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动平衡机测试原理

时间:2015-04-10 10:01来源:华顺平衡机官网 作者:华顺平衡机
动平衡机的不平衡量对系统精度影响很大。通过对系统不平衡量的研究,从原理上得出一种有效解决系统不平衡量测量的方法,并由此找出独特的校准方法。
动平衡机测试原理
摘要:动平衡机的不平衡量对系统精度影响很大。通过对系统不平衡量的研究,从原理上得出一种有效解决系统不平衡量测量的方法,并由此找出独特的校准方法。

1、基于动平衡系统误差修正的测试原理:

动平衡机在机械领域的运用越来越广泛,但经过多年的运行其整体精度会有所下降。由于动平衡机本身的不平衡量比较大,引起动平衡机振动系统振动的因素不仅有转子的不平衡,还和系统不平衡有关。
如图l所示,传感器信号代表的是系统不平衡量赢和飞轮不平衡量豆,两个矢量的合矢量蠢,则元,=赢一R—o。合矢量夏可以通过传感器直接测出,用1个值R和一个相角去表征,在没有人为干扰的条件_F,系统不平衡量赢一般是一一个固定不变的矢量,测量rio的方法直接影响飞轮的动平衡精度。

2、动平衡校准:

动平衡机的机械系统参量随着时间改变,再加上一一些人为因素,如动平德机内部某些零部件的更换,引起的动平衡机拆卸,测速电机皮带的重新调整等等,这些都必然会导致系统不平衡量的变化。为了保证测量精度,我们必须定期对平衡机进行校准。
2.1校验转子:
用不同的转子检准平衡机时将得到不同的结果,必须用统~·规格的校验转r对平衡机进行校验。国际标准中对各种校验转子的技术要求做了具体规定,校验转子的质量应和被平衡飞轮质量接近,外形尽量和被平衡飞轮相似。在设计砝码时,主要考虑由最小砝码引起的不平衡量能刚好满足要求,然后再设计几个质量是最小砝码倍数的砝码。
2.2校准原理:
平衡机的校准包括三项内容:系统不平衡量大小和相位的校准;灵敏度的校准;零点相位校准,首先是系统不平衡量大小和相位的校准。假设经过高精度平衡的校验转子不平衡量为零,当仅仅放上校验转予时,这时仍然有振动信号,分析可知振动信号是在系统不平衡矢量和校验转子不平衡矢量的合矢量作用下产生的,而此时校验转子的不平衡量为零,这就是说系统不平衡量会反应到校验转子或飞轮上来,是一个大小固定和相位固定的量。下面借用确定转子实际剩余不平衡量的方怯来测量系统不平衡量。
如图2所示,假设6点的黑圈表示系统不平衡量反映到校验转子所在的位置,当然这个位置是任意的,为了便于分析,我们将一个相当于系统不平衡量5—10倍的试重依次加在图2中序号为从1(0。)到12的位置,可测得12个测量值,这12个测量值是试重和系统不平衡量合矢量大小的量值。试重在各位置的测得值表达式为:
  

在位置6时,0,一0。20。,测得最大值;在位罩l 2时,0 I--0。=l 80。,测得最小值。随着试重点远离位置6,测得的值会越来越小,绘出如图3所示的曲线,它是一个近似的正弦曲线,而且曲线形状随砝码位置是否能和不平衡量重合而符合这个规律。
将试重砝码按顺时针旋进下一个位置,0。参考点不变,可以得到关于R。与0。的表达式:


5、双通道信号幅值和相位差的提取:
通过数据采集卡,我们将传感器和测速电机的模拟信号变为时域上离散的数字信号,对采集的数字信号进行处理,通过传感器信号的幅值可以提取包含飞轮转子不平衡量大小的信息,通过传感器信号与测速电机信号两者的相位差,可以提取飞轮转子不平衡量相对于测速电机信号的相位,数据处理的过程如图4废示。将传感器和测速电机的时域离散信号分别进行数字滤波、FFT,FFT之后的数据进行修正等处理,就可以得到想要去除重量的信息。

3.1数字滤波器
为了进一步提高振动信号信噪比,同时充分利用工控机数据处理功能强的特点,我们在对传感器信号进行模拟滤波之后又进行了数字滤波。下图是滤波器的幅频特性,从图中可以看出它的等波纹特性很明显。

3.2快速傅立叶变换FFT{2}
有限长序列的重要特点是其频域也可离散化为有限长序列,即可进行离散傅立叶变换。
对于Ⅳ个x(k借中每一个要做Ⅳ:次复数乘加运算,则对整个序列来说随着Ⅳ的不断增大,运算的工作量也将迅速增大,如果将DFT以矩阵表示则如下式所示:

我们会发现式中的矩阵很有特点,这个(Ⅳ一1)×(Ⅳ一1)矩阵中有许多元素是相同的,也就是说有许多元素是重复的,特别是由Ⅳ=e。一/Ⅳ可知,"*是具有周期性与对称性,可使DFT运算过程大大化简,这便是形成FFT算法的基本思想。
我们会发现式中的矩阵很有特点,这个(N一1)×(N一1)矩阵中有许多元素是相同的,也就是说有许多元素是重复的,特别是由可知,*是具有周期性与对称性,可使DFT运算过程大大化简,这便是形成FFT算法的基本思想。


3.3修正:
我们对双通道数据采样,相当于给信号加了一个矩形窗IZl。在加窗信号的傅立叶变换中,泄漏现象不仅影响幅值估计,在更大程度上影响相位估计。相位分析在回转机械动态分析中是必不可少的重要参量,必须找到一种高精度的校正方法对FFT得到的幅值和相位进行校正,这样得到的去重质量和去重相位才是可用的。

3.3.1加窗信号的傅氏变换{2}
加窗信号的傅氏变换为:


3.3.2相位误差: