盘式转子动平衡检测方法与应用

动平衡机是随着旋转机械的发展而发展起来的，用于消除旋转部件不平衡带来的负面影响，提高机器的工作精度和稳定性，延长使用寿命，避免事故的发生。在汽车、轨道车辆、陀螺仪、航空航天、导弹、化工、食品等领域，动平衡技术和设备都是必不可少的一环。因此，如何进一步提高动平衡检测精度仍然是目前亟须解决的关键问题。
对于高速旋转工件来说，动平衡指标是重中之重，目前国产动平衡检测设备，价格虽然低廉，但测量精度不高，对于低速、低精度动平衡检测领域，国产设备尚能够满足国内需求，然而，国内动平衡检测设备在高速、高精度动平衡检测领域的测量精度和性能无法满足需求。我国对于高精度测量的需求较大，只能依赖进口产品，增加了企业动平衡检测成本和产品的生产负担。因此，国产高精度动平衡检测设备技术的研究亟待加强，必须瞄准国际先进水平，提高我国在高速、高精度动平衡检测领域的水平。技术突破可降低工程造价，解决备品、备件问题，同时也可以带动国内相关机电产品的技术进步和产业发展。
同时，动平衡检测设备关键技术的自主研发，不仅可以为平衡检测系统的研究和开发提供新的思路和方法，而且对动平衡相关理论的研究也具有重要的意义，能够促进我国动平衡行业的发展。
本书基于对国内外动平衡机动平衡检测技术的发展现状和研究成果的考虑，对该技术存在的问题进行了分析，并提出了研究内容和思路，而且对动平衡理论和平衡检测误差进行了研究和分析。通过对基于长耳鸮翅膀结构的气悬浮动平衡机仿生机理的分析和设计，探究了气悬浮动平衡测量的基本原理，并设计出了气悬浮动平衡检测平台来进行模拟仿真。随后，运用遗传算法对平衡机结构参数进行优化，并进行实验验证。本书还研究了动平衡测量信号处理方法，尤其是转子不平衡特征信号的高精度提取和去噪技术，通过准则阈值去噪法和粒子群优化改进的BP神经网络的数据融合技术对不平衡量特征信号进行去噪和提取，确保测量系统的稳定性和高精度。本书介绍了在动平衡机系统中应用ERP和MES系统的管理方式，利用WiFi技术实现平板电脑向云服务器的数据传输，提高企业的生产管理水平。最后，本书阐述了应用上述技术和方法研发的盘式转子气悬浮动平衡检测试验台物理样机，并进行了实验验证。
本书旨在介绍动平衡技术的发展历程、原理及其在旋转设备制造过程中的应用，并深入探讨国产高精度动平衡检测设备技术的研究现状和发展趋势，希望能为动平衡行业的发展和相关领域的技术进步做出贡献。
本书在出版过程中，得到了吉林省科技厅重点研发项目（项目编号：20220201051GX）的大力支持，使得本书顺利完成。在此一并表示衷心感谢！
由于著者水平及时间有限，书中不妥和疏漏之处在所难免，恳请读者不吝指正。

著者
2023年8月

本书主要研究了盘式转子的动平衡检测方法和技术，针对现有技术存在的问题，研究提出了基于气悬浮原理的静平衡和偶平衡转子的测量方法，并通过计算盘式转子的动不平衡量来提高检测精度。本书共分为7章，内容包括绪论、动平衡理论研究与误差分析、气悬浮动平衡检测试验台仿生机理研究、动平衡测量信号处理方法研究、动平衡机网络化实现、盘式转子气悬浮动平衡检测试验台样机开发与试验、结论与展望。
本书理论与实践相结合，可供机械科学及相关领域科研人员阅读参考，也可供高等学校机械科学与工程及相关专业的师生学习参考。

第1章绪论001
1.1动平衡机研究背景及意义002
1.2动平衡机分类和组成004
1.2.1动平衡机的分类004
1.2.2动平衡机的组成005
1.3国内外研究现状006
1.3.1国外研究现状006
1.3.2国内研究现状011
1.3.3当前存在的问题和不足017
1.4本书的研究内容与研究思路017
1.4.1主要研究内容017
1.4.2研究思路018

第2章动平衡理论研究与误差分析020
2.1引言021
2.2动平衡测量特性分析021
2.3转子不平衡分类024
2.4盘式转子动平衡测量基本原理031
2.5盘式转子气悬浮动平衡测量基本原理033
2.5.1盘式转子与静不平衡量之间的关系034
2.5.2盘式转子与偶不平衡量之间的关系036
2.5.3双面分离算法036
2.6实验装置的组成与功能分析038
2.6.1实验装置的组成038
2.6.2测量控制软件系统039
2.6.3气悬浮立式动平衡测量系统设计的关键技术问题045
2.7本章小结045

第3章气悬浮动平衡检测试验台仿生机理研究047
3.1引言048
3.2仿生长耳鸮翅膀形态特征与建模048
3.2.1长耳鸮翅膀表面生物特征提取和映射048
3.2.2翅膀表面结构建模053
3.2.3翅膀攻角特征建模053
3.3基于长耳鸮翅膀攻角仿生悬浮盘模型仿真分析054
3.3.1流体动力学控制方程054
3.3.2建立湍流模型055
3.4盘式转子气悬浮动平衡检测试验台结构设计与优化058
3.4.1基于遗传算法的长耳鸮翅膀仿生结构优化建模058
3.4.2实验测试061
3.5气体静压球面支承系统稳定性控制技术062
3.5.1悬浮转子受迫振动062
3.5.2转子自激振动及控制技术063
3.5.3气体压力自适应PID控制方法065
3.6本章小结070

第4章动平衡测量信号处理方法研究071
4.1引言072
4.2动平衡检测信号的特点072
4.3不平衡量特征信号预处理072
4.4小波降噪理论074
4.5动平衡测量信号处理方法研究077
4.5.1FIR数字滤波077
4.5.2FIR数字滤波算法078
4.5.3遗传算法优化单位脉冲响应079
4.5.4相关参数对计算结果的影响080
4.5.5基于遗传算法的信号识别技术081
4.5.6信号识别的实现过程082
4.5.7相关参数对计算结果的影响083
4.6动平衡信号的去噪处理084
4.6.1阈值法去噪084
4.6.2分解层数的确定088
4.6.3分解层数的自适应控制090
4.6.43σ准则阈值去噪092
4.7数据预处理094
4.8数据融合算法096
4.8.1BP神经网络097
4.8.2改进的BP神经网络099
4.8.3粒子群优化改进BP神经网络101
4.8.4加权数据融合103
4.8.5基于多项式Chirplet变换的变转速瞬时故障基频估计104
4.8.6STFT-SC算法瞬时故障基频估计108
4.9实验对比110
4.10本章小结114

第5章动平衡机网络化实现115
5.1引言116
5.2ERP和MES在动平衡系统中的应用116
5.2.1ERP系统概述116
5.2.2MES系统概述117
5.2.3ERP与MES在动平衡检测系统中的应用117
5.3转子动平衡测试追溯119
5.4动平衡机系统的网络通信121
5.4.1WiFi技术的特点与优势121
5.4.2Android平台的体系结构123
5.5本章小结127

第6章盘式转子气悬浮动平衡检测试验台样机开发与试验129
6.1引言130
6.2设计试验台系统结构130
6.2.1试验台目标130
6.2.2试验台设计原则130
6.3试验台结构模型132
6.4气悬浮动平衡检测系统135
6.5样机开发与测试141
6.6实验结果147
6.7本章小结148

第7章结论与展望150
7.1主要结论151
7.2创新点152
7.3展望153

参考文献154