【毕业论文】大型旋转机械故障模拟实验试验台的设计
旋转机械轴承性能试验台设计与建设
旋转机械轴承性能试验台设计与建设旋转机械轴承是现代工业中不可或缺的关键部件。
它们在各种机械设备中起着支撑和导向作用，承受着巨大的负荷和摩擦力。
为了确保机械设备的可靠运行，轴承的性能测试是不可或缺的一环。
因此，设计和建设一个可靠高效的旋转机械轴承性能试验台非常重要。
试验台的设计首先需要考虑到测试所需的各项参数。
首先是承载能力。
轴承的承载能力是其最重要的性能指标之一。
因此，测试台要能模拟实际工况下的承载能力，为轴承在不同负荷条件下的性能提供可靠的评估。
其次是转速范围。
不同的机械设备在工作时可能会有不同的转速要求，因此试验台需要具备较宽的转速范围，以模拟各种工作状态。
此外，还需要考虑到摩擦和密封性能等其他相关参数。
在试验台的结构设计中，考虑到轴承性能测试的可靠性和重现性是非常重要的。
首先，试验台的结构应该是稳定可靠的，能够承受高负荷和高速的旋转。
试验台主要由底座、支架、动力源和转动部分组成。
底座应该具备良好的刚性和稳定性，以确保试验台在旋转时不会发生形变或晃动。
支架则用于支撑轴承样品和传递负荷。
动力源则需要提供稳定的动力输入，以满足各种测试需求。
转动部分则是通过电机或液压系统来实现转轴的旋转，确保测试的高精度和稳定性。
试验台的建设需要考虑到实际应用的便捷性和安全性。
在试验过程中，必然会产生一定的噪音和振动。
因此，试验台的设计应该尽可能减少噪音和振动对试验结果的影响。
此外，试验台还应该具备良好的可操作性，方便操作人员进行样品安装和试验过程的控制。
在安全方面，试验台需要具备较高的安全性能，避免意外事故的发生。
因此，对于试验台建设，必须进行全面的安全评估和应对措施的规划。
为了提高试验效率和准确性，现代试验台可以采用自动化控制系统。
通过采集和处理试验过程中的各种数据，自动化控制系统可以实时监测轴承性能，并可根据设定的测试参数进行调整。
这样可以大大提高试验的效率和准确性，并减少人为因素对试验结果的影响。
最后，对于一台旋转机械轴承性能试验台的设计和建设，应该进行全面的试验验证和性能评估。
机械毕业设计-多功能试验台的设计 (2)
关键词：多功能试验台，传动设计，结构设计
II
Abstract
The development of multi function test bench, test system design and transmission part structure design principle, multifunctional test-bed of analysis and determine multi-function test platform system design and transmission part structure design the content contained in the mechanical drawing rendering, calculation of overall and the transmission part of the structure design conclusion and suggestions are mainly introduced in this paper. In mechanical professional learning, there are many courses need to experiment, such as "the principle of machines, the innovative design and advanced manufacturing technology, etc., the multi function test bed can provide a flexible experimental platform for curriculum. Through the graduation design of existing transmission were compared, we design a test platform of the machine frame, the test bench can driving gear, belt drive and chain drive various forms of experimental, each kind of form have the motion characteristics, and the various forms of transmission to exchange, test bench has the advantages of convenient disassembly, flexible operation, is convenient for students to experiment with a variety of mechanical. The structure of the machine is mainly generated by the electric motor. The power will need to be transmitted to the reducer, and the reducer will be allocated to improve labor productivity and automation level. Research content of this thesis: (1) the overall structure design of the multi function test bed and the transmission part. (2) working performance analysis of the overall and transmission performance of the multi function test bed. (3) motor selection. (4) the overall and the transmission system of the transmission system and the implementation of the transmission parts. (5) design and calculation analysis and verification of design parts. (6) drawing the assembly drawing and the assembly drawing of the important parts. Keywords:
发动机拆装实验台设计大学毕设论文
2009届毕业设计发动机拆装实验台姓名：指导教师：院系：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化班级：学制：完成时间：摘要发动机翻转试验台是发动机拆装修理的最基本的工具。
