【正文】 ???????????? 37 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 3 外文資料 ????????????????????? 38 中文翻譯 ??????? ??????????????? 50 致 謝 ?????????????????????? 58 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 4 武漢科技學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 題目：基于虛擬儀器技術的錠子振動測試系統(tǒng)設計 完成期限： 2021 年 12 月 1 日至 2021 年 6 月 10日 院系 武漢科技學院 指導教師 梅順齊 專業(yè)班級 機設 004 班 職 稱 教授 學生 陳 小 蘭 院（系）主 任 梅順齊 接受任務日期 批準日期 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 5 一、原始依據（資料） 本課題是湖北省省教育廳科研項目之一，是在傳統(tǒng)紡紗錠子振動測試系統(tǒng)的基礎上進行設計的。 二、設計（論文）內容和要求 錠子振動測試系統(tǒng)是從測試系統(tǒng)的硬件和軟件設計來完 成的。 論文按院系要求的格式撰寫。而在環(huán)錠紡紗中又大量使用錠子，所以錠子在紡織工業(yè)中仍占有極其重要的地位。 隨著錠速的不斷提高，錠子結構的不斷改進，由平面軸承的舊式錠子逐步發(fā)展到滾柱軸承剛性支承的普通錠子，而當前廣泛采用的是 彈性支承高速錠子。虛擬儀器是在以通用計算機為核心、配置有 I/O 接口設備的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測控功能由測控軟件實現的一種計算機系統(tǒng)。無論哪種虛擬儀器，都離不開數據采集硬件的支持。錠子機電測試系統(tǒng)測試的軟件部分采用 LAB VIEW 軟件。 3 初步擬定本課題的設計方案，包括硬件軟件部分的設計和實驗臺的設計。過大的振動是導致錠子不能正常工作的主要原因之一。 vibration。直到目前為止，環(huán)錠紗仍處于統(tǒng)治地位。反映改進優(yōu)劣的考核指標是：（ 1）運轉速度，國內最高達 22021轉／分左右。錐度太大時筒管插不牢，太小時則拔管困難。它的上支承由上軸承連同軸承座壓配在錠腳中，錠底裝配在中心套筒內，借彈簧元件組合裝在錠腳內。 強迫振動是由于錠盤偏心、錠桿彎曲、筒管偏心等造成的振動，是由于周期性干擾力而引起的 一種周期性振動，其頻率與錠速相同，一般情況下隨錠速增大而增大。它的高頻部分是強迫振動，低頻部分是自激振動。反之，如運動不穩(wěn)定，出現自激振動或分諧共振，則振動軌跡就呈現不穩(wěn)定的內或外擺線圖形。 錠子機電測試系統(tǒng)測試的軟件部分采用 LAB VIEW 軟件 。 2. 信號處理。在工程測試中，為表示儀器測量結果的可靠程 度，引入表示儀器精確度程度等級的概念 —— 精確度等級，用 A表示。 穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是指在工作條件不變的情況下，傳感器工作性能在規(guī)定時間內保持不變的能力。將非電壓輸出信號轉換為電壓信號。 虛擬儀器 以往的錠子機電測試系統(tǒng)測試采用傳統(tǒng)儀器示波器。虛擬儀器的關鍵技術是其總線技術和以圖形化編程方法為核心的軟件技術。 虛擬儀器應用程序的開發(fā)環(huán)境主要有兩種 :一種是基于傳統(tǒng)的文本語言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有 Lab Windows/CVI、 Visual BASIDC/VC++等：一種是基于圖形化語言的軟件開發(fā) 環(huán)境，常用的有 Lab VIEW 和 HP VEE。 2） 放大器。 數據采集卡的基本性能指標 1 模擬信號輸入部分 1）模擬輸入通道數。 4）放大器增益。當輸入電壓由 U=0 增至滿量程值 U=UH 時，一個八位（ b=8） A/D 的數字輸出由八個“ 0”變?yōu)榘藗€“ 1”，共計變化 2^b 個狀態(tài)，故 A/D 轉換器產生一個最低有效數字量的輸出改變量，相應的輸入量 Umin=1LSB=q 可由下式計算： 1LBS=q=UH/2^b （ 25） 式中 q 為量化值； UH≥ A， 為滿量程輸入電壓，通常等于 A/D 轉換器的電源電壓。指當輸入數字發(fā)生單位碼變化即 1LBS 時，所對應輸出模擬量的變化量。 錠子振動測試實 驗 臺 錠子振動測試實驗臺是由升降臺、錠子、錠子安放臺、帶輪以及蝸桿蝸輪等組成。 錠子安放臺 將錠子安放于錠子安放臺上，以實現其無干擾的振動，便于其軸心軌跡的測量和分析。但由于連接導線的寄生 電容影響，其測量的精度不高。它能夠準確地測量被測物體與探頭之間的靜態(tài)和動態(tài)距離變化。 15V 單向比例限 幅負（正） 177。線圈阻抗的變化即與電渦流效應有關又與靜磁學效應有關、即與金屬導體的電導率、磁導率、幾何形狀、線圈的幾何參數、激勵電流頻率以及線圈到金屬導體的距離等參數有關。應當保持傳感器探頭周圍有足夠的空間，在 3 倍探頭直徑范圍內，不應由金屬體，傳感器安裝應遠離轉動體臺階面，這樣可避免周圍金屬結構的干擾，準確測量振動值。 