动平衡分析仪硬件
指导教师 束海泉 摘 要转子是机械系统的重要部件之一，它是旋转机械系统中最为重要的激振源，由于它的不平衡原因引起的机械振动会造成设备产生振动、噪声甚至部分零件的破坏，特别是对高速旋转的柔性转子，它所产生的机械振动会异常明显，由于转子不平衡而发生的故障大概占机械总故障的六成以上，它会减弱机械设备的工作能力并且减少仪器的工作时长，最坏的状况就是会造成旋转轴承的损坏，全部机组都会遭到破坏，工作人员的安全难以保障。跟着现今精密数控加工技术前进的步伐，高速转子在加工生产的过程中所发生的严重干扰到其加工精度的动平衡问题就显得格外的引人注目，动平衡设备的产生就能非常有效率的确保仪器工作时候的稳定与安全，经济因素和社会因素都能得到保障，因此它的发展有着重大的实际意义。动平衡可以分为以下两种：机上动平衡，现场动平衡。跟着当今社会科技的不断进步，现场动平衡仪根据它的方便性、性价比高、使用简单等优点广泛使用在社会及企业中。该设计认真的学习和研究了动平衡硬件，最终目的是能设计出一款便携的动平衡设备。本文介绍了旋转设备中转子产生不平衡的原因，分类和如何对不平衡进行校准。我深度结合这次研究的动平衡硬件应该具备的功能性多样、准度高这些技术基础，并且综合市场上对次产品在形状、能耗、成本、易携带性和使用便捷性上的要求，对动平衡仪的系统选型与硬件选择进行了设计。硬件电路体现在两个层面，一是选择相应的核心部件如传感器、控制器、触摸屏等，二是对相应硬件电路进行设计。该设计结合了数字信号处理技术和现场动平衡技术，动平衡测试技术开发重点是数字化测量的软件设计取代了过去的硬件设计，通过软件可以实现振动信号的采集和分析处理，摆架振动幅值和相位的准确提取以及转子不平衡量信息的精确计算。动平衡的优点在设计中有以下几方面体现：功能相对较完善、数值计算准确、对信号能够进行高效的处理分析、有优秀的人机交互界面。该课题最后对所设计的内容进行归纳总结，对进一步研究和提升有着指导性的意见。
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 动平衡理论概述 2
1.3 论文的组织安排 2
第二章 动平衡系统硬件设计 4
2
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.1动平衡系统硬件功能分析与构成 4
2.2 单片机芯片 4
2.2.1 单片机简介 4
2.2.2 芯片开发板选择 5
2.3 LCD显示屏 8
2.4 传感器的选择 8
2.4.1 振动传感器 9
2.4.2 鉴相传感器 9
2.5 独立式键盘 10
2.6 本章小结 10
第三章 动平衡硬件电路设计 11
3.1 A/D转换电路 11
3.2 同步电路 12
3.3 接口、通讯电路 12
3.4 LCD显示屏电路 14
3.5 独立式键盘电路 14
3.6 单片机电源电路 15
3.7 本章小结 15
第四章 结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录 19
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
这几年随着现代化技术的不断发展，现代工业在生活和生产过程中用到的机械器械已经从原来的小型，运行故障多，需要人力大的类型朝着大型化，精密化，高速化的方向发展，机械设备的自动化程度，结构，功能都越发的完善了，因此对它的要求对保证各种设备的正常运行也随之不断增加，故障但凡出现在机械设备的运行过程中时不但会造成严重后果，以及重大经济损失，甚至还会对社会造成恶劣的影响以及可能发生灾难性的人员伤亡。所以，设备能够安全、稳定、长周期、满负荷的运行成为了人们心中的期望，希望能通过每时每刻了解设备运行的状态，达到预防故障、杜绝事故，延长设备运行周期、缩短维修时间，使设备的生产潜力发挥到最大的优势，这就对当前使用的设备状态监测与故障诊断技术提出了更高的要求。在这些设备中，运行中的转子必定会出现不平衡的情况，在高速回转设备中尤为明显，激振力作为转子不平衡的主要因素，像风力发电机、水力发电机以及一些由汽油柴油驱动的电机组，它们的旋转轴承、发电机、转动齿轮等会由于不平衡所带来破坏;由此可以看出减弱乃至消除设备振动的重要方法是转子动平衡的设计研发。设备运行时的可靠性与安全性指标全靠动平衡仪来保障，经济效益和社会效益可以得到良好的体现，具有非常重要的作用。
