的误差,改进了双面无相位动平衡理论,建立了转子切削区域的高精度矢量模型,完成了动平衡机支撑系统的结构设计,主要工作如下:针对微型转子的双面影响系数法推导过程中,忽略加重块高度的存在对于微型转子不平衡力的影响进行理论修正。根据同一型号转子采用相同影响系数,结合传感器信号测量过程存在噪声问题,选用多组测量数据并结合蒙特卡洛法,分别用最小二乘法、复数平均法和幅值平均法对影响系数的幅值、相位进行误差分析,得到更加准确的影响系数处理方法。针对传统无相位测量法在不同转子结构适用方面的局限性,通过对无相位法求解过程中各振幅之间的关系进行图解分析,推导出不平衡量的通用公式,并结合影响系数法左右两侧校正面不平衡力相互影响的关系,将无相位平衡法从单面平衡推广到双面平衡。为验证双面无相位平衡法的可靠性,设计多组试验与传统影响系数法进行对比分析,试验结果表明改进的方法可以有效降低微型转子不平衡量,并在相位测量不稳定的情况下,改进无相位平衡法精度更高。针对传统切削方式存在切削量不准确的问题,提出一种基于离散矢量的切削模型。通过对V型铣刀切削微型电机转子过程的分析,得到了切削深度与去除不平衡量之间的数值关系。避免了传统切削模型由于积分复杂从而对模型简化而导致切削量误差较大问题,并通过与仿真试验的数据对比验证离散模型的准确性。随后针对实际切削过程切削深度过大对于转子薄壁结构造成破坏问题,提出一种切削分刀方式,通过控制转子切削次数,避免切削过程对转子结构造成损伤。为验证离散矢量模型和切削分刀方式的可靠性,对多组转子进行实际切削试验,试验结果表明转子左右两侧的剩余不平衡质量均低于20 mg,转子结构完好,符合动平衡要求。针对微型转子支撑系统固有频率对动平衡机检测精度的影响,建立转子—支撑系统动力学参数模型,通过对该模型进行灵敏度分析,得到系统固有频率与质量对于系统灵敏度的影响趋势。对于软支撑结构来说,系统固有频率需要远低于转子转频,因此在降低固有频率的同时尽量提高系统灵敏度。而系统固有频率主要由簧片的刚度和系统的质量所决定,为验证系统固有频率计算模型的可靠性,通过模态试验结果表明,系统固有频率计算误差在5%-10%之间,满足计算要求。当系统固有频率较低时,系统的稳定性变差,为得到合理的软支撑结构,提出一种变截面的簧片结构,并利用多目标优化算法对簧片进行结构优化。试验表明,当系统固有频率较低时,使用变截面簧片代替等截面簧片,转子动平衡测量精度明显变高,且支撑系统稳定性较好。

关键词：转子动平衡影响系数法去重校正离散矢量模型软支撑结构

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基于有限元模型的转子动平衡影响系数求解法

振动．测试与诊断 2013年第6期33卷 998-1002,1094页

作者：宾光富姚剑飞江志农高金吉湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湘潭411201 北京化工大学诊断与自愈工程研究中心北京100029

在分析影响系数法平衡原理的基础上,提出一种基于有限元模型分析的转子动平衡影响系数求解方法。根据转子系统物理结构尺寸,借助DyRoBeS软件建立转子系统有限元模型,通过在模型中所关注的节点施加虚拟不平衡量,分析转子系统的横向振动响... 详细信息

在分析影响系数法平衡原理的基础上,提出一种基于有限元模型分析的转子动平衡影响系数求解方法。根据转子系统物理结构尺寸,借助DyRoBeS软件建立转子系统有限元模型,通过在模型中所关注的节点施加虚拟不平衡量,分析转子系统的横向振动响应,获得转子在平衡转速下节点的振动幅值和相位。探讨了相位基准位置对影响系数的影响规律,计算出转子系统各平衡转速下的影响系数,实现无试重条件下的转子动平衡。以美国Bently单跨双转盘实验台为对象,实测平衡转速分别在临界转速前后的影响系数,结果表明,该方法获得的影响系数与实测结果基本相符,且相对误差较小。应用该方法可减少对动平衡经验的依赖和启机次数,节省动平衡时间和成本。

关键词：有限元模型转子动平衡无试重影响系数相位基准

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测量点对转子动平衡影响的研究

西安交通大学学报 1998年第7期32卷 85-89页

作者：王晓升西安交通大学

就测量点对转子动平衡的影响进行了研究，从测量点数目、测量点轴向位置以及周向位置等３个方面进行了分析，并给出了这些因素对动平衡影响的量度，从而避免了可能的平衡失败问题．同时，针对正确测点转速影响系数的缺陷，提出了改进方... 详细信息

