单跨转子试验台设计-中北大学课程设计.doc

目 录 目 录 I 第一章 单盘转子试验系统总体设计方案 1 1.1 概述 1 1.2 转子实验台整体设计 1 1.3 转子实验台参数确定 2 第二章 机械部分设计 3 2.1 转轴与圆盘的设计 3 2.2 电动机的选择 4 2.3传动轴的选择及强度校核 6 2.4 联轴器的选择 8 2.5 轴承的选择 9 2.6 传感器安装支架及电机支架的设计 10 2.7 实验台底座的尺寸设计 11 2.8 装配图一份 12 第三章 数据采集测控部分设计 13 3.1 总体方案概述 13 3.2 传感器的选型及布置 13 3.3电机调速方案选择与电路设计 18 3.4数据采集模块的设计 24 第四章 转子实验台虚拟仪器系统的开发 26 4.1 虚拟仪器概述 26 4.2 虚拟仪器的开发软件 26 4.3 转子实验台虚拟仪器的设计 28 4.4 虚拟仪器数据处理方案设计 29 4.5 虚拟仪器数据处理方案仿真 29 课程设计总结 31 参考文献 32  第一章 单盘转子试验系统总体设计方案 1.1 概述 单盘转子实验系统是进行转子多种振动实验的实验设备。它可以模拟多种旋转机械的振动情况，并可通过数据采集系统与转子系统对系统振动情况（转速、振幅、相位、位移）进行采集、测量与分析。该系统可以进行转子动平衡、临界转速、油膜涡动、摩擦振动、全息谱和非线性分岔图等实验，是一套非常适合于教学、科研和培训演示的转子实验系统。 1.2 转子实验台整体设计 该实验台设计为滑动轴承支承的单盘转子系统，实验台的整体结构如图1-1所示： 图 1-1 单跨转子实验台 转子实验台的转轴在电机的带动下高速旋转，转子的微小偏心都会引起很大的离心力，而且在碰摩时还会承受冲击载荷。为防止转轴变形并保证其有较高的精度，选用材料为45#钢，45#钢为常用中碳调质结构钢。具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。 在转轴的中间位置安装圆盘．同样选用45#钢，在圆盘两侧的圆柱突缘上分别加工两个径向螺纹孔，采用紧定螺钉通过这些径向螺纹孔将圆盘与转轴固定。在圆盘的边缘沿轴向对称加工一些螺纹孔，用于调节转子的平衡和模拟转子的偏心故障。轴与转盘的配合选取H9/h8，该配合为间隙定位配合，零件可自由拆装但能实现定位，避免了由于转轴和圆盘内孔的间隙引起的偏心误差。 转子实验台的轴承使用整体式的滑动轴承。滑动轴承能够在高转速运行，并且能够承受大的冲击和振动载荷。为使结构简单，滑动轴承没有密封。但这样会使轴承容易磨损，因此轴承用耐磨性较好的铜合金制造，并在轴承和轴承座的顶部开设油孔以便能随时加入润滑油进行润滑。轴承支座与滑动轴承要实现完全固定，采用中等压入配合H7/s6；轴与铜套的配合选取D9/h9，该配合用于间隙很大的自由转动配合，且可用于高转速场合。在实际加工时为保证加工精度，先加工好轴承支座，将加工完外表面的轴承压入轴承支座，然后再加工轴承内表面和油孔。 底座采用灰口铸铁，铸铁中的石墨组织松软，能够吸收震动，使得铸铁具有良好的消震性。底座进行消除内应力的退火处理，以避免底座因应力的重新分布而引起的变形，保证底座表面的平面度，从而确保两个轴承处具有相同的轴心高度。底座上表面的中心线上加工了一个斜半圆槽，并在槽的末端加工了收油孔装置，方便了油品的回收。在底座的两侧加工了两排螺纹孔，用于轴承座、电机支座和传感器的固定，方便调整各个部件的位置。 1.3 转子实验台参数确定 在确定转子实验台各个零件的参数时，主要考虑了转子的临界转速、转轴强度和轴承的承载能力。整体设计思路为：参照其它的成品实验台并根据经验初步确定转子及轴承的参数，然后计算转子的临界转速、校核转轴强度和轴承的承载能力，若满足要求则在此基础上确定其它零件的参数。 已知实验台固有频率在60Hz附近，初选两支座之间轴的跨度为L=500mm，轴的直径d=12mm，圆盘的直径D=62mm，宽度为15mm。轴选用45#钢，弹性模量E=210GPa。轴承采用锡青铜合金，内径d=14mm，宽度为20mm 。  第二章 机械部分设计 2.1 转轴与圆盘的设计 2.1.1 转轴的设计 转轴的轴长L=500mm，轴颈d=12mm。弹性模量，密度为 。 转轴的质量为,则。转轴的示意图如下： 图 2-1 转轴示意图 2.1.2 圆盘的设计 固有频率为60Hz的单跨转子实验台，设圆盘的质量为，厚度为b,直径为D。 轴的截面惯性矩： 刚度： 固有频率： ,可得m=0.56kg。 转子与圆盘系统可简化为受到一集中载荷的均质等截面简支梁，则m为转轴与圆盘的等效质量： ，圆盘质量0.342kg。 圆盘材质同样选用45#钢，设圆盘厚度,凸出部分直径每边厚5mm，则。 ，则圆盘直径=60mm。圆盘设计图如下