簡易剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1緒論常用機(jī)械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，例如各種傳動(dòng)軸、主軸、電 動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子等，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)與不 旋轉(zhuǎn)時(shí)，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的，這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工 程中的各種回轉(zhuǎn)體，由于各種原因，在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離 心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作用到機(jī)械及其基礎(chǔ)上，引起 振動(dòng)，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機(jī)械壽命，嚴(yán)重時(shí)能造成破壞性 事故。為此，必須對轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡，使其達(dá)到允許的平衡精度等級，或使因 此產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)幅度降在允許的范圍內(nèi)。1.1轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡概述在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的應(yīng)用非常廣泛。旋轉(zhuǎn)機(jī)

2、械的高效、 安全和長期運(yùn)行，不僅創(chuàng)造的巨大的物質(zhì)財(cái)富，也帶來了巨大的社會(huì)效益。與此 同時(shí)，機(jī)械振動(dòng)問題也成為制約旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)展的最大障礙。為了改善機(jī)械的旋 轉(zhuǎn)性能，就需要人們研究機(jī)械的平衡。所謂平衡，是根據(jù)轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，使轉(zhuǎn)子以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，并 通過測量轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)有關(guān)測點(diǎn)的振動(dòng)幅值大小和相位信息來判斷不平衡量 大小和方位，以便采取措施進(jìn)行平衡的一門技術(shù)。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡是含有轉(zhuǎn)子的機(jī) 械設(shè)備的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對于消除振動(dòng)、提高設(shè)備的工作性能和使用壽命有著重 要作用。1.2動(dòng)平衡技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r由于生產(chǎn)需要，轉(zhuǎn)子平衡理論發(fā)展迅速。上世紀(jì)初，大部分轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作在第一 節(jié)臨界轉(zhuǎn)速以下，

3、轉(zhuǎn)子撓度變形可忽略不計(jì)，轉(zhuǎn)子屬于剛性的，對這方面的研究 相對簡單些，故在30年代后期剛性轉(zhuǎn)子平衡理論已近成熟1。但是剛性轉(zhuǎn)子的 平衡受某一速度限制，如果轉(zhuǎn)速超過這一限制速度，已經(jīng)平衡了的轉(zhuǎn)子又不平衡。 特別是當(dāng)轉(zhuǎn)子工作在臨界轉(zhuǎn)速以上時(shí)，這種平衡方法已失去作用。隨著生產(chǎn)技 術(shù)的發(fā)展以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，柔性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡理論得到了快速發(fā)展。其平衡 理論歸納起來主要有兩類：第一類是以Thearle、Baker、Goodman為代表堅(jiān)持使 用的影響系數(shù)法；第二類是Meldal、Bishop、Gladwell、Federn為代表堅(jiān)持使 用的振型平衡法，或稱模態(tài)平衡法。現(xiàn)代的動(dòng)平衡技術(shù)是在本世紀(jì)初隨著蒸汽透

4、平的出現(xiàn)而發(fā)展起來的。隨著科學(xué)技 術(shù)的發(fā)展，動(dòng)平衡方法從工藝平衡到整機(jī)現(xiàn)場平衡再到在線動(dòng)平衡，它們發(fā)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。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，適 用場合也各異。如工藝平衡法主要適用于單體零件的平衡，很少用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械組 合件的平衡；整機(jī)現(xiàn)場平衡法主要用于平衡組裝好的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，在設(shè)備維修中起 著重要作用。這兩種方法均限于不平衡量不常變化的轉(zhuǎn)子，對于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)隨時(shí)可能 發(fā)生不平衡狀況變化的轉(zhuǎn)子則宜采用在線平衡法。目前，國外對動(dòng)平衡技術(shù)的研究比較完善。國內(nèi)對動(dòng)平衡測試技術(shù)與系統(tǒng)的研究 較晚，最初主要是依靠進(jìn)口，自1958年華中工學(xué)院動(dòng)平衡科研組成功研制出第 一臺采用電子測量

