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《长春工业大学》 2019年
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基于仿生与气悬浮原理的盘式转子动平衡检测方法研究

郜思洋  
【摘要】:旋转机械是机械系统的重要组成部分,在国防安全和国民经济发展的诸多领域中发挥着重要作用。盘式转子不平衡不仅是一类旋转机械中的常见问题,也是造成转子系统故障的主要原因之一。因此,盘式转子动平衡检测方法与技术的研究具有重要的理论意义和应用价值。近年来,随着电子,计算机和测试技术的迅速发展,动态平衡技术得到了极大的发展。研究成果对推动旋转机械高速、高效、高可靠性的运行与发展起到了重要作用。目前,盘式转子动平衡研究主要集中在动平衡测试,非对称/非平面模式转子平衡,未经测试的重量平衡,自动平衡等方面。为了提高盘式转子平衡的精度和效率,本文从盘式转子静不平衡量和偶不平衡量分析入手,研究结合仿生学理论与气悬浮技术,设计开发了盘式转子气悬浮动平衡检测试验台,验证了理论的可行性。本论文的主要研究工作如下:(1)在深入分析现有的盘式转子动平衡测量技术发展趋势和存在的问题基础上,根据盘式转子动平衡测量原理与气悬浮原理,为了解决机械本身传动引起的振动,导致检测精度低的问题,提出了气悬浮静平衡转子和偶平衡转子的测量方法。根据悬浮盘水平位移的偏移量、盘式转子静不平衡量和偶不平衡量的关系方程,计算出盘式转子的动不平衡量。研究了空气阻尼对盘式转子的误差影响,进而降低检测误差,提高了气悬浮盘式转子动平衡试验台的检测精度。本文提出的检测方法不需要校验盘式转子标定,在保证检测精度的同时缩短了检测时间,降低了检测成本。(2)为了提高气悬浮悬浮升力,降低悬浮所需气压,将仿生学原理和气悬浮技术相结合,仿生长耳鸮翅膀表面微结构,提出仿生气悬浮结构及设计方法。通过仿真分析与实验验证,揭示了气流对仿生结构的影响规律,利用遗传算法给出了仿生结构最优设计参数。(3)分析了气体压力波动的幅度和频率对转子空间姿态的影响,讨论了转子自激振动的原因,应用数字滤波和多频信号参数识别技术搭建了盘式转子气悬浮动平衡检测试验台的控制与检测系统,实现了气压的直接数字闭环控制。针对传感器采集信号的去噪问题,首先采用剔除脉冲干扰和二次磨光的技术方法对数据进行预处理,然后提出了3σ准则阈值去噪方法应用于信号处理中,提高传感器采集信号的去噪效果。为了提高传感器采集信号的精度,应用了粒子群优化改进BP神经网络的多传感器数据融合技术,提高了传感器采集信号时的抗干扰能力与收敛速度,进而提高了传感器数据融合精度。(4)设计开发了盘式转子气悬浮动平衡检测试验台并研究了实验方法。根据盘式转子气悬浮动平衡测量的基本原理和工程需求,研究了相关原理和机构的相应设计技术。解决了气悬浮稳定性差、所需气压大、传感器采集信号不准确等技术问题,提高了测量精度。研究设计了实验流程与实验方法并进行了一类盘式转子的动平衡检测,实验验证了所提出方法的有效性。论文的研究为盘式转子动平衡检测技术研究提供了参考。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TH133

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