复合材料转轴全频动平衡测试系统研究

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由于复合材料转轴具有比强度高、比刚度高、密度低、热膨胀系数小和减振性能好等优点,其在直升机、汽车和轮船等设备的传动系统中得到了广泛应用。在复合材料转轴的设计制造中,不平衡量的大小是必须要考虑的重要因素。复合材料转轴具有各向异性、挠性和高速等特点,其在一阶临界转速下挠度很大且振动剧烈,导致复合材料转轴的动平衡难度很大。常用的动平衡方法如影响系数法等,在实际应用中对复合材料转轴的平衡效果不够理想,因此针对复合材料转轴的动平衡问题需要进一步进行研究。本文结合某复合材料转轴实际项目需求,通过研究复合材料转轴动平衡特点,提出了针对复合材料转轴进行平衡的全频正交融合动平衡法,并最终开发出一套复合材料转轴的动平衡测试系统。本文的主要工作包括:(1)针对复合材料转轴动平衡特点,提出了一种全频正交融合动平衡法,这种方法将全频谱与力和力偶分解平衡法相结合对转轴进行平衡。该方法首先采集转轴两端水平、垂直方向上的加速度信号,提取出信号基频的幅值和相位,然后利用全频谱同源信息融合技术,将水平、垂直方向上振动响应融合成正进动矢量,将正进动矢量作为不平衡响应代入力和力偶分解平衡法,以此求解转轴不平衡量。(2)建立复合材料转轴动力学模型,对复合材料转轴的临界转速、模态振型和谐波响应等动力学特性进行了分析。利用复合材料转轴模型进行模拟动平衡,结果表明,全频正交融合动平衡法对复合材料转轴的平衡效果较好。针对复合材料转轴动平衡效果受平衡面的位置影响较大的问题,分析了动平衡过程中平衡面的选取原则。仿真分析和实验的结果表明,对复合材料转轴的临界状态进行平衡时,平衡面取在转轴中部附近较好,对转轴的工作状态进行平衡时,平衡面选取在轴端的附近较好。(3)针对实际项目需求开发一套动平衡测试系统。首先对测试系统的需求进行分析,根据需求完成对硬件的选型与安装。然后利用Lab VIEW开发平台对软件部分进行开发,介绍了软件的整体架构,并对软件的一些主要功能模块进行了设计。现场复合材料转轴动平衡实例表明,该动平衡测试系统可以完成对复合材料转轴的平衡,并使其达到平衡指标。
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