5、技術(shù)的DS-500型通用動(dòng)平衡機(jī)開始，40多年來，我國在剛性 和繞性轉(zhuǎn)子平衡的理論和方法上進(jìn)行了大量的研究。對于一般場合的使用，國內(nèi) 的產(chǎn)品在技術(shù)技術(shù)和性能上已經(jīng)能滿足要求，但對一些專用平衡機(jī)的研究和整個(gè) 測試過程自動(dòng)化方面，國內(nèi)技術(shù)水平和國外差距明顯。1.3本課題的內(nèi)容和意義本課題是對小型的，簡易的剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡的測試。使用傳感器找出其不平 衡量的位置和大小，并通過計(jì)算對其進(jìn)行平衡。在測試中還涉及到A/D卡的使用， 以及軟件的編寫。本課題主要是以計(jì)算機(jī)為核心，使用Visual Basic語言編寫 程序?qū)鞲衅鳒y得的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，并且使其形成動(dòng)態(tài)曲線顯示出來。目前市場上使用的動(dòng)平衡測

6、試系統(tǒng)都是大型的，主要用于精密測試。這些系統(tǒng)一 般占用空間較大，價(jià)格昂貴，對于一些中小型學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室來說是不可實(shí)現(xiàn)的。 因此，本課題研究的是一個(gè)以軟件為主的小型測試系統(tǒng)，能達(dá)到的精度要求不高。 該系統(tǒng)硬件要求低，成本也很低，使用方便，適用于一些小型的學(xué)校實(shí)驗(yàn)。2剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡2.1動(dòng)平衡技術(shù)簡述轉(zhuǎn)子是彈性體，當(dāng)其慣性主軸偏離旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)子上的不平衡離心力將 或多或少地使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓曲變形。但當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)， 轉(zhuǎn)子的剛性很強(qiáng)，而不平衡力相對較小，因而不平衡力所產(chǎn)生的撓曲變形可以忽 略不計(jì)，這樣的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。相反地，將不平衡力所產(chǎn)生的撓曲變形不可 忽略的轉(zhuǎn)子稱為

7、柔性轉(zhuǎn)子（或稱撓性轉(zhuǎn)子）。在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)，人們盡管可以做到理論上的完全平衡，但由于加工與安裝的誤差、 轉(zhuǎn)子材料不均勻，都會(huì)造成轉(zhuǎn)子的不平衡，而且這種不平衡量的大小和方法有著 很大的隨機(jī)性變化，不可能在設(shè)計(jì)時(shí)就予以消除。因此，加工好的轉(zhuǎn)子需要通過 一定的測試確定其不平衡量的大小和方位，并加以平衡，以達(dá)到一定得精度要求。 在機(jī)械中，構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式不同，則產(chǎn)生的慣性力不同，其平衡方法也不同。平 衡問題可以分為下列兩大類：繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件的慣性力的平衡。這類平衡簡稱轉(zhuǎn)子的平衡，而轉(zhuǎn)子的平衡又分兩種不同的情況：（1）剛性轉(zhuǎn)子的平衡；（2）繞性轉(zhuǎn)子的平衡。機(jī)構(gòu)在機(jī)架上的平衡8。實(shí)際轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量的分布是

8、各式各樣的，我們可以將轉(zhuǎn)子看成是由多個(gè)單圓 盤組成的。假設(shè)每個(gè)圓盤都存在不平衡質(zhì)量，根據(jù)力學(xué)原理，剛性轉(zhuǎn)子的任意不 平衡可以向兩個(gè)平面內(nèi)分解，故剛性轉(zhuǎn)子可以用兩個(gè)校正質(zhì)量來達(dá)到平衡。本 課題為：簡易剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)。可以通過傳感器的測量知道轉(zhuǎn)子的 不平衡量及其位置，再將不平衡量等效到轉(zhuǎn)子兩端面。在兩端面上添加質(zhì)量塊來 達(dá)到轉(zhuǎn)子的等效平衡的效果。2.2轉(zhuǎn)子不平衡分析在機(jī)械設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)是一種很普遍的運(yùn)動(dòng)形式。日常見到的大部分機(jī)械都以轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)作為工作的動(dòng)力，大到大型的汽輪發(fā)電機(jī)組軸系，小到風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī) 等都以轉(zhuǎn)子系統(tǒng)作為工作的主體。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性決定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的可靠 性。但是

