干式真空泵整机性能及关键部件可靠性测试方法研究

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干式真空泵是未来真空泵的发展趋势,具有广阔的市场。但国产干式真空泵的可靠性不高,平均无故障运行时间短,这阻碍了国产干式真空泵的发展。为了提高干式真空泵的可靠性,本文进行了干式真空泵整机性能及关键部件可靠性测试方法的研究。首先,设计和搭建了基于力控组态软件的整机监测平台,对泵的运行状态及运行过程中的动态参数进行提取,为设计人员提供了基础数据。针对干式真空泵的剐蹭故障,研制了一套基于硬件包络解调原理的电路,成功的提取了故障信号。其次,轴承是干式真空泵的关键旋转部件,对可靠性的影响很大。本文利用振动测试的方法,综合振动有效值、峭度、倒频谱、包络谱等信号特征,对故障轴承的故障原因进行分析,在此基础上制定了一套轴承检测工艺规程,保证了装机轴承的可靠性。再次,针对干式涡旋真空泵的振动平衡问题,从其工作原理、机械动力学模型、渐开线型线的理论偏心等方面进行了分析。提出了核心部件的动平衡设计方法并用SolidWorks进行了三维建模,其中包括动涡旋盘的质心调整,扇叶上下两个扇区厚度差异设计,完成了整套的动平衡工艺方法,并用Fluent对关键部件进行空气动力学的仿真,并依此设计和制作了专用夹具。通过整套的平衡工艺,涡旋泵整机动平衡精度可达0.2g以下,工作过程中的振动数值降到1mm/s左右,减振效果明显,平均用时15分钟,生产效率得到了极大提高。通过以上三方面的工作,获取了干泵运转过程中的动态数据;成功提取剐蹭故障信号;确保了装机轴承的质量;降低了涡旋泵的振动幅值,有效的提高了干泵产品的可靠性品质。
摘要第6-7页
Abstract第7-8页
第1章 绪论第12-16页
    1.1 真空泵简介第12页
    1.2 干式真空泵第12-13页
        1.2.1 干式真空泵的定义第12页
        1.2.2 干式真空泵的应用领域第12-13页
    1.3 国内干式真空泵发展现状第13-14页
    1.4 研究的内容和意义第14-16页
        1.4.1 本课题要解决的问题第14-15页
        1.4.2 研究的意义第15-16页
第2章 整机监测平台的搭建第16-40页
    2.1 爪泵的功能特点第16-17页
    2.2 基于组态软件的监控系统第17-31页
        2.2.1 力控组态软件的原理与特点第17-19页
        2.2.2 力控组画面的制作第19-21页
        2.2.3 监控平台的I/O设备驱动第21-23页
        2.2.4 创建实时数据库第23-24页
        2.2.5 动态画面连接第24-25页
        2.2.6 程序脚本动作第25页
        2.2.7 传感器的选取第25-29页
        2.2.8 智能模块的选取第29-30页
        2.2.9 Modbus通讯第30-31页
    2.3 基于硬件包络解调的故障检测第31-39页
        2.3.1 多级爪泵剐蹭故障原因与特点第31-33页
        2.3.2 传感器原理及其选型第33-35页
        2.3.3 压电传感器供电电路第35页
        2.3.4 状态变量滤波器电路设计第35-37页
        2.3.5 全波检波电路第37-39页
    2.4 本章小结第39-40页
第3章 干式真空泵轴承故障检测第40-58页
    3.1 干式真空泵轴承工作环境分析第40-41页
        3.1.1 干式真空泵轴承的安装结构第40-41页
        3.1.2 干式真空泵轴承的润滑环境第41页
    3.2 滚动轴承的常见故障形式及其原因第41-42页
    3.3 基于振动信号的轴承故障检测第42-49页
        3.3.1 基于振动信号的轴承故障检测的发展第42-43页
        3.3.2 振动信号的时域分析法第43-45页
        3.3.3 振动信号的频域分析法第45-46页
        3.3.4 振动信号的包络分析法第46-49页
    3.4 智能化轴承振动检测仪的原理及功能第49-51页
        3.4.1 软硬件系统构成第50页
        3.4.2 功能分析第50-51页
    3.5 轴承测试实验第51-57页
        3.5.1 企业内部轴承使用规程的确立第51-53页
        3.5.2 角接触轴承(C211HY1)故障诊断第53-57页
    3.6 本章小结第57-58页
第4章 干式涡旋真空泵振动平衡工艺第58-80页
    4.1 干式涡旋真空泵的发展现状第58-60页
        4.1.1 国内市场前景第58-59页
        4.1.2 国内外干泵的产品和特点第59-60页
    4.2 干式涡旋真空泵的工作原理及结构第60-61页
        4.2.1 干式涡旋真空泵的排气原理第60页
        4.2.2 干式涡旋真空泵的结构第60-61页
    4.3 动涡旋盘三维模型的建立第61-64页
        4.3.1 SolidWorks软件的功能及特点第61-62页
        4.3.2 AutoCAD VBA的功能特点第62页
        4.3.3 三维实体的建立第62-64页
    4.4 干式涡旋真空泵平衡结构及动力分析第64-65页
        4.4.1 干式涡旋真空泵平衡结构第64页
        4.4.2 干式涡旋真空泵平衡动力分析第64-65页
    4.5 干式涡旋真空泵动平衡结构设计第65-68页
        4.5.1 动涡旋盘动平衡结构设计第65-67页
        4.5.2 扇叶动平衡设计第67-68页
    4.6 干式涡旋真空泵动平衡工艺设计第68-70页
        4.6.1 动涡旋盘单面动平衡第68-69页
        4.6.2 配重扇叶的动平衡第69-70页
        4.6.3 整机动平衡第70页
    4.7 刚性转子动平衡原理第70-75页
        4.7.1 静不平衡和力偶不平衡第70-71页
        4.7.2 双平面动平衡第71-73页
        4.7.3 影响系数法第73-75页
    4.8 IMB500智能化动平衡测试系统第75-76页
    4.9 动平衡实验测试第76-78页
    4.10 试验结论第78-79页
    4.11 本章小结第79-80页
结论第80-81页
参考文献第81-84页
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果第84-85页
致谢第85-86页
附录第86-88页
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