精密高速轴系振动和动平衡检测设备的设计

论文摘要

为了判断精密高速轴系是否合格或重新装配,保证精密轴系的精度和质量,需要对轴系的振动和动平衡进行测试分析。动平衡的一般做法主要有两种:平衡机法和现场动平衡法。现场动平衡技术以其方便、高效和低廉的特点取得了越来越广泛的应用。国内外目前所用的大部分动平衡仪器都是基于单片机技术的,因其主控芯片性能和存储容量等的限制,系统功能的可扩展性有限,对于信号处理的大量数字运算能力不强,动平衡的精度和速度不理想,可进行动平衡的转子转速范围窄。为适应主轴装配质量要求中对动平衡的需要,提高测试精度,使人机界面更加友好,本文将现场动平衡技术和数字信号处理等技术结合起来,开发了一套基于DSP的轴系的振动和动平衡进行测试系统。本论文首先对不平衡算法:刚性转子影响系数法以及基于DFT的不平衡振幅、相位提取算法作了详细归纳、阐述。在参考和借鉴国内外智能动平衡仪的基础上,提出了采用DSP(数字信号处理器)技术,以TI公司的TMS320LF2407 DSP为平台,开发轴系振动和动平衡测试系统。论文中对系统的主体电路结构、主控芯片的选择、模拟量输入通道设计和A/D采样方法进行了详细的方案比较和论证;并给出了振动信号预处理电路、A/D转换电路、通讯模块、按键电路和液晶电路等功能模块的电路原理图。系统的软件设计遵循自顶向下的模块化设计思路。文中重点分析了主程序的总体框架设计、转速测量程序设计、不平衡计算以及数据通讯程序的设计。整个系统能够对转子振动信号进行精确测量;对不平衡进行准确计算和实时显示;并能通过RS232实现与PC机的数据通讯。试验结果表明本系统设计达到了预定技术指标,基于DSP的轴系的振动和动平衡测试系统必将具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的、意义
• 1.2 国内外技术现状与发展趋势
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 原理和理论部分
• 2.1 振动测量技术
• 2.1.1 振动研究的基本方法
• 2.1.2 振动测量的主要内容和研究方法
• 2.1.3 高速精密轴系的振动测量
• 2.2 轴系动平衡相关理论
• 2.2.1 轴系转子动力学分析
• 2.2.2 轴系转子动平衡分析
• 2.3 数字信号处理基本理论
• 2.3.1 数字信号处理理论简述
• 2.3.2 离散傅里叶变换
• 2.3.3 基于DFT 的不平衡量的提取算法
• 2.3.4 数字信号处理理论的应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统的总体结构设计
• 3.1 系统设计的要求
• 3.2 系统总体结构框图
• 3.3 系统硬件构成
• 3.3.1 CPU 的选择
• 3.3.2 TMS320LF2407 系列 DSP
• 3.3.3 光电转速传感器的选择
• 3.3.4 速度传感器的选择
• 3.3.5 液晶显示器的选择
• 3.3.6 键盘的选择
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统的硬件设计
• 4.1 概述
• 4.2 模拟信号调理电路
• 4.2.1 振动信号数据采集
• 4.2.2 信号处理前置电路——电荷放大、积分网络和程控增益
• 4.2.3 多路模拟转换开关
• 4.2.4 低通滤波
• 4.2.5 带通滤波
• 4.3 ADC 芯片的介绍和电路设计
• 4.3.1 ADC 芯片的选择
• 4.3.2 电路的设计
• 4.3.3 注意事项
• 4.4 LF2407 事件管理器EVA、EVB 在系统中测转速
• 4.5 可编程逻辑器件（CPLD）逻辑功能的设计
• 4.6 液晶显示电路的设计
• 4.7 键盘接口电路
• 4.8 电源模块的设计
• 4.9 本章小结
• 第五章 系统的软件设计
• 5.1 系统软件设计原则
• 5.1.1 易理解性和易维护性
• 5.1.2 实时性
• 5.1.3 可测试性
• 5.1.4 准确性
• 5.1.5 可靠性
• 5.2 系统主程序框架设计
• 5.3 软件主要功能模块的实现
• 5.3.1 初始化程序设计
• 5.3.2 转速测量模块的实现
• 5.3.3 单/双面平衡模块的实现
• 5.3.4 DSP 与PC 机之间RS—232 通讯模块的实现
• 5.3.5 键盘、液晶模块程序设计
• 5.4 实验验证
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 部分系统电路PCB 图实物照片
• 附图1 系统主电路PCB 图
• 附图2 系统电源模块
• 附图3 DSP 开发板及防治器
• 附图4 搭建验证平台实物图
• 攻读硕期间取得的研究成果