本文提出了用步进电机实现发动机连续任意角度转动的解决方案，并利用蜗轮蜗杆机构实现发动机的自锁。
蜗轮轴承受发动机的全部重量及其产生的扭矩。
翻转试验台的万向脚轮移动性好，操作简便，不仅可以减轻操作者的劳动强度，而且提高了生产率，并能将翻转试验台锁止在任意工作地点。
专门油盘使整个维修过程及工作地点干净整洁。
关键字发动机翻转试验台步进电机AbstractThe rollover-stand is the basic tool to inassemble and assemble the engine. In this paper, with step motor, the engine can achieve the rotation with angle of arbitrary. And with the worm gear agencies,the engine can achieve self-locking. Worm shaft bears the full weight of the engine and it’s torque. It’s rollover wheel moves flexibly which enable the operation labor-saving, and increase the productivity . Futhermore, it can fix the Rollover-stand wherever you want. The special oil pan make the the process of maintaining very tidy and clean.Key words engine rollover-stand step motor目录摘要 (I)Abstract (III)第1章绪论 (1)1.1研究此课题的目的 (1)1.2发动机翻转试验台的发展概况 (1)1.2.1前期的发展 (1)1.2.2国内外现状 (1)1.3本文主要研究内容 (2)第2章传动方案设计 (3)2.1初始数据 (3)2.2传动方案的制定与确定 (3)2.2.1总的传动比i的估算 (3)2.2.2传动方案的拟定 (4)第3章步进电机的选择 (8)3.1各轴传递的功率 (8)3.2各轴传递的转矩 (8)第4章传动件的计算 (10)4.1蜗轮、蜗杆的选用和校核 (10)4.1.1确定蜗轮、蜗杆的类型和材料 (10)4.1.2确定蜗杆、蜗轮的基本尺寸 (10)4.1.3计算传动效率 (12)4.1.4蜗轮齿根弯曲强度校核 (12)4.1.5润滑油及润滑方式的选择 (13)4.2V带的选用和计算 (13)4.2.1求V带计算功率Pc (13)4.2.2选普通V带型号 (13)4.2.3大、小带轮基准直径 (13)4.2.4验算带速 (13)4.3链条的选用和计算 (13)4.3.1链轮的齿数 (14)4.3.2链条节数 (14)4.3.3计算功率 (14)4.3.4计算节距 (14)4.3.5实际中心距 (14)4.3.6验算链速 (15)4.3.7选择润滑方式 (15)4.3.8作用在轴上的压力 (15)4.3.9链轮主要尺寸 (15)第5章轴的计算 (16)5.1Ⅰ轴的计算 (16)5.1.1估算轴的基本直径 (16)5.1.2强度校核 (18)5.2Ⅱ轴的计算 (20)5.2.1估算Mmax和T (21)5.2.2确定蜗轮轴向和径向尺寸 (21)第6章滚动轴承、键、立柱的计算 (27)6.1滚动轴承的选择及计算 (27)6.1.1蜗杆两端的轴承的计算 (27)6.1.2蜗轮两端的轴承的计算 (28)6.2键的选择与校核 (29)6.2.1蜗杆轴上的键的选择与校核 (29)6.2.2蜗轮的连接键的选择与校核 (29)6.2.3发动机连接盘的连接键的选择与校核 (30)6.3立柱的计算 (30)第7章传动件的润滑及密封 (33)7.1蜗杆两端的轴承的润滑 (33)7.2蜗轮两端的轴承的润滑 (33)7.3链条的润滑 (33)第8章结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)第1章绪论1.1 研究此课题的目的当前，汽车技术已被国家列为高等职业教育的紧缺专业之一，是国家重点扶持发展的专业。
基于LabVIEW的毕业设计
基于LabVIEW转子轴心轨迹测量与识别系统开发摘要转子轴心轨迹作为转子振动状态的一类重要图形征兆，包含了大量的故障信息，是诊断专家在诊断过程中采用的一项不可缺少的故障征兆信息，由于轴心轨迹的提纯效果、轴心轨迹的特征自动提取和形状自动识别的水平，都直接影响着故障诊断专家系统的智能化水平，因此我们需要对轴心轨迹全面的进行研究。
首先搭建了转子故障实验台,在该实验台上能够模拟一些典型的转子故障,如不平衡、不对中、转子弯曲等。
在此基础上，搭建信号测量电路，包括传感器、电荷放大器、滤波器、数据采集卡等器件，能够测量转子旋转时的两个相互垂直方向的径向位移。
其次编制轴心轨迹测量及识别程序，该程序能够实时显示轴心轨迹，并进行频谱分析，也可以进行数据的存储。
为了给轴心轨迹识别提供标准，进而编制了轴心轨迹仿真程序，对几种典型故障的轴心轨迹进行了仿真。
根据不变矩理论，编制了不变矩计算程序，通过对传统算法的改进，实现了对离散数据的不变矩计算，改进算法能够自动识别轴心轨迹。
通过连接实验台、测量装置和软件应用程序，对整个系统进行了整合，可实时显示轴心轨迹，同时计算不变矩。
通过大量实验确定识别临界值，使程序既满足灵活性又满足准确性，有效实现在线自动识别。
关键词：轴心轨迹;虚拟仪器；LabVIEW；不变矩Development of measurement and identification of axis orbit system on LabVIEWAbstractThe rotor axis path as a kind of important graphic sign of rotor vibration state contains a large number of fault information is used in the process of diagnosis expert in the diagnosis of an indispensable fault symptom information.Axis path due to the effect of purification, the axis trajectory characteristics of the level of automatic extraction and automatic shape identification, directly affects the level of intelligent fault diagnosis expert system,So we need the axis trajectory comprehensive research.First set the rotor fault