基于Labview的刚性转子动平衡测试系统研究

　　在现代工程技术领域中，动平衡测试分析已成为旋转机械工程的一个重要环节.工程实际中，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，使得转子在旋转时，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.

　　随着检测技术的发展，虚拟仪器已经成为动平衡检测仪器的主流.Labview是美国国家仪器公司最典型的软件产品之一，它是一种基于图形编程语言的开发环境.由于其丰富的软件功能和多功能高精度的硬件接口卡，加以PC的友好环境等，在多种自动测试和控制中得到越来越广泛的应用.

　　1　动平衡测试原理

　　刚性转子总可以在不与转子重心相互重合、同时与转子轴线垂直的两个校正面上加上(或减去)适当重量来达到动平衡.动平衡测量时要求转子必须能在支撑系统上被驱动而旋转，支撑系统必须要有必要的自由度，以保证支撑系统在转子不平衡离心力的作用下产生与转子不平衡量成正比的有规律的振动.这样转子支撑系统就组成了一定形式的质量—弹簧系统，进而通过测量支撑的振动而获得转子校正面上不平衡量大小和相位[1].

　　2　系统主要结构

　　本实验系统为硬支撑平衡机.系统结构见图1.系统主要由电机、皮带轮左右支撑，左右压电式加速度传感器、光电传感器、NI数据采集卡、下位机、IPC机构成[4].

　　2.1　左右振动信号的获取

　　转子放在左右支撑上，转子在电机的带动下在皮带轮上旋转，左右支撑处的压电式加速度传感器检测左右振动信号.然后由NI数据采集卡采集左右的振动信号给IPC机的Labview软件分析.

　　2.2　角度基准信号的获取

　　在所测试的转子上用彩色笔做个标记，在转子附近安装红外光电接近开关，检测转子颜色变化产生脉冲信号输出，脉冲信号的基频与转子转速相同.然后由NI数据采集卡采集角度基准信号给IPC机的Labview软件分析.

　　3　测试系统软件设计

　　软件部分包括：系统参数初始化、动不平衡振幅和相位分析、影响系数计算、动不平衡质量和相位计算、数据保存、串行通信.

　　程序设计主要思路：系统采用影响系数法来得到转子不平衡量和相位.首先利用交叉谱分析和FFT谱分析从数据采集卡得到振动信号和角度基准信号，得到最大振幅的相位和幅值[2].然后根据加抑制质量的不平衡量得到单位质量对左右振动信号幅值和相位的贡献，从而得到影响系数.最后用影响系数与得到的转子不平衡振动的幅值和相位做乘积，即可得到所测试转子的左右失重质量和角度.