《周元聪开题报告》doc版.doc

青 岛 大 学毕业设计(论文)开题报告题 目：基于Lab VIEW的多功能转子实验台的设计 学 院：青岛大学机电工程学院 专 业：机械电子工程 姓 名：周元聪 指导教师：李 智 2012年 04 月 04 日一：课题背景：不平衡、不对中、振动、噪声、碰摩等故障常导致旋转机械动态特性恶化。旋转机械无论是在人们日常的生活中还是在现代化的大工业中都占有相当重要的地位。旋转机械无论是在人们日常的生活中还是在现代化的大工业中都占有相当重要的地位。首先，旋转机械中一个大问题是动平衡，常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件，例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子等，统称为回转体。在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但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。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.若不处理好动平衡问题，则会加剧机器的功耗，增加生产成本，降低经济效益。其次，机械振动也是在日常生产和工作中不得不面对的一个问题。振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。例如，透平叶片因振动而产生的断裂，可以引起严重事故。由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。反之，利用振动原理工作的机械设备，则应能产生预期的振动。振动在生产中有利也有害我们只有充分利用振动有利的一面，避免其有害的一面，才能在生产中取得事半功倍的效果。再者，噪声音也是在机械工程中令人们不得不重视的一个问题。在机械生产中的噪声，不仅会影响机器性能的发挥，更是限制工人才能的发挥，降低生产率，严重时还会影响工人的身体健康，危害生命。对噪声的处理，我们可以从多方面解决，如装配精密，润滑，及时清除杂质等。鉴于上述问题的分析，我们可以利用日趋成熟的ZHS型多功能转子实验台来研究机械系统相应的故障。二：多功能转子实验台的现状及组成现在，ZHS多功能转子实验系统是高等院校、科研院校、生产部门进行柔性转子多种振动实验的装置，他可以通过本文所开发的故障诊断系统对柔性转子的振动情况：如转速、振幅、相位、位移进行测量，并可以对转子质量不平衡、转子不对中、轴承座松动、转子摩擦等故障进行实验模拟与故障特征分析。对转子振动信号的监测与分析,是判断设备故障类型及预测故障发展趋势的主要手段。通过改变轮盘的不平衡质量、调整轴承座的高度、控制润滑状态等方法模拟转子动平衡、不对中、轴承故障等多项实验。测试系统由转子实验台、传感器与信号调理设备、NI公司的6009数据采集卡及计算机组成。采用LabVIEW设计了测试系统软件,详细讨论了转速、加速度、速度和位移信号的分析与处理方法。测试结果表明,不同工作状态下轴承座振动信号的时域、频域波形和转子轴心轨迹形状可用于表征转子各单项及综合故障。该系统有以下几个基本功能。1、 转子的临界转速测量2、 转子结构形式的变化对临界转速的影响3、 轴承座及台体振动测量4、 滑动轴承油膜涡动和油膜振荡5、 非接触测量轴的径向振动和轴向位移6、 柔性转子的振型7、 转子振动的基频、倍频和半频8、 转子启停机的三维彩色谱阵分析谱分析9、转子的提纯轴心轨迹10、转子振动信号的时域、频谱分析多功能转子试验台是本系统的研究对象，本次设计选用北京京仪北方仪器仪表有限公司的ZHS-2型多功能转子试验台，其实物图见图2.1。图2.1 多功能转子试验台实物图其结构组成包括： 直流电机（010000r/min） 数显式电机调速器 转动轴共有两节组成，中间由联轴节连接 滑动轴承4个，含支座、油杯 电涡流传感器支座2个 光电传感器支座1个 台体、注油壶、导油管 圆盘2个，配重钉若干 防护罩2个三：多功能转子实验台的发展趋势：随着现代工业的发展，机械的精密化和高速化，使得消除机器不平衡和振动及噪声的问题日趋重要。对于旋转机械而言，其旋转零部件的振动将直接影响到机器的效率、寿命和人身安全。因此，对旋转体，特别是高速旋转体进行动平衡校正是必须的。对于动平衡，可以采用平衡机，平衡机在近年来迅速普及、用途范围越来越广。其主要功能为：对转子在旋转状态下进行动平衡校验，检测并显示转子不平衡量的大小及位置，以指导操作者将不平衡量尽量去除，以使转子达到平衡精度要求。随着计算机和信息技术的发展，现在的多功能转子实验台正往高精密，高效率，多功能方向迅猛发展。越来越多新型转子应新的需要而诞生。好的方面：经过过年的研究和改进，现在多功能转子实验台结构更加凑，而且体积小，运转方便，演示项目多。另外随着虚拟仪器技术的发展，多功能转自试验台可以结合Lab VIEW等软件，采取一些更加先进的测试手段。转轴的转速、强度和刚度有了很大的提高，支架的强度和刚度也通过选用先进的材料而得到增强，且正在向轻量化方向发展。转子的材质从重量轻、强度高、造价低的铝合金不断创新，出现了碳纤维转子、塑料转子等等超轻转子，还有采用铝合金模具压成空心角转从而有效减轻重量，从而减轻电机的负荷及增加样品的容量。而信号采集处理分析则向智能化方向发展。不足之处：不过转子在高速运转时，内部会产生离心应力，因而都有一定的使用极限，需要参照说明书正确保管和使用。当离心应力超过一定的限度后，将引起转轴过早损坏，甚至发生意外，应严格遵循厂家的说明.现在多功能转子实验台面临的是要提高转自转速而减小其尺寸和重量。转子转速的提高首先受到转子-轴承-机座系统动态性能的限制以前的转子动力计算只限于求解一阶临界转速，并使其远离工作转速，同时再进行转子的平衡。但是这并没有考虑到轴承的特性，也不考虑支撑结构的柔度。另外，在转速很大时，两个弹性支撑之间的轴可能会发生弯曲振动，这时，面临的一个问题是使转轴具有自动定心的作用，但是这个技术似乎还不是很完善，有待科学家们进一步的开发。最后，随着转子转速的急剧提高，需要解决如何通过高阶临界转速的问题，也有待进一步的研究和解决。四、设计（论文）要求（设计参数）用虚拟仪器设计软件（LabVIEW）开发设计一套多功能转子实验台软件部分。具体要求：（1） 从多功能转子实验台实时数据采集记录部分保存在计算机硬盘中的文件读出数据，并显示出转速波形图，实验台振动的时域及频域波形，转轴的径向振动的时域及频域波形，轴心轨迹图，振动趋势图。（2） 读出数据时数据长度及起点位置可以根据需要调整，图形的水平及垂直坐标单位可以调整。（3） 通过起停机的转速及振动信号，显示波德图、奈奎斯特图。（4） 通过起停机的转速及振动信号，显示频谱瀑布图、级联图、强度图。（5） 通过上述图形进行转子临界转速测量及旋转机械主要故障（转子不平衡、转子不对中）的诊断实验。五、个人重点及设计方案多功能转子实验台信号分析及故障诊断部分的总体框架及部分模块设计。总体方案设计：Labview前面板设计D/A转换数据分析及波形输出数据采集Labview程序设计方案设计图六、各阶段时间安排，应完成的工作量：第14周：资料搜集，熟悉课题，学习、补充相关知识。第56周：确定整体设计方案。第712周：熟悉LabVIEW，对各功能模块进行图形化设计和编程。第1314周：撰写毕业论文，答辩。五、参考文献目录：1 Jeffrey Travis,Jim kring 著. LABVIEW大学实用教程（第三版）. 电子工业出版社. 2008.6 2 侯国屏,王珅,叶齐鑫编著. LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计清华大学出版社2