test-bed in the laboratory bench to simulate some of the typical rotor faults, such as imbalance, in the wrong, rotor bending, etc. On this basis, the structures, signal measuring circuit, including the data acquisition card, sensor, charge amplifier and filter device, to measure the axis trajectory radial displacement of two directions.Second axis trajectory measurement program, the program can real-time display the axis trajectory, and spectrum analysis, can also for data storage. To provide standards for axis path identification, and then compiled the axis trajectory simulation program, the axis trajectory of several typical faults are simulated.The recognition system is used as a means for identifying, invariant moment invariant moment calculation program, therefore, according to the features of the experiment, the moment invariant algorithm was improved, in order to meet the automaticidentification.Finally integrate the compiled program can display the axis trajectory and moment invariant can be calculated, and through experiments to determine the identification of the critical value, satisfies program meets the flexibility and accuracy, effectively realize online automatic identification. Key words:Axis trajectory;Virtual instrument; LabVIEW; Invariant moments目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论................................................ - 1 -1.1 课题的背景................................................................................... - 1 -1.2 国内外研究现状........................................................................... - 2 -1.2.1 旋转机械轴心轨迹研究现状 ............................................. - 2 -1.2.2 转子轴心轨迹自动识别研究现状 ..................................... - 2 -1.3 研究的意义和主要内容 ............................................................... - 4 -1.3.1 研究的意义......................................................................... - 4 -1.3.2 研究的主要内容................................................................. - 4 - 第2章转子振动机理和轴心轨迹特征 ......................... - 6 -2.1 旋转机械振动机理分析 ............................................................... - 6 -2.2 转子振动的基本特征 ................................................................... - 7 -2.3 常见故障原因及轴心轨迹的特征 ............................................... - 8 -2.3.1 转子不平衡......................................................................... - 8 -2.3.2 转子不对中......................................................................... - 9 -2.3.3 转子弯曲............................................................................. - 9 -2.3.4 转子碰磨........................................................................... - 10 -2.3.5 油膜震荡........................................................................... - 11 -2.4 轴心轨迹测试方法及信号分析 ................................................. - 12 -2.5 本章小结..................................................................................... - 14 - 第3章 LabVIEW应用程序设计............................... - 16 -3.1 数据采集和轴心轨迹合成 ......................................................... - 