9、轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)完全平衡是不可能的，因此為了更好的利用轉(zhuǎn)子，就需要對 轉(zhuǎn)子的不平衡進(jìn)行分析。2.2.1轉(zhuǎn)子的不平衡轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損造成的，它是旋轉(zhuǎn)機(jī)械 最常見的故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械約有一半以上的故障與轉(zhuǎn)子不平衡有關(guān)。造成 轉(zhuǎn)子不平衡的具體原因很多，在此將與轉(zhuǎn)子關(guān)系比較密切的不平衡因素總結(jié)如 下，僅供參考。由于材質(zhì)不均，制造精度較差以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的轉(zhuǎn)子不平衡；由于安裝不良造成偏心而導(dǎo)致不平衡；由于配合松動(dòng)而導(dǎo)致不平衡；由于軸彎曲或軸變形（受熱不均，水平存放過久）而導(dǎo)致不平衡； 由于轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中旋轉(zhuǎn)零件的磨損、剝落、積垢而導(dǎo)致不平衡； 由于旋轉(zhuǎn)零件的斷裂而導(dǎo)致的不

10、平衡。當(dāng)然，除了上述原因，轉(zhuǎn)子不平衡的因素還有很多，在此不能一一列舉。2.2.2轉(zhuǎn)子不平衡量的種類根據(jù)旋轉(zhuǎn)軸線與主慣性軸之間的角度關(guān)系，可以把轉(zhuǎn)子的不平衡分為三類（圖 1）：引用：周駿，潘曉銘，周哲為.轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的技術(shù)研究J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制 造.2007.4,（4）： 151.圖1轉(zhuǎn)子不平衡類型靜不平衡（圖1-a），轉(zhuǎn)子主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線平行；（2）動(dòng)不平衡（圖1-b），轉(zhuǎn)子主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線交錯(cuò)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)心上；（3）靜動(dòng)不平衡（圖1-c），轉(zhuǎn)子主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線交錯(cuò)于轉(zhuǎn)子的非質(zhì)心的任 何點(diǎn)上。靜不平衡一般出現(xiàn)在長度與直徑之比較小（即盤狀的）轉(zhuǎn)子上，通常L/D1/5。如：多級離心泵，羅茨風(fēng)機(jī)和電

11、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子等。如果在一個(gè)轉(zhuǎn)子上各 偏心質(zhì)量合成出2個(gè)大小相等，方向相反但不在同一直徑上的不平衡力，轉(zhuǎn)子在 靜止時(shí)雖然獲得平衡，但在旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)不平衡力偶，即EM尹0,該力偶 不能在靜力狀態(tài)下確定，而只能在動(dòng)力狀態(tài)下確定，故稱動(dòng)不平衡。如果在一個(gè)轉(zhuǎn)子上既有靜不平衡又有動(dòng)不平衡，即EF尹0、EM尹0,就稱為混合 不平衡，混合不平衡是轉(zhuǎn)子失衡的普遍狀態(tài)，特別是長度與直徑之比較大的轉(zhuǎn)子， 多產(chǎn)生混合不平衡。2.2.3不平衡量的影響現(xiàn)代的動(dòng)平衡技術(shù)是在本世紀(jì)初隨著蒸汽透平的出現(xiàn)而發(fā)展起來的。隨著工 業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械逐步向精密化、大型化、高速化方向發(fā)展，使 機(jī)械振動(dòng)問題越來越突出。機(jī)械的劇

12、烈振動(dòng)對機(jī)器本身及其周圍環(huán)境都會(huì)帶 來一系列危害。雖然產(chǎn)生振動(dòng)的原因多種多樣，但普遍認(rèn)為“不平衡力”是 主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有50%左右的機(jī)械振動(dòng)是由不平衡力引起的。振動(dòng)過大 危害極多：（1）直接造成機(jī)組事故，例如，汽輪機(jī)組高壓端振動(dòng)過大，可能引 起危急保安器動(dòng)作而停機(jī)；（2）損害機(jī)組零件，如造成軸瓦和軸承座的緊固螺 釘、聯(lián)接管道、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件等的損害。當(dāng)軸承合金因振動(dòng)過大造成破裂時(shí)，事 故將更為擴(kuò)大；（3）造成機(jī)組動(dòng)靜部分磨擦或咬合，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞而 被迫停機(jī)；（4）過大的振動(dòng)將使各個(gè)部件之間的聯(lián)接發(fā)生松動(dòng)，削弱軸承座、 基礎(chǔ)臺板和基礎(chǔ)之間聯(lián)接的剛性，甚至使基礎(chǔ)松裂、建筑物共振，造成嚴(yán)重

