论文总字数：21389字

摘 要

随着人类步入现代社会后，运动学以及动力学的理论知识获得了蓬勃的发展，机械制造技术同样有了极大地进步，很多旋转机械开始渐渐地深入到航天、航海、车运等各种现代化工业部门。然而在现代生活中，由于转子本身质量不平衡，造成了大概60 ～70 %的旋转器械振动过大。转子的轴系平衡状态可能会随着组件安装、运行状态变化、磨损、甚至零件脱落等因素而产生变化，转子的中心承力主轴有可能随着这些原因而偏离旋转轴线,随着转子不停作旋转运动时,其本身很有可能会因此而产生不平衡的离心力,对此我们可以称它为转子不平衡。不平衡的转子很有可能会因为轴承在不停的发生周期性的振动从而对生产、生活等造成多方面严重的危害。但是采用先进平衡技术与器材便会提高平衡效率,这会给我们带来巨大的经济收益。所以对于动平衡分析领域的研究在科学和工程方面都拥有着极其重要的价值。

本课题以C8051F005单片机为核心设计了一款基于单片机的动平衡分析系统。该系统采用模拟信号输入,经AD,数据采集,频谱分析，最终在液晶屏上画波形曲线，显示分析数据,完成示波器功能。

关键词：C8051F005；单片机；FFT频谱分析；A/D转换；数据采集

Abstract

With the man entered the modern society, the kinematics and dynamics theory knowledge obtained the vigorous development, mechanical manufacturing technology also has the great progress, a lot of rotating machinery began to gradually deep into the aerospace, marine, transportation vehicles, such as all kinds of modern industrial sector. However, in modern life, due to the uneven quality of the rotor itself, resulting in about 70% ~ 60 of the rotating equipment vibration is too large. Rotor shafting balancing state may change with the installation components, change of operation state, wear, or even part off factor and center of the rotor bearing spindle is may with these reasons and deviate from the axis of rotation, with the rotor continuously rotates, the body is likely to will therefore unbalanced centrifugal force, to this we can call it the imbalance of the rotor. Unbalanced rotor is likely to occur because of the bearing in the periodic vibration of the production, life, and so on, resulting in a number of serious harm. However, the use of advanced technology and equipment to balance the balance of efficiency, which will bring us huge economic benefits. So the research in the field of dynamic equilibrium has a very important value in science and engineering.

This topic with the C8051F005 microcontroller as the core design of a microcontroller based dynamic balance analysis system. The system uses analog signal input, through the AD, data acquisition, spectrum analysis, and finally in the liquid crystal screen to draw the curve of the waveform, showing the analysis of data, complete the oscilloscope function.

Keywords: C8051F005; single chip microcomputer; FFT spectrum analysis; A/D transform; data collection

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 课题背景 1

1.2 课题目的及意义 2

第二章 动平衡分析原理 3

2.1 转子动平衡 3

2.1.1有关基本概念 3

2.1.2 对于刚性转子的平衡 3

2.2 动平衡机的工作原理 4

2.2.1 动平衡机面临的问题 4

第三章 系统整体设计及器件选择 5

3.1系统整体架构 5

3.2微处理器的选择 5

3.2.IC8051系列微处理器 5

3.2.2 SoC技术的优势 8

3.3 LCD屏幕的选择 8

第四章 软件编程 9

4.1 系统开发工具 9

4.2 软件的整体框架设计 9

4.3 软件主要模块程序设计 10

4.3.1 初始化程序设计 10

4.3.2 LCD显示函数 11

4.3.3 ADC的中断 11

4.4 软件调试 11

4.5 系统结果及分析 12

结 论 13

致 谢 14

参考文献 15

附录 系统部分程序 16

第一章 引言

1.1 课题背景

很多种运输工具、器械装置、仪表设备等的振动是一种普遍的现象。对于一部分运用振动原理工作的器械来说，振动是有利的，相对的，对于其他普通器械来说，振动是有害的。振动会使零部件承受额外的动负荷，造成振动，从而产生了噪音，加快了轴承损耗，降低了机械的寿命，严重时甚至有可能造成灾难性事故。因此，我们首先考虑的是对转子进行平衡来消除或减少旋转器械的振动。到目前为止,转子动平衡技术的主要研究领域更多的在动平衡检测、不对称不平面模态的转子平衡、没有试重的平衡以及自动平衡等技术方面占有很大比重。尽管目前应用于现场动平衡的机械和计算机系统已经发展了很长时间了, 然而无论是简单的相位仪或者动平衡仪始终没有能够符合现场工作的要求,不可能用一套仪器同时满足准确的振动检测、全面的振动信号分析和诊断、多测点多平衡面同时平衡、偏摆去除、配重计算与优化、数据库管理、减少启动次数平衡、令平衡工作过程进而较少依赖于经验等要求, 并且还要采用先进的计算机和工业控制方面的技术、采用先进的系统集成思想、使用维护简单、经得起现场实操。所以，我们更应该在这个方面不断努力，从而渐渐地解决现场平衡的复杂性等困难。

机械振动的定义可以看成是物体其中的一部分或者是全部遵循着一定的规律或周期，沿着直线或是曲线进行着往返颤动。人们为了简便也把它简称为振动。现在我们的生活和生产中都会触及到各种各样的振动源，例如风动工具，火车，卡车，船只和自行车等。 振动量就是用来观察振动大小的一种量，一些部件的寿命的损耗就和振动量有很多的关系，其中包括物体的位移，速度以及加速度， 只要振动的幅度加强，可能便会对器械的某些部件造成一定的破坏，造成其功能失去作用，可能便是因为某个部件失去作用，造成可怕的事故都是有可能的。振动能够分成很多种类，根据造成的原因分类，能够分成自激振动，受迫振动以及自由振动。 假如根据振动的规律分，能够分成简谐振动，随机振动等等。当然同样能够依照其他各种各样的因素对振动进行划分。我们最常见的振动是简谐振动。

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