一种动平衡测试系统测试方法的研究

　　动平衡测试系统是一种对旋转机械转子的不平衡量进行测试的控制系统。它通过测量旋转机械轴承处的振动,经由传感器将振动信号转换成电信号,经过滤波、选频等一系列硬件电路及软件程序处理,最终得出转子的不平衡量信息,由此,可通过加重或去重的方法去掉该不平衡量,从而使转子达到平衡。其中如何将从电路中得到的转子不平衡的振动信号经过计算得到校正面上转子不平衡量的大小和相位,是整个系统能正常工作的理论基础。本文作者介绍的方法是只用少量的数据和简单的计算,得出转子的不平衡量的具体数据,为整个测试系统的设计提供了理论依据并且简化了系统的设计内容。

　　1　系统构成

　　1.1　测试系统的构成(见图1)

　　1.2　系统工作流程

　　来自平衡机的由转子不平衡产生的振动信号,通过电压传感器转换成电信号,送入前置电路。同时,由基准讯号发生器产生一个零位信号,作为测量到的转子不平衡量所在相位的基准(零位信号的初始相位相对于被测转子固定不变,其频率与被测转子的旋转角频率同步)输入到前置电路。不平衡量振动信号在前置电路中经过运算放大、跟踪滤波、选频、积分、A/D转换等电路处理后送入单片机系统进行处理,单片机在PC机的控制下,对前置电路传来的信号进行采样并和零位信号相比较,得到包含不平衡量信息的数据,将该数据通过RS232口传递至PC机,PC机处理单片机的数据,即可得到转子不平衡量的大小和相位,并将数据保存、打印。PC机根据操作者的指令,通过RS232口可控制单片机进行操作。

　　2　测试原理[1]

　　2.1　不平衡量的取得

　　来自传感器的不平衡量的振动信号,转换成电信号输出后,经过运算放大、滤波、选频等控制电路,得到转子不平衡产生的振动信号,其函数为:

　　式中:A为信号的幅值;ω为转子的转动角频率;φ为信号的相位。

　　对式(1)分别在0~T/2,T/2~3T/4两个区间积分,得到如下2个值:

　　由式(2)、(3)可知这2个值包含了转子不平衡量的幅值和相位信息,经此可计算得振动信号的幅值和相位为:

　　式(4)中的转子不平衡振动信号的幅值与转子不平衡量产生的离心力是成正比的;式(5)中相角与不平衡量的相位有着定量的关系。

　　2.2　系统标定过程的推导

　　标定过程用于确定上面计算出的幅值A与实际离心力的比例关系,及相角φ与不平衡量相位的定量关系。

　　先测量1个标准测试工件,得到1组a0、a90的值,由上面公式的推导,可以得到1组Αa及φa的值。然后在该标准测试工件某一位置处加上一个质量已知的标准砝码,即人为的增加了一个不平衡量。该不平衡量若单独作用时,同样可以由传感器采样,得到1组f0,f90,并根据以上公式得到1组幅值和相角,我们记这个新增的不平衡量在单独作用时产生的幅值和相角分别为:Af,φf。然后测量增加了砝码后的工件,可以再次得到1组b0,b90,并计算出幅值和相角为:Ab,φb。根据力的平行四边形法则,可以得到矢量关系式:公式