13、事故； （5）過大的危害和噪音會(huì)損害運(yùn)行人員的健康。2.3轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的方法2.3. 1現(xiàn)代平衡方法的發(fā)展?fàn)顟B(tài)現(xiàn)代，各類機(jī)器所使用的平衡方法較多，例如單面平衡（亦稱靜平衡）常使用 平衡架，雙面平衡（亦稱動(dòng)平衡）使用各類動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)。靜平衡精度太低， 平衡時(shí)間長；動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)雖能較好地對轉(zhuǎn)子本身進(jìn)行平衡，但是對于轉(zhuǎn)子 尺寸相差較大時(shí)，往往需要不同規(guī)格尺寸的動(dòng)平衡機(jī)，而且試驗(yàn)時(shí)仍需將轉(zhuǎn) 子從機(jī)器上拆下來，這樣明顯是既不經(jīng)濟(jì)，也十分費(fèi)工 （如大修后的汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子）。特別是動(dòng)平衡機(jī)無法消除由于裝配或其它隨動(dòng)元件引發(fā)的系統(tǒng)振動(dòng)。 使轉(zhuǎn)子在正常安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行平衡通常稱為“現(xiàn)場平衡”?，F(xiàn)場平衡不但可以減

14、少拆裝轉(zhuǎn)子的勞動(dòng)量，不再需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī)；同時(shí)由于試驗(yàn)的狀態(tài) 與實(shí)際工作狀態(tài)二致，有利于提高測算不平衡量的精度，降低系統(tǒng)振動(dòng)。國 際標(biāo)準(zhǔn)ISO1940 一 1973（E） “剛體旋轉(zhuǎn)體的平衡精度”中規(guī)定，要求平衡精 度為G0.4的精密轉(zhuǎn)子，必須使用現(xiàn)場平衡，否則平衡毫無意義。應(yīng)用最廣 的平衡方法是工藝平衡法和整機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡法。作為整機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡技術(shù)的 一個(gè)重要分支，在線動(dòng)平衡技術(shù)也正處于蓬勃發(fā)展之中，很有前途。由于工 藝平衡法是起步最早的一種經(jīng)典動(dòng)平衡方法。整機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡技術(shù)是為了解決工藝平衡技術(shù)中存在的問題而提出的。工藝平衡法的測試系統(tǒng)所受干擾小，平衡精度高，效率高，特別適于對 生產(chǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)

15、機(jī)械零件作單體平衡，目前在動(dòng)平衡領(lǐng)域中發(fā)揮著相當(dāng)重 要的作用，汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用這種平衡方法。但是，工藝平衡法 仍存在很多問題為了克服工藝平衡法的缺點(diǎn)，人們提出了整機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡法。將組裝完畢的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)場安裝狀態(tài)下進(jìn)行的平衡操作稱為整體現(xiàn) 場平衡。這種方法是機(jī)器作為動(dòng)平衡機(jī)座，通過傳感器測的轉(zhuǎn)子有關(guān)部位的 振動(dòng)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以確定在轉(zhuǎn)子各平衡校正面上的不平衡及其方位， 并通過去重或加重來消除不平衡量，從而達(dá)到高精度平衡的目的。有于整機(jī)現(xiàn)場動(dòng)平衡是直接接在整機(jī)上進(jìn)行，不需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī)，只需要 一套價(jià)格低廉的測試系統(tǒng)，因而較為經(jīng)濟(jì)。此外，由于轉(zhuǎn)子在實(shí)際工況條件 下進(jìn)行平衡，不需要再裝

16、配等工序，整機(jī)在工作狀態(tài)下就可獲得較高的平衡 精度。2.3.2剛性轉(zhuǎn)子的平衡方法對于剛性轉(zhuǎn)子來說，不平衡離心力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子撓曲變形可以忽略不計(jì)，因此可 用剛性力學(xué)的方法來處理其平衡問題。由于剛性轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子的一 階臨界轉(zhuǎn)速，故通常稱為低速平衡。其平衡方法主要有測振幅平衡法和幅相影響 系數(shù)平衡法。測振幅平衡法它又叫無相位測量平衡法。在平衡實(shí)驗(yàn)中僅測取軸承振動(dòng)的幅值，在平衡轉(zhuǎn)速下， 通過在選定的平衡面上不同位置多次試加平衡質(zhì)量，由軸承振動(dòng)幅值的變化求取 轉(zhuǎn)子上原始不平衡的大小和相位。平衡實(shí)驗(yàn)中應(yīng)在轉(zhuǎn)子上選定平衡面，并在平衡 面上選定試加質(zhì)量的安裝半徑和相位。測振幅平衡法主要是三點(diǎn)平衡法