16 -3.2 轴心轨迹仿真程序..................................................................... - 19 -3.3 不变矩计算程序......................................................................... - 21 -3.3.1 不变矩方法简介............................................................... - 21 -3.3.2 不变矩计算方法............................................................... - 22 -3.4 相似度计算程序......................................................................... - 24 -3.5 轴心轨迹自动识别程序 ............................................................. - 25 -3.6 本章小结..................................................................................... - 26 - 第4章实验系统与实验结果................................. - 27 -4.1 实验台的结构设计..................................................................... - 27 -4.2 测量装置..................................................................................... - 28 -4.2.1 传感器与测量电路 ........................................................... - 28 -4.2.2 数据采集卡....................................................................... - 29 -4.2.3 数据采集卡基本性能指标 ............................................... - 30 -4.3 实验结果分析............................................................................. - 31 -4.4 本章小结..................................................................................... - 32 - 结论...................................................... - 33 - 致谢...................................................... - 34 - 参考文献.................................................. - 35 - 附录...................................................... - 37 -第1章绪论1.1课题的背景旋转机械是机械设备的重要组成部分并且占有相当大的比重，如机械、化工、电力、冶金等行业的机床、汽轮机、发电机、压缩机等都是典型的旋转机器,它们以转子及其他回转部件作为工作的主体,一旦发生事故将造成巨大损失。
大型旋转机械故障模拟实验试验台的设计
因为配 重盘 与 主轴 材 料均 为 硬铝 ，所 以基 本金 属 材料 均 能满 足 条件 ．但考 虑 到变 形 量 。定位 盘 的材
料选 择冷 拔黄 铜 ．
３．３ 主轴强度 的校核
本试验台共有两根主轴 ，均为阶梯光轴 ，材料为 ４０Ｃｒ．其主要作用是传递扭矩．轴上搭载配重盘 ，载
转速 所需 时 间为 ５ｍｉｎ．则 配重 盘 的角加 速度 ：ａ＝１０ ０００×２订／（６０×３００）＝３．４９ｒａｄ￣ｓ．
又知配重盘的转动惯量 ｔ，为配重盘本身的转动惯量如与配重块的转动惯量 的和．其中 ＝
ｍ盘 盘２／２＝２７ｘ１６０ｘ１０－３／２＝０．３４６ｋｇ·ｎｌ ，其 中 盘为 配 重 盘 的外 径 与 内径 之差 即 １６０ｍｍ； ＝ｍ块ｒ块 ＝Ｏ．０４ｘ
由于轴 承为油 润 滑 ，故 上底 座 留有漏 油孔 ．
３．２ 配重盘与定位盘 的外形结构设计及校核
配重盘是安装在主轴上的旋转装置 。通过在配重盘上安装配重块来模拟旋转机械在工作中所产生 的
转子不 平衡 等故 障．
（１）主轴最小直径 的确定．因为定位方法使得配重盘的设计不必考虑主轴结构 ，所 以主轴加工大大
０．１ ＝４ｘｌ０￣ｋｇ·ｍ２，其中 块为配重块质心到轴心的距离 ，那么 。，＿ ． ＋．， ０．３４６ｋｇ·ｍ２＋Ｏ．０００４ｋｇ·ｍ２＝０．３４７ｋｇ·
ｍ
２
￣
因此
配
重
盘
加
速
所
需
要
的
力
矩
Ｔ￣＝ａＪ＝３．４９ｒａｄ２／ｓｘ０．３４７ｋｇ·Ｉｎ ＝１．２１１Ｎ·１１３．
配重盘的加速度 由配重盘内圈与定位盘接触面的摩擦力提供．因此 内盘上的摩擦力 配／ｒ，其中 ｒ
旋转机械振动分析与故障模拟实验平台说明
旋转机械振动分析及故障模拟试验平台系统旋转机械振动及故障模拟试验平台系统由旋转机械振动及故障模拟试验平台、旋转机械振动信号采集与故障精密分析系统及便携式故障诊断仪与设备管理软件组成。
一、货物简要说明公司名称：_江苏千鹏诊断工程有限公司__二）旋转机械振动信号采集及精密故障分析系统1、说明：本系统完成现场振动信号的采集、基本的信号处理与常规诊断功能。
有以下功能：信号采集、实时显示、信号保存、时序列信号分析、频域信号分析、轴承精密诊断用的各种参数计算功能、齿轮精密诊断用的各种参数计算功能、轴承精密诊断功能、倒谱计算功能、寿命预测功能、静平衡与动平衡计算功能。
2、组成：由传感器（加速度3、激光转数仪1）、电缆线、接线端子、信号条理器、采集卡、采集软件、故障诊断软件组成。
