基于LabVIEW的转子现场动平衡测试系统的设计..docx

基于LabVIEW的转子现场动平衡测试系统的设计李涉，郑文，胡鉴源，曾凡（广州大学机械与电气工程学院，广东广州 510006）摘要：根据影响系数法原理，以LabVIEW为平台，搭建高速现场动平衡测试系统，并通过MDT-3A实验台模拟不平衡故障，验证了系统的可行性。关键词：LabVIEW；动平衡；程序设计 The Design of rotor dynamic balance test system based on LabVIEW LI She ，ZHENG Wen，HU Jian-yuan，Zeng Fan（Guangzhou University，Mechanical and Electrical Engineering Faculty，Guangzhou Guangdong 51006）Abstract: According to the principle influence coefficient method，using LabVIEW platform to build a high-speed rotor balancing test system，and simulate unbalance fault by using MDT-3A test bench，verified the feasibility of the system.Key Words: LabVIEW；balance；program design引言工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。据统计，转子不平衡引起的故障约占机械全部故障的60%以上。随着当前精密数控加工技术的发展，高速转子在加工生产过程中产生的严重影响其加工精度的动平衡问题显得尤为重要。为此，必须对转子进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内[1]。设备不平衡的振动特征振动的周期性与工作转速同频，主要振动能量集中于设备的一倍旋转速度；振动强度程度相对工作转速的变化很敏感；径向振动幅度最高；振动的振幅和相位角具有稳定性和可重复性；振动的相位角在水平和垂直方向相差约90°[1]。影响系数法动平衡基本思路是：在选定的平衡转速下，通过加重试验求出加重对振动的影响系数，根据影响系数求出应该加的平衡重量。在动平衡过程中，平衡转速必须恒定。具体步骤如下：测取原始状态下的振动。在转子上试加重，测取加重后的振动。计算加重对振动的影响式中——加重前后振动变化量；——影响系数，表示在转子零度方向、1m半径处加单位质量所引起的振动变化量，如果采用振动位移量来进行动平衡，其单位为。计算转子上应加平衡重量上式的物理意义是：应加平衡重量所引起的振动变化应该能够消除原始振动。由此可求出[6-7]。软件系统设计LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式[5]。软件系统总体结构软件系统的整体结构如图1所示，主要包括设置参数模块、数据采集模块、数据处理模块、计算配重模块、数据保存模块。图2为软件软件系统运行的流程图。图1 软件系统结构图图2 软件系统运行流程图各模块介绍设置参数模块此模块可对数据采集的一些定义参数(如通道选择、采样率、采样点数等)进行设置，并且可以设置保存路径。数据采集及处理模块图3为数据采集及处理模块程序框图。本模块采用阶次分析方法对原始数据进行处理，从而得到幅值和相位。阶次分析方法源于角域采样理论。采样包含两个采样过程：第一个过程是等时间间隔采样过程，在这个过程中，对原始的噪声信号和转速脉冲信号分两路以恒定的采样率进行等时间间隔采样，得到同步采样信号。第二个过程是插值重采样过程，其过程是根据转速脉冲序列进行转速估计，然后利用此估计转速计算等角度采样发生的时刻序列，在等角度采样时刻附近的时间区间内对同步采样的原始噪声信号进行插值重采样，从而得到阶次分析所需的角度域稳态信号。图3 数据采集及处理模块程序框图（局部）计算配重模块图4为计算配重模块的程序。采用影响系数法的原理进行编写，输入相关参数后可直接得到影响系数和配重的大小及位置。图4 计算配重模块程序框图数据保存模块数据保存模块程序框图如图5所示。可对采集的振动的数据、转速数据、时间数据、及计算的配重数据进行保存，并能够读取历史数据，进