17、，即通過 在選定平衡面的三個(gè)不同位置試加重量，測取試加質(zhì)量后相同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)幅 值，有作圖法或解析法求取校正質(zhì)量的大小和相位。此法由于平衡中缺乏相位信 息，故試加重量次數(shù)較多，平衡麻煩。幅相影響系數(shù)平衡法幅相影響系數(shù)平衡法是目前國內(nèi)外使用較為廣泛的一種方法。它不僅可以用于剛 性轉(zhuǎn)子的平衡，而且經(jīng)過改進(jìn)后可以應(yīng)用于柔性轉(zhuǎn)子的平衡；它不僅能應(yīng)用于單 個(gè)轉(zhuǎn)子的平衡，也能用于軸系的平衡。平衡時(shí)，需要同時(shí)測量振幅和相位。剛性 轉(zhuǎn)子平衡我們常用單平面平衡法和雙平面平衡法。單面平衡法主要針對一些短而 小的轉(zhuǎn)子（如風(fēng)機(jī)水泵等轉(zhuǎn)子），在實(shí)際平衡工作中最常見的就是兩平面平衡加 重法。3測試技術(shù)及數(shù)據(jù)采集測試技術(shù)：

18、完成測試任務(wù)首先要搭建測量系統(tǒng)，它是以客觀和實(shí)驗(yàn)方式對客體或 事件的特性或品質(zhì)加以定量描述。也就是說，其結(jié)果必須不依賴于觀察者并以實(shí) 驗(yàn)為依據(jù)。數(shù)值大小必須與所描述的特性遵循相同的規(guī)律。測試的主要目的是過 程監(jiān)測，如環(huán)境溫度測量，氣體和水體積測量以及臨床監(jiān)測。另一個(gè)目的是過程 控制，例如，研究不規(guī)則形狀物體內(nèi)部的溫度分布或確定汽車碰撞時(shí)仿真模型駕 駛員各部位的力分布。用以實(shí)現(xiàn)測試目的所運(yùn)用的方式方法稱為測試技術(shù)。本課 題研究的是剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測試。3.1測試系統(tǒng)的組成3.2測試過程轉(zhuǎn)速信號既為不平衡的測量提供角度基準(zhǔn)，也為轉(zhuǎn)速測量提供周期脈沖信號。轉(zhuǎn) 速信號可以由光電轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生。光電轉(zhuǎn)速

19、傳感器工作原理如圖（2）所示。 在轉(zhuǎn)子（或者與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的零件）外表面上做上標(biāo)記，使其部分反光。將光 電轉(zhuǎn)速傳感器移近標(biāo)記面，在光源照射下，有反光的部分使光敏晶體管導(dǎo)通，無在線性假設(shè)條件下，當(dāng)不平衡的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡離心力作用到軸和支承 軸承上，由該力引起的轉(zhuǎn)軸振動(dòng)借助振動(dòng)傳感器可轉(zhuǎn)換為電信號輸出，通過放大、 濾波、校正平面分離等處理，輸出的信號振幅對應(yīng)于不平衡量的大小。另外，將 該輸出信號的相位與從轉(zhuǎn)子上（或與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的部件上）取出的基準(zhǔn)信號的 相位進(jìn)行比較，可找出不平衡的角度位置。這是當(dāng)前不平衡測量的主要方法。轉(zhuǎn)速信號號信動(dòng)振信號調(diào)整電路/D一A/I轉(zhuǎn)速信號號信動(dòng)振信號調(diào)整電路/D