就测量点对转子动平衡的影响进行了研究，从测量点数目、测量点轴向位置以及周向位置等３个方面进行了分析，并给出了这些因素对动平衡影响的量度，从而避免了可能的平衡失败问题．同时，针对正确测点转速影响系数的缺陷，提出了改进方法，使之具有了更好的适应性．

关键词：转子动平衡测量点影响系数最小二乘法数目轴向位置周向位置转子系统

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非线性支承转子的动平衡

航空动力学报 2005年第4期20卷 600-605页

作者：唐云冰罗贵火章王景璇高德平南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

影响系数法是利用线性系统中校正量和被测量之间的线性关系进行转子动平衡。实际应用中,转子系统往往是支承在具有非线性刚度的轴承上。由于线性假设不成立,直接使用影响系数法进行转子动平衡将十分困难。本文运用Lagrange方程和柔度影... 详细信息

影响系数法是利用线性系统中校正量和被测量之间的线性关系进行转子动平衡。实际应用中,转子系统往往是支承在具有非线性刚度的轴承上。由于线性假设不成立,直接使用影响系数法进行转子动平衡将十分困难。本文运用Lagrange方程和柔度影响系数,建立了非线性支承多盘转子系统的动平衡计算模型,提出了运用优化算法对非线性系统进行等效线性化来平衡非线性支承转子的方法。计算实例表明转子由不平衡量引起的振动得到了大幅度减少,达到了非线性支承转子动平衡的目的,效果良好。

关键词：航空航天推进系统转子动平衡非线性支承影响系数法转子动力学

液体火箭发动机涡轮泵转子的新型动平衡方法研究

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振动与冲击 2011年第6期30卷 158-161,201页

作者：李斌张贵田李锋黄金平西北工业大学航天学院西安710072 西安航天动力研究所西安710100

针对液体火箭发动机涡轮泵的运行特点,提出了利用起动过程的不平衡响应信息进行涡轮泵转子模态平衡的两种新方法。方法1将转子的前两阶模态不平衡分别等效为模态不平衡方位角和模态不平衡大小,在前两阶临界区内,通过转子的升速不平衡响... 详细信息

针对液体火箭发动机涡轮泵的运行特点,提出了利用起动过程的不平衡响应信息进行涡轮泵转子模态平衡的两种新方法。方法1将转子的前两阶模态不平衡分别等效为模态不平衡方位角和模态不平衡大小,在前两阶临界区内,通过转子的升速不平衡响应信息识别出对应阶模态不平衡方位角,然后利用各阶模态间的正交关系,添加合理的平衡试重组,通过两次升速起动过程完成转子前两阶模态的平衡;方法2引入了测点模态比的概念,在3圆平衡法的基础上,通过4次升速起动过程,完成了转子前两阶模态的平衡。最后通过模型实验对所提出的两种新型平衡方法进行了验证。

关键词：液体火箭发动机涡轮泵转子转子动平衡瞬态不平衡响应

弹支-双圆盘大长径比柔性转子球体动平衡分岔特性分析

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应用力学学报 2021年第4期38卷 1301-1308页

作者：陈海卫王志孙震陈延斌江南大学机械工程学院无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室无锡214122

针对弹支-双圆盘大长径比柔性转子球体动平衡抑振机理问题,基于Lagrange方程建立系统振动模型并进行线性化处理,进而采用旋转坐标变换转为自治系统;分析平衡解约束方程及构成情况,绘制Campbell图求取转子固有频率;应用分岔理论分析球体... 详细信息

针对弹支-双圆盘大长径比柔性转子球体动平衡抑振机理问题,基于Lagrange方程建立系统振动模型并进行线性化处理,进而采用旋转坐标变换转为自治系统;分析平衡解约束方程及构成情况,绘制Campbell图求取转子固有频率;应用分岔理论分析球体质量、转子转速、支承刚度、平衡器间距及偏心相位差等因素对系统稳定性的影响,得到稳定区域分布情况;通过仿真初步验证分析结果,进而搭建转子实验平台,并基于高速相机的观测,验证理论结果的正确性。理论与实验结果表明:高阶临界转速之上,球体平衡可有效制止偏心引起的转子轴线偏移与倾斜。

