動平衡機是隨著旋轉機械的發展而發展起來的，用于消除旋轉部件不平衡帶來的負面影響，提高機器的工作精度和穩定性，延長使用壽命，避免事故的發生。在汽車、軌道車輛、陀螺儀、航空航天、導彈、化工、食品等領域，動平衡技術和設備都是必不可少的一環。因此，如何進一步提高動平衡檢測精度仍然是目前亟須解決的關鍵問題。
對于高速旋轉工件來說，動平衡指標是重中之重，目前國產動平衡檢測設備，價格雖然低廉，但測量精度不高，對于低速、低精度動平衡檢測領域，國產設備尚能夠滿足國內需求，然而，國內動平衡檢測設備在高速、高精度動平衡檢測領域的測量精度和性能無法滿足需求。我國對于高精度測量的需求較大，只能依賴進口產品，增加了企業動平衡檢測成本和產品的生產負擔。因此，國產高精度動平衡檢測設備技術的研究亟待加強，必須瞄準國際先進水平，提高我國在高速、高精度動平衡檢測領域的水平。技術突破可降低工程造價，解決備品、備件問題，同時也可以帶動國內相關機電產品的技術進步和產業發展。
同時，動平衡檢測設備關鍵技術的自主研發，不僅可以為平衡檢測系統的研究和開發提供新的思路和方法，而且對動平衡相關理論的研究也具有重要的意義，能夠促進我國動平衡行業的發展。
本書基于對國內外動平衡機動平衡檢測技術的發展現狀和研究成果的考慮，對該技術存在的問題進行了分析，并提出了研究內容和思路，而且對動平衡理論和平衡檢測誤差進行了研究和分析。通過對基于長耳鸮翅膀結構的氣懸浮動平衡機仿生機理的分析和設計，探究了氣懸浮動平衡測量的基本原理，并設計出了氣懸浮動平衡檢測平臺來進行模擬仿真。隨后，運用遺傳算法對平衡機結構參數進行優化，并進行實驗驗證。本書還研究了動平衡測量信號處理方法，尤其是轉子不平衡特征信號的高精度提取和去噪技術，通過準則閾值去噪法和粒子群優化改進的BP神經網絡的數據融合技術對不平衡量特征信號進行去噪和提取，確保測量系統的穩定性和高精度。本書介紹了在動平衡機系統中應用ERP和MES系統的管理方式，利用WiFi技術實現平板電腦向云服務器的數據傳輸，提高企業的生產管理水平。最后，本書闡述了應用上述技術和方法研發的盤式轉子氣懸浮動平衡檢測試驗臺物理樣機，并進行了實驗驗證。
本書旨在介紹動平衡技術的發展歷程、原理及其在旋轉設備制造過程中的應用，并深入探討國產高精度動平衡檢測設備技術的研究現狀和發展趨勢，希望能為動平衡行業的發展和相關領域的技術進步做出貢獻。
本書在出版過程中，得到了吉林省科技廳重點研發項目（項目編號：20220201051GX）的大力支持，使得本書順利完成。在此一并表示衷心感謝！
由于著者水平及時間有限，書中不妥和疏漏之處在所難免，懇請讀者不吝指正。
著者
2023年8月
第1章緒論001
1.1動平衡機研究背景及意義002
1.2動平衡機分類和組成004
1.2.1動平衡機的分類004
1.2.2動平衡機的組成005
1.3國內外研究現狀006
1.3.1國外研究現狀006
1.3.2國內研究現狀011
1.3.3當前存在的問題和不足017
1.4本書的研究內容與研究思路017
1.4.1主要研究內容017
1.4.2研究思路018
第2章動平衡理論研究與誤差分析020
2.1引言021
2.2動平衡測量特性分析021
2.3轉子不平衡分類024
2.4盤式轉子動平衡測量基本原理031
2.5盤式轉子氣懸浮動平衡測量基本原理033
2.5.1盤式轉子與靜不平衡量之間的關系034
2.5.2盤式轉子與偶不平衡量之間的關系036
2.5.3雙面分離算法036
2.6實驗裝置的組成與功能分析038
2.6.1實驗裝置的組成038
2.6.2測量控制軟件系統039
2.6.3氣懸浮立式動平衡測量系統設計的關鍵技術問題045
2.7本章小結045
第3章氣懸浮動平衡檢測試驗臺仿生機理研究047
3.1引言048
3.2仿生長耳鸮翅膀形態特征與建模048
3.2.1長耳鸮翅膀表面生物特征提取和映射048
3.2.2翅膀表面結構建模053
3.2.3翅膀攻角特征建模053
3.3基于長耳鸮翅膀攻角仿生懸浮盤模型仿真分析054
3.3.1流體動力學控制方程054
3.3.2建立湍流模型055
3.4盤式轉子氣懸浮動平衡檢測試驗臺結構設計與優化058
3.4.1基于遺傳算法的長耳鸮翅膀仿生結構優化建模058
3.4.2實驗測試061
3.5氣體靜壓球面支承系統穩定性控制技術062
3.5.1懸浮轉子受迫振動062
3.5.2轉子自激振動及控制技術063
3.5.3氣體壓力自適應PID控制方法065
3.6本章小結070
第4章動平衡測量信號處理方法研究071
4.1引言072
4.2動平衡檢測信號的特點072
4.3不平衡量特征信號預處理072
4.4小波降噪理論074
4.5動平衡測量信號處理方法研究077
4.5.1FIR數字濾波077
4.5.2FIR數字濾波算法078
4.5.3遺傳算法優化單位脈沖響應079
4.5.4相關參數對計算結果的影響080
4.5.5基于遺傳算法的信號識別技術081
4.5.6信號識別的實現過程082
4.5.7相關參數對計算結果的影響083
4.6動平衡信號的去噪處理084
4.6.1閾值法去噪084
4.6.2分解層數的確定088
4.6.3分解層數的自適應控制090
4.6.43準則閾值去噪092
4.7數據預處理094
4.8數據融合算法096
4.8.1BP神經網絡097
4.8.2改進的BP神經網絡099
4.8.3粒子群優化改進BP神經網絡101
4.8.4加權數據融合103
4.8.5基于多項式Chirplet變換的變轉速瞬時故障基頻估計104
4.8.6STFT-SC算法瞬時故障基頻估計108
4.9實驗對比110
4.10本章小結114
第5章動平衡機網絡化實現115
5.1引言116
5.2ERP和MES在動平衡系統中的應用116
5.2.1ERP系統概述116
5.2.2MES系統概述117
5.2.3ERP與MES在動平衡檢測系統中的應用117
5.3轉子動平衡測試追溯119
5.4動平衡機系統的網絡通信121
5.4.1WiFi技術的特點與優勢121
5.4.2Android平臺的體系結構123
5.5本章小結127
第6章盤式轉子氣懸浮動平衡檢測試驗臺樣機開發與試驗129
6.1引言130
6.2設計試驗臺系統結構130
6.2.1試驗臺目標130
6.2.2試驗臺設計原則130
6.3試驗臺結構模型132
6.4氣懸浮動平衡檢測系統135
6.5樣機開發與測試141
6.6實驗結果147
6.7本章小結148
第7章結論與展望150
7.1主要結論151
7.2創新點152
7.3展望153
參考文獻154
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