20、一A/I轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸出設(shè)備圖3簡易測試流程依據(jù)動(dòng)平衡測量方法，綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、動(dòng)平衡測試技術(shù)，構(gòu)建好動(dòng)平衡測 試系統(tǒng)。通過傳感器將采集到得各種電量或非電量信號通過放大、整形、濾波等 處理后傳送到A/D卡上，然后通過程序的調(diào)用取出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn) 制數(shù)據(jù)，再經(jīng)過軟件處理后以圖像的方式顯示出來。3.3數(shù)據(jù)采集信息社會(huì)的發(fā)展，在很大程度上取決于信息與信號處理技術(shù)的先進(jìn)性。數(shù)字信號 處理技術(shù)的出現(xiàn)改變了信息與信號處理技術(shù)的整個(gè)面貌，而數(shù)據(jù)采集作為數(shù)字信 號處理的必不可少的前期工作在整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中起到關(guān)鍵性、乃至決定性的作 用，其應(yīng)用已經(jīng)深入到信號處理的各個(gè)領(lǐng)域中。3.3.1數(shù)據(jù)采

21、集系統(tǒng)構(gòu)成今天，已有大量的科技和工程人員對計(jì)算機(jī)進(jìn)行總線擴(kuò)展以便將其用于實(shí)驗(yàn)室研 究、工業(yè)控制、測試和測量。這些都要用到基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)?；谟?jì) 算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖（4）所示3.3.2數(shù)據(jù)采集的概念和作用“數(shù)據(jù)采集”是指將溫度、壓力、流量、加速度等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字 量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過程。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)。一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務(wù)就是測量和產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)世界的物理信號。3.3.3數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)際上在工業(yè)中使用的采集板卡主要有兩類：ISA卡和PCI卡。ISA卡以其穩(wěn)定性 備受業(yè)界的歡迎因此直到現(xiàn)在仍然在工業(yè)控制，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域占有重要

22、的位置。 而PCI技術(shù)則因?yàn)槠淞己玫募嫒菪?、簡便的安裝和出色的性能而方興未艾。PCI 系列數(shù)據(jù)采集卡的安裝比較簡單，對于PCI系列數(shù)據(jù)采集卡來講，只要先在系統(tǒng) 中裝好驅(qū)動(dòng)程序，然后關(guān)機(jī)-插卡-開機(jī)，系統(tǒng)就可以自動(dòng)找到新硬件并自動(dòng)安裝 相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。其他公司的PCI設(shè)備可能會(huì)提供相應(yīng)的.inf文件，用戶可以在 安裝板卡的時(shí)候指定相應(yīng)的inf文件給安裝程序。系統(tǒng)自動(dòng)的為PCI設(shè)備分配中斷 和基地址，用戶無須關(guān)心。要從一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到合理的結(jié)果，依賴于系統(tǒng)的每一個(gè)組成 部分，即計(jì)算機(jī)、傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集硬件和軟件。首先，傳感器把物理信號轉(zhuǎn)換成電信號。例如：熱電偶、RTDS、

23、熱敏電阻、集成 電路傳感器等，都將溫度轉(zhuǎn)變成電壓和電阻。又如應(yīng)變片、流量傳感器、壓力計(jì) 等將壓力、流速、壓力轉(zhuǎn)換成電信號。對于每種傳感器，電信號的大小都與被監(jiān) 測的物理參數(shù)成正比。從傳感器輸出的信號必須經(jīng)過調(diào)理才能夠連入數(shù)據(jù)采集板, 信號調(diào)理包括放大、隔離、濾波、傳感器激勵(lì)、線性化等處理。接著便是數(shù)據(jù)采 集硬件和軟件的配合使用采進(jìn)數(shù)據(jù)，這里數(shù)據(jù)采集硬件就是A/D采集卡PCI-9111。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是電子測量儀器的基礎(chǔ)，當(dāng)然也是虛擬儀器的基礎(chǔ)。只有當(dāng)數(shù)據(jù)采 集部分正確工作時(shí)，整個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)才可能正確工作。因此，了解、掌握計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是非常重要的。3.4 PCI-9111 簡介目前，市

24、場上有各種各樣的數(shù)據(jù)采集板卡。這類板卡均參照PC機(jī)的總線技術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，在一塊印刷電路板上集成了模擬多路開關(guān)、程控放大器、采樣/ 保持器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等器件，用戶只要把這類板卡插APC機(jī)主板上相應(yīng)的I/O 擴(kuò)展槽中,就可以迅速地、方便地構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，從而大大節(jié)省 了硬件的研制時(shí)間和投資，又可充分利用PC機(jī)的軟硬件資源，有助于用戶將精力 放在數(shù)據(jù)采集與處理理論方法的研究和進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)等方面.其中ADLINK PCI總線型9111DG板卡是功能較為簡單的一種數(shù)據(jù)采集卡，可滿足學(xué)?？蒲袑?shí)驗(yàn) 的應(yīng)用要求。該板卡的特性有：32位PCI總線，即插即用，12位/16位模擬量