关键词：球体平衡器分岔分析转子动平衡稳定性分析振动抑制

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转子动平衡测试系统的开发

转子动平衡测试系统的开发

作者：谈建华江苏大学

学位级别：硕士

在现实生活中,转子的中心惯性主轴会或多或少地偏离其旋转轴线,这样当转子旋转时,就会产生不平衡离心力,我们称之为转子不平衡。转子的不平衡将会在轴承上产生周期性的振动,从而导致多方面的危害。因此开展动平衡技术的研究具有重要的... 详细信息

在现实生活中,转子的中心惯性主轴会或多或少地偏离其旋转轴线,这样当转子旋转时,就会产生不平衡离心力,我们称之为转子不平衡。转子的不平衡将会在轴承上产生周期性的振动,从而导致多方面的危害。因此开展动平衡技术的研究具有重要的学术和工程应用价值。目前,有关转子动平衡技术的研究热点主要集中在动平衡测试、非对称/非平面模态转子平衡、无试重平衡、自动平衡等技术领域。为了提高转子动平衡的精度和效率,论文以动平衡测试技术为研究点,围绕动平衡测试中振动信号的提取、不平衡量的精确计算等关键问题,进行深入的理论研究及设计开发。论文对刚性转子的不平衡算法:影响系数法和基于DFT的不平衡振幅及其相位提取算法作了深入的研究。根据项目的实际情况,确定了动平衡测试系统的总体设计方案并进行了实验,实验结果证明了方案的可行性。在硬件方面,为了实现对转子振动信号的精确提取及转换,设计研究并使用了电荷放大技术、锁相环倍频技术、跟踪滤波技术等,解决了在复杂环境条件下的信号放大、A/D同步转换、信号跟踪滤波等问题,对初始信号进行有效的处理,使其满足转换的要求。在软件方面,系统以C8051F005处理器芯片为核心。基于DFT算法实现了对转子振动幅值及其相位的快速计算,并通过数字滤波,保证了数据的精度。使用双面加重影响系数法实现了对转子不平衡量信息的最终求解,并通过串口通信,将不平衡量信息发送给上位机进行显示及后续处理。综上所述,论文在分析刚性转子动平衡技术理论、学习掌握国内外动平衡测试系统研制的方法和经验基础上,开发设计了性价比高、结构简单、操作方便的动平衡测试系统。实验结果显示,该系统精度较高,稳定性较好,具有一定的实用价值和市场前景。

关键词：转子动平衡 DFT算法影响系数法 C8051F005 跟踪滤波器

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基于虚拟仪器的滑动轴承转子动平衡系统检测

润滑与密封 2011年第2期36卷 62-67页

作者：魏塬徐武彬张宏献张周强曾海景广西工学院机械工程系广西柳州545006

介绍将虚拟仪器技术应用于动平衡测试系统的基本方法,该方法结合图形用户界面技术、虚拟仪器、数字图像处理技术等,将需要硬件完成的电路软件化、虚拟化,降低了实验系统的成本。介绍整个实验装置的构成、虚拟仪器动平衡的实现,以及转速... 详细信息

介绍将虚拟仪器技术应用于动平衡测试系统的基本方法,该方法结合图形用户界面技术、虚拟仪器、数字图像处理技术等,将需要硬件完成的电路软件化、虚拟化,降低了实验系统的成本。介绍整个实验装置的构成、虚拟仪器动平衡的实现,以及转速、相位、幅值的检测方法,实验结果表明该方法可行且具有高精确性。

关键词：转子动平衡影响系数法系统检测虚拟仪器

基于DSP的高速转子动平衡测试系统的转速测试法

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重庆大学学报（自然科学版） 2006年第4期29卷 12-14页

作者：唐一科彭浩李文清重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030

测速装置在动平衡仪中占有非常重要的地位.对测速装置的要求是精度高、稳定可靠和检测时间短.针对基于DSP(d igital signal processing)平台的高速转子动平衡测试系统的开发,介绍了一种基于DSP平台的转速基准信号测试方法.文中从转子基... 详细信息

测速装置在动平衡仪中占有非常重要的地位.对测速装置的要求是精度高、稳定可靠和检测时间短.针对基于DSP(d igital signal processing)平台的高速转子动平衡测试系统的开发,介绍了一种基于DSP平台的转速基准信号测试方法.文中从转子基准信号的提取、DSP转速测试和软件设计等方面讲述了该方法的实现.这种新的基于DSP的高速转子动平衡转速测试方法精度高、测速范围广、简单方便,适合于对不平衡量所引起的振动量幅值和相位的精确提取.

关键词：转速测试 DSP 转子动平衡