3、主要参数：传感器：电压灵敏度：~10mV最大量程：~500分辨率：~0.04使用频率：0.5~12K恒流电源: DC: 2Ma ~4Ma/+15v~+28v安装方式: M5信号条理器：放大：X1 ，X10，X100恒流电压源: DC: 2Ma ~4Ma/+15v~+28v电压输入范围： 0～50Vp频响： 100Hz～20kHz（隔直）低通滤波转折频率： 100Hz、200Hz、500Hz、1kHz、2kHz、5kHz、10kHz、20kHz 8档衰减速率： -140dB/oct电压增益： 1、10、100 、1000 五档测量误差：＜2%失真度：＜1%噪声：＜20uVRMS供电电压： AC 220V±10%50Hz工作环境工作温度： -10℃～ +50℃工作湿度：＜85%RH（无冷凝）过荷：＞5Vp采集卡[ADA16-8/2(LPCI)]：支持总线：标准PCI；Low Profile PCI功能：输入，输出输入点数：4点输出点数：4点双向点数：--响应速度：200nSec(max.)操作电压：5VDC-TTL内部电源：- -输入回路：非隔离TTL电平输入(正逻辑)输出回路：非隔离TTL电平输出(正逻辑)模拟量输入输出机能：支持总线：标准PCI；Low Profile PCI功能：输入，输出输入路数：单端连接 8通道输出路数： 2通道精度： 16位A/D 变换： 10μSec/ch(max.)D/A 变换： 10μSec(max.)采集软件：信号采集、实时显示、信号保存故障诊断软件：（１）时序列信号分析１）同时显示正常状态和异常状态的信号２）时序列信号的分段处理３）计算时序列信号的有量纲和无量纲特征参数４）对信号进行规一化处理５）保存进行规一化处理后的信号６）保存有量纲和无量纲特征参数７）时域有量纲和无量纲特征参数的相对判定基准的制定８）根据有量纲和无量纲特征参数的相对判定基准判定设备状态（２）频域信号分析１）滤波器功能i)滤波频率可以任意指定ii)显示滤波后的时序列信号iii)保存滤波前后的频谱iv)保存滤波后的时序列信号２）两个信号的频谱的重叠比较３）显示频谱的时间变化４）根据正常状态时的频谱设定各频域的判定基准５）游标功能６）纵横坐标的扩大和缩小功能７）计算频域特征参数８）保存有量纲和无量纲特征参数９）频域有量纲和无量纲特征参数的相对判定基准的制定１０）有量纲和无量纲特征参数的综合诊断１１）根据有量纲和无量纲特征参数的相对判定基准判定设备状态（３）轴承精密诊断用的各种参数计算功能１）计算内外圈振动频率２）计算内外圈、滚子、保持架特征频率（４）齿轮精密诊断用的各种参数计算功能１）计算齿轮固有频率２）计算齿轮啮合频率、转频、侧频、协频（５）轴承精密诊断功能１）高频滤波２）包络线处理３）包络线频谱４）包络线频谱的游标功能（包括高次谐波游标）５）纵横坐标的扩大和缩小功能（６）倒谱计算功能１）同时显示正常状态和异常状态的倒谱２）游标功能２）纵横坐标的扩大和缩小功能（７）寿命预测功能１）利用各种特征参数预测寿命２）显示注意基准、危险基准３）给出最短寿命、平均寿命、最长寿命（８）静平衡与动平衡计算功能１）１面平衡法２）２面平衡法三）便携式故障诊断仪及设备管理软件（点检系统）便携式故障诊断仪设备管理软件（1）、数据传送测试仪的设定：设置测试仪初始采集参数采集数据的传送：传送测试仪采集信号至电脑，用于精密诊断分析（2）数据分析测试数据分析管理：显示出计量检测数据一览、计量检测数据图表。
转子系统机械振动故障模拟诊断实验台设计
转子系统机械振动故障模拟诊断实验台设计郭韶山; 杨华; 陈洋; 刘伟兵; 童瑞晗【期刊名称】《《南通职业大学学报》》【年(卷),期】2019(033)003【总页数】6页(P88-93)【关键词】旋转机械; 转子振动; 故障诊断; 实验台【作者】郭韶山; 杨华; 陈洋; 刘伟兵; 童瑞晗【作者单位】中天上材增材制造有限公司技术部江苏南通 226000【正文语种】中文【中图分类】TH165大型旋转机械如汽轮机组、离心式压缩机组等是石化企业、电力系统、冶金等行业的关键设备，旋转机械工作时，转子高速运转，故也称为转子机器。
由于转子的价格较高，故由转子故障造成的损失也在机器故障总损失中占比较大。
1980年初栖霞山化肥厂机组转子断裂，1985年镇海石化总厂机组转子毁坏，两次事故的损失达数千万元；1985年大同电厂2号机组，1988年秦岭电厂5号机组转子损坏，事故的经济损失均达一个亿[1]。
可见，转子一旦发生故障尤其是灾难性故障，将带来巨大的经济损失。
因此，利用已有的故障诊断理论分析排除实际现场的转子系统设备的故障具有重大的现实意义[2]。
本文设计一台应用于教学实验室的小型转子系统实验台，模拟机械生产现场出现的不平衡、不对中、基座装配松动、轴承和齿轮箱失效等转子系统故障特征，帮助学生通过直观实验，观察故障对应的特征频率，熟知机械故障诊断知识，掌握必备的故障预防和排除实操技能，同时，对机械故障诊断的未来发展趋势有所认知。
1 转子系统故障模拟实验台设计方案选择1.1 一级齿轮箱式-转子系统实验台实验台通过直流电机驱动转子构成旋转机械系统，可模拟检测转子不平衡、不对中，基座装配松动，轴承、齿轮箱失效等故障。
故障模拟类型丰富，但其齿轮的不平衡惯性力易导致主轴箱发生振动故障。
此外，因圆盘的质量不平衡须在圆盘上打出多个螺纹孔，而加工螺纹孔会有误差，易使整个圆盘的平衡量不均匀，导致误差增大，降低实验结果的准确性。
1.2 齿轮组移动式-转子系统实验台该转子系统实验台在一级齿轮箱式实验台的基础上，加入可移动的齿轮组和一个不平衡的质量盘，便于实验台对转子不平衡和齿轮箱进行故障检测。
转子试验台毕业设计
立式叶盘-转子碰摩测试实验台的设计与分析作者姓名：魏洪浩指导教师：***单位名称：机械工程与自动化专业名称：机械工程及自动化东北大学2013年6月The design and analysis of vertical blade disc-rotorrubbing test rigBy Wei HonghaoSupervisor:Li ChaofengNortheastern UniversityJune 2013毕业设计（论文）任务书立式叶盘-转子碰摩测试实验台的设计与分析摘要旋转机械是工业部门中应用最为广泛的一类机械设备，例如压气机、压缩机、汽轮机、各种工程机械以及其他许多重要机械设备都属于这一类。
叶盘-转子系统作为旋转机械的核心部件，在电力、能源、交通、石油化工以及国防等领域中发挥着无可替代的作用。
压气机这类大型旋转机械，在运行（特别是启动）过程中，在旋转部件和静止部件之间常会发生摩擦故障，导致机组振动超标甚至损坏。
这种动静件摩擦往往由其他故障引发，如转子质量不平衡、转子弯曲、转子不对中、间隙不足等等。
随着大型机组向着高性能、高效率发展，动静间隙变小，碰摩的可能性也随之增加。
因此研究碰摩振动的机理、正确诊断和预防碰摩对机组的安全至关重要。
本课题首先应用SolidWorks软件对立式叶盘-转子碰摩测试实验台进行设计并建模。
然后利用ANSYS 有限元分析软件，对叶盘模型进行静力分析、模态分析和谐响应分析，分析叶盘的固有特性。
再将整个试验台导入到仿真软件ADAMS中进行仿真，研究系统在正常运转时，叶片的受力情况，并分别用刚体和柔性体叶片进行仿真，分析其受力情况。
