摘 要

随着社会的发展和科技的进步，现代化的机械设备也在不断的改革和创新。这对机器的运行效率要求越来越高，同时对运动状态的监测和诊断也提出了更高的要求。所以需要对旋转机械的运动状态进行实时监测，以此来确保设备能够安全稳定地运行，从而防止重大事故的发生。

论文主要介绍了在不同的故障情况下，旋转机械的转子会显示出不同的轴心轨迹，通过对这些轨迹的研究，了解转子的实时运动状态。将这些轴心轨迹的形状与旋转机械的故障一一对应起来，从而为实际的监测提供重要的理论依据。通过它们，检修人员可以在实际检修时更加快速的知道，旋转机械的故障所在，以及故障的严重程度。然而想要得到轴心轨迹就需要一套完整的检测程序去检测。

本课题主要是对螺杆泵转子轴心轨迹测量的程序进行设计研究。在本课题研究中将会搭建一个螺杆泵转子的模拟试验台，用来实时监测在不同转速和轴径的情况下，转子的运动状态。然后将此实验台与传感器、电荷放大器、数据采集卡、计算机等器件连接起来，构成一个轴心轨迹测试系统。通过电涡流传感器与计算机连接的轴心轨迹测试系统来实时获得螺杆泵转子的轴心轨迹图。因此，本课题的研究，对实时监测转子的工作状态，提高机械设备的安全性能具有非常重要的现实意义。

关键词：螺杆泵转子；轴心轨迹；测量；程序设计；Matlab

The design of the measuring program for the axis track of the screw pump rotor

ABSTRACT

With the development of society and the progress of science and technology, the modernization of machinery and equipment is also in constant reform and innovation.This has the higher requirements for the operation efficiency of the machine, and also puts forward higher requirements for the monitoring and diagnosis of the movement.So it is necessary to carry out real-time monitoring of the movement state of the rotating machinery, so as to ensure the equipment can run safely and stably, thus preventing the occurrence of major accidents.

In this paper, the rotor of the rotating machinery is shown to have different axis trajectories, and the real-time motion state of the rotor is studied.The shape of these axis orbits is corresponding to the fault of the rotating machinery, which can provide the important theoretical basis for the actual monitoring.Through them, the maintenance personnel can more quickly in the actual inspection know that the failure of the rotating machinery, as well as the severity of the failure.However, the axis track needs a complete set of detection procedures to detect.

This thesis mainly studies the program of the axis track measurement.In this research, a simulation test rig of a screw pump rotor is built, which can be used to monitor the motion state of the rotor at different speed and shaft diameter.Then, the experimental platform is connected with the sensor, the charge amplifier, the data acquisition card and the computer and so on, which constitute a center track test system.The axis trajectory of the rotor was obtained by the eddy current sensor and the computer.Therefore, the research of this thesis is very important for the real-time monitoring of the working status of the rotor and improving the safety performance of the mechanical equipment.

Keywords:Screw pump rotor； Axis orbit,；Measurement；Programming；Matlab

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

绪论 1

1 动态测试技术发展及现状 2

1.1动态测试的国外研究概况 2

1.2动态测试的国内研究概况 3

1.3本课题的研究内容 3

2 转子轴心轨迹的动态测试 5

2.1转子振动的受力分析 5

2.2转子常见的故障及轴心轨迹特征 6

2.2.1 转子弯曲 6

2.2.2 转子不对中 7

2.2.3 转子不平衡 8

2.2.4 转子动静摩擦 9

2.2.5 油膜振荡 9

2.3转子轴心轨迹动态测试方法 10

2.4本章小结 11

3 测试数据及测量理论 12

3.1 转子动力学理论 12

3.2 测试系统总体结构设计 14

3.3 测试系统的硬件选用 15

3.3.1 电涡流传感器 15

3.3.2 低通滤波器 16

3.3.3 A/D转换器 16

3.3.4 采样保持器 17

3.3.5转子调速器 17

3.4 本章小结 18

4 基于Matlab的转子轴心轨迹测试软件开发 19

4.1 测试系统软件总体设计 19

4.1.1 软件开发工具 19

4.1.2 软件总体设计 19

4.2 软件界面GUI设计 20

4.3 参数识别编程实现 22

4.3.1 编程得出波形图和轴心轨迹图 22

4.3.2 编程计算X、Y的波形系数和波峰系数 23

4.4 本章小结 24

结论 25

致谢 26

参考文献 28

绪 论

旋转机械在机械设备当中占有相当大的比重，如机械、电力、化工等行业的机床、发电机、汽轮机等都是典型的旋转机器，它们都是以转子作为工作的主体，如果发生事故将会造成无法挽回的损失。当今旋转机械正向着高速、大型、智能化的方向发展，为了能够使机器可以正常运转，生产可以安全进行，就需要对旋转机器进行实时的监测和故障的诊断。

旋转机械发生故障一般是通过振动状况方面体现出来的，所以对转子振动信号进行监测与诊断仍然是现在设备维护当中的主要手段。最近几年，随着非线性理论的不断发展，特别是信号处理和计算机智能等理论技术与故障诊断的相互融合，使得旋转机械故障诊断的内容得到了更多的充实与丰富。目前，振动信号的频谱、时域波形及幅值域特征等是用于旋转机械故障诊断主要的故障征兆。由于数字信号处理技术广泛应用于机械动力学，测试分析的方法已经达到了比较完善的程度，相继出现了时频分析法、功率谱估计法、角域分析、全息谱等一系列提取故障征兆的方法。这些方便了我们对转子故障的研究，让我们能更直观的发现转子的故障所在，尽快解决实际生产中的问题，让企业的利益最大化。

但在旋转机械的故障诊断中，转子的中心位置比幅频曲线和振幅等更能直接的反映出转轴的实时运动状况，转子的轴心轨迹作为转子振动信号的重要图形征兆，它包含了许多的故障信息，它能够更加形象具体的表达出旋转机械在其运转时整个设备的运行情况。在不同的故障情况下，转子轴心轨迹所呈现的轨迹图形也会千差万别，每一个特定形状的轴心轨迹都各自对应着特定的故障类型，它们能够反映出整个系统的故障所在。比如说动静件的碰磨轴心轨迹会呈现出规则或者不规则的花瓣形；转动部件的不平衡或者主轴轴线不直会引起摆度过大，轴心轨迹就会变成椭圆形；转子不对中引起的轴心轨迹为香蕉形或外“8”字形；油膜涡动引起的轴心轨迹为内"8”字形等。所以轴心轨迹作为转子故障重要的图形征兆，一直是研究的热点问题，因为它在转子故障诊断中有比较广泛的应用。但是转子轴心轨迹图形比较复杂，想要能够快速准确的测得转子轴心轨迹，实时了解机械设备的运动状态，一直都是我们故障诊断中的突出问题。为了能够使轴心轨迹在故障诊断中发挥重要作用，让一些专家能在实际工作中将理论与实践很好的结合起来，就需要对转子轴心轨迹测量系统进行进一步的优化与设计。

1 动态测试技术发展及现状