25、輸入 分辨率；6信道單端模擬量輸入；帶有可存儲(chǔ)1024個(gè)數(shù)據(jù)的FIFO；通道自動(dòng)掃描 功能選擇；采樣頻率可達(dá)110KHz等。使用時(shí)將板卡直接插入計(jì)算機(jī)的PCI總線插槽中。由于WIN系統(tǒng)具有即插即用的功 能，當(dāng)將ADLINK 9111DG采集卡插入PCI插槽中后啟動(dòng)操作系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)現(xiàn) 新硬件并且通知安裝驅(qū)動(dòng)程序。在典型安裝時(shí)，將會(huì)安裝DLL、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、 應(yīng)用例程等。硬軟件安裝完成后，即可通過軟件編程對該采集卡進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn) 被測信號的數(shù)據(jù)采集功能。利用VB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序時(shí)，為了對該采集卡進(jìn)行操作，必須調(diào)用安裝的DLL 中的函數(shù)。為此，在程序中首先要聲明函數(shù)，然后方可調(diào)用。例如在過程參

26、數(shù)測 量系統(tǒng)中使用了模擬量輸入信號的采集過程函數(shù)，所以可聲明如下：Declare Function AI_VReadChannel Lib “Pci-Dask.dll” (ByVal CardNumber As Integer, ByVal Channel As Integer, ByVal AdRange As Integer,Voltage As Double)As Integer函數(shù)AI_VReadChannel可實(shí)現(xiàn)對輸入信號的采集，即當(dāng)前信號的電壓值。該 函數(shù)聲明后，程序中才可調(diào)用如：result=AI_VReadChannel(card , 0, 1, voltage1)/讀取通道

27、I信號的電 壓值result=AI_VReadChannel(card , 1, 1, voltage1)/讀取通道II信號的電 壓值其中voltage1和voltage2分別為通道I信號信號和通道II信號的電壓值。 card為板卡號,其余兩個(gè)參數(shù)分別為通道號和增益系數(shù)。當(dāng)然在使用過程中，還要用到其它DLL函數(shù)，同樣需進(jìn)行聲明。引用：黃勛，李建軍.利用VB和PCI-9111X控卡實(shí)現(xiàn)參數(shù)測量和曲線顯示J.電 腦知識與技術(shù).2005，15： 11.4剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測試系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)4.1Visual Basic 語言概述4.1.1Visual Basic 簡介4.1.2面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)4.1

28、.3相關(guān)控件介紹4.2傳感器的選擇轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡是控制其不平衡量的有效手段，進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，首先必須準(zhǔn)確 地測量轉(zhuǎn)子不平衡的信息，不同類型轉(zhuǎn)子的不平衡信息是不同的，剛性轉(zhuǎn)子的不 平衡信息包含兩方面，即位于平衡校正平面上的不平衡量的大小和相位位置的信 息10。4.2.1傳感器分類想要獲得轉(zhuǎn)子的不平衡信息，我們需要用到傳感器。傳感器是用于檢測某種 變量并把檢測結(jié)果傳送出去的功能器件。它廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究 11。傳感器的分類方法有很多種，按照用途可分為：壓力傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、位置傳感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線傳感器、真空度傳 感器、振動(dòng)傳感器、能耗傳感器、力敏傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏 傳感器、生物傳感器等12。本課題選用了兩類傳感器：一類是轉(zhuǎn)速傳感器，另一 類是振動(dòng)傳感器。4.2.2光電轉(zhuǎn)速傳感器目前，常規(guī)的轉(zhuǎn)載轉(zhuǎn)速的測試方法是通過各種轉(zhuǎn)速傳感器，將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換 成相應(yīng)的電信號，然后，通過各種數(shù)字化測量方法進(jìn)行測量13。這里我選擇光電 轉(zhuǎn)速傳感器。光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光 強(qiáng)度變化的電子器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻斷時(shí)，則接收器感應(yīng)出相應(yīng) 的電信號14。再通過采集系統(tǒng)獲得轉(zhuǎn)子的不平衡相位信息。4.2