关键词：压气机立式试验台叶片有限元仿真柔体The design and analysis of vertical blade disc-rotorrubbing test rigAbstractRotating machinery is the most widely used class of mechanical equipment in the industrial sector , such as compressor, compressor, turbine, a variety of construction machinery and many other important mechanical equipment fall into this category.Blade-rotor system play an irreplaceable role as a core component of rotating machinery in electric power, energy, transportation, petrochemical and defense fields.For compressor and other large rotating machinery, friction faults are often occur in the running (especially startup) process between the rotating parts and the stationary parts,leading to excessive of the vibration or even damage the unit.This friction between rotor and Stator often caused by other faults, such as rotor mass unbalance, rotor bending, rotor misalignment, lack of space and so on.With large units toward high performance, high efficiency development and movement gap becomes smaller, the possibility of rubbing increases.Therefore, studying the mechanism of rubbing vibration , the correct diagnosis and prevention of rubbing on the unit's safety is very important.First, using SolidWorks software to design and modeling the vertical blade disc-rotor rubbing test rig.Then, using the finite element analysis software ANSYS, blade disk model for static analysis, modal analysis and harmonic response analysis, analysis of the inherent characteristics of blade discs.Then imported the rig into the software ADAMS to simulation.Researching the forces on the blade during the systems normal operation.The blade of rigid and flexible bodies were used to simulate, and analyze the forces.Keywords: Compressor,Vertical Test Rig,Blade,Finite Element,Simulation,Flexible body.目录摘要 (I)Abstract.................................................................................................................................. I I 第1章绪论.. (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状及发展动态 (1)1.2.1 国外研究现状及发展动态 (1)1.2.2 国内研究现状及发展动态 (2)1.3 本课题研究目的及主要研究内容 (2)第2章应用理论及软件概述 (3)2.1 SOLIDWORKS简介 (3)2.1.1 SOLIDWORKS概述 (3)2.1.2 SOLIDWORKS建模简介 (3)2.2 ANSYS简介 (4)2.2.1 ANSYS软件特点 (4)2.2.2 ANSYS在机械领域的应用 (5)2.3 ADAMS的理论基础和求解方法 (5)2.3.1 ADAMS软件简介 (5)2.3.2 ADAMS的理论基础和求解方法 (7)2.3.3 ADAMS 软件的特点 (8)第3章设计与外购件选用 (9)3.1 叶盘-转子系统设计 (9)3.1.1 叶盘的设计 (10)3.1.2 轴的设计 (13)3.2 轴承的选用 (14)3.3 箱体的设计 (14)3.4 滑台的设计 (16)3.5 机匣的模拟 (16)3.6 电机的选用 (17)3.7 试验台装配 (17)第4章叶片转子系统固有特性分析 (19)4.1系统建模 (19)4.2 静力分析 (19)4.2.1 静力分析基础 (19)4.2.2 施加边界约束和载荷 (23)4.2.3 求解分析以及结果后处理 (23)4.3 系统模态分析 (25)4.3.1 模态分析基础 (25)4.3.2 模态分析过程 (26)4.3.3 带有预应力的模态分析结果 (27)4.4 系统谐响应分析 (32)4.4.1 谐响应分析基础 (32)4.4.2 谐响应分析步骤 (34)4.4.3 利用ANSYS对转子谐响应分析的结果 (34)4.5 小结 (36)第5章基于ADAMS软件对实验系统进行仿真分析 (37)5.1 多体系统动力学基础 (37)5.2 对试验台运用ADAMS进行刚体运动仿真 (38)5.2.1仿真步骤 (38)5.2.2 仿真结果 (40)5.3对实验台运用ADAMS进行柔性体运动仿真 (42)5.3.1 仿真步骤 (42)5.3.2 仿真结果 (42)5.4 两种模型的仿真结果分析 (44)5.5 小结 (45)第六章总结与展望 (46)6.1 总结 (46)6.2 展望 (46)参考文献 (47)致谢 (48)附录英文资料及翻译 (49)第1章绪论1.1 课题背景及意义旋转机械是工业部门中应用最为广泛的一类机械设备，例如压气机、压缩机、汽轮机、各种工程机械以及其他许多重要机械设备都属于这一类。
立式轴承-转子试验台设计
２０ ０ ８年 １ ０月
润滑与密封
Ｌ ＵＢＲＩ ＣＡＴ ＯＮ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
轴 承一 子 试 验 台 ，并 讨论 了试 验 台 的结 构 、润 滑剂 供 给 系统 和测 量 系统 的设 计 以及 实 现 方 法 。该 试 验 台能 够 进 行 多 种 转