动平衡技术一直是平衡技术里的主要组成部分,它在增强设备的操作性能,监控机器运行,增加转子的使用时长中扮演不可或缺 的角色。设备在使用和操作中,各种因素可以影响转子的不平衡,不仅转子原来的生产材料和加工工艺会成为设备不平衡运转的 因素，在整个接下来的操作运行过程中,温度的升降会造成形状改变，它将重新生成新的不平衡量,耗损、污染、同样容易产生新的不平衡。超大型机械装置,在运行一些时间之后，我们应该对它的转子进行现场动平衡,转子的替换也需要进行动平衡。平衡技术已经变成整个机械制造中的重要工艺措施,对于长期运行的机器装置,动平衡作为一种实时监控工具是有很重要意义的。 我们对运行中的机械装置的转子进行定期的日常振动监测和现场动平衡测试,将会直接获得下面的效果。
1.机械装置的的运转性能将会得到加强，并且各个部位的转子使用时间可以得到加长。
2.确保机械装置一直运行在不平衡量最小的情况下，同事噪声也下降到最低。
3.依照每次动平衡测量的数据，然后进行统整理研究可以确定机械装置转子的动平衡的监测周期和维护周期。
4.固定时间进行装置的振动分析，可以最早的发现机械装置存在的不平衡量，从而进行动平衡调试，确保机器运行在最佳状态。
假如我们每隔一段时间就对其重要的仪器进行振动扫描和对平衡的测试，设备运行的过程会得到很大的提高。具体表现在一下方面：
1.改善和提高机械的运转性能，使高速旋转零件的使用寿命得到大幅提升;
2.确保机器的运行状态每时每刻处于平衡状态，将整个机器的噪声控制在允许范围内;
3.按照多次记录的数据，能够有依据的分析出转子等零部件的更换周期和不同设备的检查维修周期;
4.为了能及时地发现和消除机器的不平衡状态，要定期的进行机械振动分析;
5.通过快速校正在线设备的动平衡性，能够最大可能的缩短机器检查与维修的时间以及减少机器重新启动的次数。
现场动平衡仪是实现现场动平衡的主要仪器。迄今为止，现场动平衡仪的发展正朝着操作简单易学、价格低廉、测量精度准确、易于携带、智能化水平高以及功能丰富多样的方向前进。国内的动平衡仪相比于国外还是有一定的差距，目前主要表现在操作功能单一，人机界面交互性不够完善等方面，这说明了我们还需在相关技术方面进行更加深层的研究和问题的提出与解决。
1.2 动平衡理论概述
在机械与电气工程中，我们对转子的定义是通过轴承来进行支撑且以轴承为中心进行旋转的部件或零件。在一般情况下，转子的结构通过以旋转轴线为中心线进行轴对称设计。在转子质量属于平均分布的情况下，一般来说，对轴承施加的力除了旋转时产生的重力之外没有其他的力，那么就和它在静止时的情况一样只回有静压力的产生。在这种情况下，想要做到平衡的转子，就必须要求转子在无论静止或者旋转的状态下只有静压力是施加在轴承上的。还有另外的情况，当轴承还受到了静压力和其他类别的动压力，这时候的转子就是处于不平衡的状态，叫做不平衡转子。以下几点是产生不平衡转子的主要原因：转子内部的质量分布不平衡；联轴器的不平衡；安装或使用时操作不当引起的问题；在转子的使用时不可避免的损耗等。
1.3 论文的组织安排
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 动平衡理论概述 2
1.3 论文的组织安排 2
第二章 动平衡系统硬件设计 4
2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1动平衡系统硬件功能分析与构成 4
2.2 单片机芯片 4
2.2.1 单片机简介 4
2.2.2 芯片开发板选择 5
2.3 LCD显示屏 8
2.4 传感器的选择 8
2.4.1 振动传感器 9
2.4.2 鉴相传感器 9
2.5 独立式键盘 10
2.6 本章小结 10
第三章 动平衡硬件电路设计 11
3.1 A/D转换电路 11
3.2 同步电路 12
3.3 接口、通讯电路 12
3.4 LCD显示屏电路 14
3.5 独立式键盘电路 14
3.6 单片机电源电路 15
3.7 本章小结 15
第四章 结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录 19
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