转子动 、静力学实验研究，并具备机械振动监测 、故障模拟等多项功能 。 关 键 词 ：水 导 轴 承 ；试 验 台 ；立 式 结 构
Ｉ 电 机 ２联 轴 器 ３ 推 力 轴 承 ４ 上 导 轴 承 ５ 主 轴 ． ． ． ． ．
６ 位 移 传感 器 安装 架 ７ 下导 轴承 ８ 基 座 ． ． ．
在质量偏心时 ，又会使径 向载荷 的方向不断变化 。以
根 据 立式 结 构轴 承一 子试 验装 置 的基本 要 求 ， 转 试验 台设计可分 为机 械系统 （ 括机 架 、驱动 系统 、 包
润滑剂供给 系统 ） 和计算 机数 据采集 系统两大部分。
２ 试验装置的基本结构 及工作原理
上 因素导致很 多在 卧式轴 承一 子系 统 中使 用 比较 成 转 熟 的设计计算 和试 验方 法 无法 应 用在 立式 结 构 的轴 承一 转子 系统中。为此 ，本文 作者 研制 开 发 了立式 结 构试验 台，为立式 结构 轴 承一 转子 系统 的研 究 提供试 验平 台 ，以便 于更 深入 地对 轴 承一 子系统 的 动力 学 转 特性 、状态评估 、故障诊断和寿命预测开展研究 。 １ 立式轴承一 转子试验 台的功能
多功能旋转机械故障自愈调控实验台
４
５
６
７
８
＿ ＿在 ＿ Ｅ Ｅ
—４忡— 忡４忖 上 ＼
１ 电主轴．２轴位移故障 自 台位，３ 台位 ２ ４ 台位 ３ ． ． 愈 ． ，． ， ５ 台位 ４ ６ 台位 ５ ７ 台位 ６ ７底座 ． ，． ，． ．．
从上世纪 ６ 年代开始， Ｏ 随着状态监测和故障诊 断技术的发展， 工业企业逐 步实施 了预知维修和智
能维 护 并采用 了 紧急 停车 联锁 系统 。但 联锁 停 机仍
结构， 用来进行轴位移 自愈调 控实验以及蜂 窝密封 性能研究；，， 。 台位 串联， ３４ ５ ６ 为两支撑三圆盘单跨
转子 系 统 ， 主要进 行 转子 系统 故 障机理 的研 究 ， 系 轴 耦联 动 平衡研 究 ， 维对 中［及 主动 平衡 研 究 ； 六 ６ ］ ７为
图 １ 实验 台整体结构简图
Ｆｉ ． Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｏ ｘ ｅ ｍｅ ｔｒ ｔｕ ｔ ｒ ｇ１ ｃ ｅ ｔ ｆ ｐ ｒ ｎ ｇｓｒｃｕｅ ｃ ｅ
２ １ 第一台位的设计方案 ．
推 力 平 衡 盘 在旋 转 流 体 机械 中十 分 常 见， 要 主
或太 大 ， 可 能会 使机 械轴 向位移变 大 ， 都 造成 连锁 停 车， 影响 正常 生 产。针 对此 类 故 障， 开发 了轴 位 移故
１ 多 功能轴位移 故障 自愈调控实验 台
整体 结构
如图 １ 所示， 本实验台按六台位设计， 为 闭式 ２
收稿 日期 ： ０ ５０ ０ ２ ０ ．５１ 基金项 目：国家 自然科学基金（ ０ ７ ０ ４ ５３５ １）
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第 １期
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摘 要目前，大型旋转机械已经广泛应用于电力，石化，航空冶金，能源和工程机械等行业，并起到关键性作用。
而随着应用的广泛，旋转机械随之发生的故障也越来越多，从而发生重大事故。
如何预防此类事故已经成为现代机械行业房展的主要方向。
首先，本文在认真研究了国内外性能测试和故障诊断文献的基础上，对现有理论、装置、方案进行了调研、总结，并且针对现有装置的缺陷和不足，结合教学所需高转速、大功率实验台方案，完成了旋转机械实验台的机械系统方案设计。
本实验系统最高转速可达10000r/min，电机功率45kw，包含如电机，联轴器，减速器，增速器等部件。
此外，本文对于实验台所需标准件进行了选型和校核，对于专用部件进行了结构设计与测算。
最后，在此基础上应用三维制图软件solid works进行了三维建模，生成了各部件的零件图与整个实验台的装配图。
关键词：大型旋转机械，性能测试，故障诊断AbstractAt present, the large rotating equipments have been widely used in power plant, petrochemical, metallurgical, energy and aviation engineering machinery industries, and plays an important role. But along with applications of rotating machinery, the fault occurred now and more and more, thus a serious accident. How to prevent such accidents has become the modern machinery industry the main direction of exhibitions. Based on the study of the performance test and fault diagnosis literature at home and abroad. Through the study and summarization of the existing theory, devices, we concludes the shortcomings of existing devices and inadequate, and a plan of the design of programs and targets is conceived, and carry on product design and development is carried, completed a rotating mechanical properties testing test-bed. The details of the mechanical structure of its size are received through designing and calculating. On the base of complete of the mechanical structure design, the assembly and parts map are completed by AutoCAD. And a three-dimension model is established by solid works. It laid the foundation of further exercise simulation.Key words：Large rotating equipment, performance testing, fault diagnosis目 录第一章 绪 论 (1)1.1选题背景 (1)1.2旋转机械性能测试概况 (1)1.2.1旋转机械常见故障 (1)1.2.2旋转机械实验台现状 (3)1.3 课题的提出 (4)1.4论文研究内容 (5)1.4.1研究的基本内容，拟解决的主要问题 (5)1.4.2研究步骤、方法 (5)第二章 旋转机械模拟试验台的总体结构设计 (6)2.1机械传动方案设计 (6)2.1.1 旋转机械模拟试验台的性能指标 (6)2.1.2 旋转机械模拟试验台的故障模拟（如图2-1） (6)2.1.3机械传动方案设计 (7)2.2电机的选择 (8)2.2.1电机需要满足的技术要求 (8)2.2.2电机的选择 (8)2.3.1增速器的性能指标 (9)2.3.2增速器的选择 (9)2.4联轴器的选择 (10)2.4.1联轴器的性能指标 (10)2.4.2联轴器的选择 (11)2.4.3联轴器的选择原则 (12)2.5转子轴承的选择 (13)2.5.1转子轴承技术参数 (13)2.5.2轴承的选择 (13)2.5.3 轴承的使用寿命 (15)2.6 负载器件的选择 (16)2.6.1 负载器件选择要求 (16)2.6.2 负载器件的选择 (16)2.7减速器的选择 (19)2.8本章小结 (19)第三章 主要部件的结构设计与强度校核 (20)3.1 主要部件的结构设计 (20)3.1.1.配重盘的定位方方案设计 (20)3.1.2配重盘与定位盘的外形结构设计及校核 (24)3.1.3 试验台底座的设计 (29)3.1.4 部件底座的设计 (31)3.1.5 轴承底座的设计 (31)3.2主轴强度的校核 (33)3.3 本章小结 (34)第四章 三维造型 (35)4.1软件介绍 (35)4.2零件图绘制 (37)4.3 总体装配图 (40)第五章 结论与展望 (41)5.1结论 (41)5.2对进一步研究的展望 (41)参考文献 (43)致 谢 (45)第一章绪论1.1选题背景改革开放以来，国家各方面事业蓬勃发展，取得了举世瞩目的成就。
同时人才成为社会发展至关重要的组成部分，新时代的人才不仅要求专业知识扎实、知识面广，而且要求解决实际问题的能力强。
随着高等工科学校教育改革的深入，以及社会对培养现代化的高级人才的要求，学生在大学里在学习技术基础课程、掌握基本技能和知识的同时，要求当代的工程型、研究型人才具有工程设计的综合能力和创新能力。
为此，作为将来从事机械产品的设计、制造以及与此相关的工程技术人员，在掌握机械设计方法、理论的同时，需要通过较完整的实验教学的训练，使学生掌握机械产品的性能测试的综合能力，从而使学生学会应对分析工程问题、解决问题的能力。
然而实验是学生验证课堂所学理论的重要手段，是理论联系实际的不可或缺的环节。
如何把学生推到实验主体的位置上，充分挖掘和发挥学生的主动性和创造性，引导他们向自己的未知领域迈进，是至关重要的。
因此，我们拟自行设计一台集故障分析，教学模拟等功能于一身的旋转机械模拟试验台。
1.2旋转机械性能测试概况1.2.1旋转机械常见故障大型旋转机械故障是指旋转机械的功能失常，即其动态性能恶化，不符合技术要求。
例如，旋转机械运行失稳，机械发生异常振动和噪声、机械的工作转速和输出功率发生变化以及介质的温度、压力、流量异常等。
旋转机械发生故障的原因不同，所产生的信息也不一样，根据机械特有的信息，可以对旋转机械故障进行诊断。
旋转机械的主要功能是由旋转动作完成的，转子是其最主要的部件。
旋转机械发生故障的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。
转子常见的故障有转子不平衡、转子不对中、转子弯曲、油膜涡动和油膜振荡等。
（1）转子不平衡在旋转机械中，若转子的质心与旋转轴不重合，就存在不平衡。
转子不平衡包括转子系统的质量偏心及转子部件出现缺损。
转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的，称此为初始不平衡。
转子部件的缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢以及转子受疲劳力的作用使转子的零部件(如叶轮、叶片等)局部损坏、脱落、碎块飞出，造成新的转子不平衡。
转子质量偏心和转子部件缺损是2种不同的故障，但其不平衡振动机理却有共同之处。
（2）转子不对中机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。
由于机器的安装误差、承载后的变形以及机器基础的沉降不均等，造成机器工作状态时各转子轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差，统称为转子不对中。
不对中是旋转机械故障中最为常见的故障之一，旋转机械故障中转子系统故障诊断的60%是由不对中引起的。
具有不对中故障的转子系统在其运转过程中将产生一系列有害于设备运行的动态效应，如引起设备的振动，机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳和轴的弯曲变形等，导致机器发生异常振动，危害极大。
（3）转子弯曲转子弯曲包括转子弓形弯曲和临时性弯曲2种故障;而每1种又分为中间弯曲和端部弯曲2种。
转子弓形弯曲是指转子轴呈弓形，它是由于转轴结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当等原因造成的。
发生永久性弯曲变形是由于热态停机时未及时盘车、热稳定差、长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的。
转子临时性弯曲是由于转轴有较大预负荷、开机运行时暖机不足、升速太快、加载太大、转轴热变形不均匀等原因造成的。
转轴弓形弯曲与转轴临时性弯曲是2种不同的故障，但其故障机理相同。
转速无论发生弓形弯曲还是临时性弯曲，它都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力，同时在轴向发生与角频率相等的振动。
这2种故障的机理与转子质量的偏心相同。
此外，旋转机械常见的故障还有转子与静止部件发生摩擦引起的故障、转子支承系统联接松动引起的故障、密封和间隙动力失稳引起的故障、转轴具有横向裂纹引起的故障等等，这些故障具有各自的机理和特点，这里不再赘述。
1.2.2旋转机械实验台现状近年来，随着试验装置的迅速发展，设计性、综合性和创新性试验台的市场需求量逐年上升。
各个高校为适应教学需要，都相继设计制造了自己的实验台，品种多样，较好的给学生提供了书本外动手实践的条件，但是大功率，高转速，集实验与研究，故障分析检测于一身的多功能实验台却并不多见。
（1）渝州大学的旋转机械故障诊断试验台(见图1-1)本实验台由：电机，故障齿轮，联轴器，平衡盘，发电机，轴承座，加载器，故障轴承和一面两销组成。
它有操作方便，做不同故障实验时，更换故障元件简单迅速，满足教学要求。
传感器安装方便，故障信息输出明显，窃据偶单一性，信噪比高，学生容易获得与故障相对应的频谱图，增强感性认识。
图1-1 渝州大学的旋转机械故障诊断试验台（2）旋转机械故障诊断与实验装置(见图1-2)本装置用于工程技术领域。