这几年随着现代化技术的不断发展，现代工业在生活和生产过程中用到的机械器械已经从原来的小型，运行故障多，需要人力大的类型朝着大型化，精密化，高速化的方向发展，机械设备的自动化程度，结构，功能都越发的完善了，因此对它的要求对保证各种设备的正常运行也随之不断增加，故障但凡出现在机械设备的运行过程中时不但会造成严重后果，以及重大经济损失，甚至还会对社会造成恶劣的影响以及可能发生灾难性的人员伤亡。所以，设备能够安全、稳定、长周期、满负荷的运行成为了人们心中的期望，希望能通过每时每刻了解设备运行的状态，达到预防故障、杜绝事故，延长设备运行周期、缩短维修时间，使设备的生产潜力发挥到最大的优势，这就对当前使用的设备状态监测与故障诊断技术提出了更高的要求。在这些设备中，运行中的转子必定会出现不平衡的情况，在高速回转设备中尤为明显，激振力作为转子不平衡的主要因素，像风力发电机、水力发电机以及一些由汽油柴油驱动的电机组，它们的旋转轴承、发电机、转动齿轮等会由于不平衡所带来破坏;由此可以看出减弱乃至消除设备振动的重要方法是转子动平衡的设计研发。设备运行时的可靠性与安全性指标全靠动平衡仪来保障，经济效益和社会效益可以得到良好的体现，具有非常重要的作用。
动平衡技术一直是平衡技术里的主要组成部分,它在增强设备的操作性能,监控机器运行,增加转子的使用时长中扮演不可或缺 的角色。设备在使用和操作中,各种因素可以影响转子的不平衡,不仅转子原来的生产材料和加工工艺会成为设备不平衡运转的 因素，在整个接下来的操作运行过程中,温度的升降会造成形状改变，它将重新生成新的不平衡量,耗损、污染、同样容易产生新的不平衡。超大型机械装置,在运行一些时间之后，我们应该对它的转子进行现场动平衡,转子的替换也需要进行动平衡。平衡技术已经变成整个机械制造中的重要工艺措施,对于长期运行的机器装置,动平衡作为一种实时监控工具是有很重要意义的。 我们对运行中的机械装置的转子进行定期的日常振动监测和现场动平衡测试,将会直接获得下面的效果。
1.机械装置的的运转性能将会得到加强，并且各个部位的转子使用时间可以得到加长。
2.确保机械装置一直运行在不平衡量最小的情况下，同事噪声也下降到最低。
3.依照每次动平衡测量的数据，然后进行统整理研究可以确定机械装置转子的动平衡的监测周期和维护周期。
4.固定时间进行装置的振动分析，可以最早的发现机械装置存在的不平衡量，从而进行动平衡调试，确保机器运行在最佳状态。
假如我们每隔一段时间就对其重要的仪器进行振动扫描和对平衡的测试，设备运行的过程会得到很大的提高。具体表现在一下方面：
1.改善和提高机械的运转性能，使高速旋转零件的使用寿命得到大幅提升;
2.确保机器的运行状态每时每刻处于平衡状态，将整个机器的噪声控制在允许范围内;
3.按照多次记录的数据，能够有依据的分析出转子等零部件的更换周期和不同设备的检查维修周期;
4.为了能及时地发现和消除机器的不平衡状态，要定期的进行机械振动分析;
5.通过快速校正在线设备的动平衡性，能够最大可能的缩短机器检查与维修的时间以及减少机器重新启动的次数。
现场动平衡仪是实现现场动平衡的主要仪器。迄今为止，现场动平衡仪的发展正朝着操作简单易学、价格低廉、测量精度准确、易于携带、智能化水平高以及功能丰富多样的方向前进。国内的动平衡仪相比于国外还是有一定的差距，目前主要表现在操作功能单一，人机界面交互性不够完善等方面，这说明了我们还需在相关技术方面进行更加深层的研究和问题的提出与解决。
1.2 动平衡理论概述
在机械与电气工程中，我们对转子的定义是通过轴承来进行支撑且以轴承为中心进行旋转的部件或零件。在一般情况下，转子的结构通过以旋转轴线为中心线进行轴对称设计。在转子质量属于平均分布的情况下，一般来说，对轴承施加的力除了旋转时产生的重力之外没有其他的力，那么就和它在静止时的情况一样只回有静压力的产生。在这种情况下，想要做到平衡的转子，就必须要求转子在无论静止或者旋转的状态下只有静压力是施加在轴承上的。还有另外的情况，当轴承还受到了静压力和其他类别的动压力，这时候的转子就是处于不平衡的状态，叫做不平衡转子。以下几点是产生不平衡转子的主要原因：转子内部的质量分布不平衡；联轴器的不平衡；安装或使用时操作不当引起的问题；在转子的使用时不可避免的损耗等。
1.3 论文的组织安排
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