PCI2021板上裝有 12Bit 分辨率的 A/D 轉換器和 D/A 轉換器。它的主要性能指標如下： 1. PCI 局部總線性能 ★ PCI 總線寬度 32 位，同步工作頻率可達到 33MHz，最高傳 輸速率為132MB/S。 5V、 0～ 10V、177。 6 計數器及 A/D 采樣率 ★ 計數器： 8254 ★A/D 采樣通過率： 100KHz 7. FIFO 存儲器 ★ 深度： 1K Words ★ 寬度： 12Bits ★ 標志： 滿、空、半滿 ★ 復位： 寫偏移地址 0x290 8. 外形尺寸 168mm * 107mm 軟件設計部分 虛擬儀器的設計方法與實現步驟和一般軟件的設計方法與實現步驟基本相同，只不過虛擬儀器在設計時要考慮硬件部分。 VI 的程序如下： 圖 37 存盤的程序框圖 數據保存 VI 的設計思路與數據讀取的設計思路相同，采用的方法也相同，使用的是函數面板上： File I/O 中的前兩個，即 Write to Spreadsheet amp。 模擬輸入模塊 圖 312 模擬輸入模塊前面板 模擬輸入模塊面板 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 32 圖 313濾波通道程序框圖 程序中波形處理，通道選擇模塊。 3）數據的采集以及信號的處理。 具體的實驗圖如下： 圖 41 實驗結果圖 注意事項 ，必須首先把初始間隙調好。虛擬儀器技術簡便、靈活、易分析，取代了傳統(tǒng)示波器、數字萬用表笨 重的體積，利用其強大的圖形語言功能，滿足了測試系統(tǒng)的要求。 同時，也看到了我國紡紗行業(yè)與世界發(fā)達國家的差距。 實驗結果分析 經過對虛擬示波器中的圖形進行分析，即對錠子軸心軌跡的測量結果分析，可以得出以下結論： 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 34 表 41 軸心運動軌跡的圖形極其對應的原因分析 缺 陷 時 域 X、 Y 軌跡 結果分析 不對中 典型嚴重不對中 油膜渦動 與不平衡相似，而且渦動頻率較小，小于軸轉速的 摩擦 接觸產生花狀，它疊加在正常軸心軌跡上 不平衡或 軸彎曲 橢圓的 X、 Y顯示 從以上的實驗可以看到，錠子在不同狀態(tài)下其軸心的振動軌跡以及其存在的缺陷。電渦流傳感器以及數據采集卡的工作原理上章已經講過，這里就不 重復了?？梢愿鶕煌ㄐ蔚男枰x擇低通、高通、帶通、帶阻等不同的功能。當 Boolean variable 為真時，上下兩個 CASE 結構分別為 其中函數使用方法與單次存盤和數據讀取兩個子程序相同，這里就不再贅述。虛擬儀器技術取代了以往體積笨重的示波器、數字萬用表，利用其強大的圖形語言進行編程，從而達到了軟件設計的目的。 1LIB(最大 ) ★ D/A輸出精度 (滿量程 )：177。 ★ 可靠性高 ,標準中考慮了負載容限，即使擴展卡超過了負載的最大值，系統(tǒng)也能正常工作。輸入信號幅度可以經程控增益儀表放大器調到合適的范圍，保證最佳轉換精度。 安裝兩個鄰近傳感器時應保證傳感頭之間有足夠的距離以防止交叉失真（如圖 a），一般應保留 40mm 的間隙。在通過測量、檢波、校正等電路變?yōu)榫€性電壓（電流）的變化。 5V 177。 基本組成 電渦流傳感器主要是由探頭、延伸電纜和前置器三部分組成。 錠子的振動屬于微幅振動，要求較高的測量精度和靈敏度。傳感器、接收電路用于檢測 錠子振動值， CPU 及其放大電路和 數據采集卡 電路采集各傳 感器的輸出信號 并顯示出來。 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 23 圖 31 軸心軌跡測量總框圖 總體方案 傳感器裝在升降臺上。 2）標稱滿量程。指數據采集卡可分辨的輸入信號最小變化量。 2 A/D 轉換部分 1）采樣速率。 2）信號的輸入方式。通常實際系統(tǒng)中放大器做成增益可調的放大器，設計者根據輸入信號不同的幅值選擇不同的增益倍數。 因此本實驗錠子機電測試系統(tǒng)測試部分的虛擬示波器采用 LAB VIEW 軟件。目前，虛擬儀器的類型主要取決于儀器所采用的接口總線類型。另外，傳統(tǒng)儀器的價格昂貴，技術更新慢，開發(fā)費用高。濾除高頻干擾，限制信號的最高頻率 fmax，避免產生混淆。 2） 穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間是指從輸入信號階躍變化起，到輸出信號進入并不再超過對最終穩(wěn)態(tài)值 Ys 規(guī)定的允許誤差區(qū)時的時間間隔。 A 通常是儀器在規(guī)定工作條件下其最大允許誤差 △ y相對于儀器示值全程（ FS）的百分數，表示為： A%=△ y*100%/yFS （ 21） 式中： △ y可以是儀器的非線性、重復性、回滯等各單向的最大誤差值。 3. 信號顯示。 錠子測試系統(tǒng)應具備的功能 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 18 隨著計算機與數字信號處理技術的高速發(fā)展，基于計算機的測試技術在各個行業(yè)都得到了廣泛的應用。振程值是影響紡紗質量的重要指標，是制造廠的出廠標準，也是使用廠的失效標準。如下圖 12所示，外擺線環(huán)數 K（ K= n 錠 /n 自激 1）不同時的帶內環(huán)的外擺線。這種振動頻率低于強迫振動頻率，并接近于第一臨界轉速頻率。錠腳是整個錠子的支座，并兼作貯油裝置。錠桿次下錐度和下錐度用以保證在錠子轉動時，潤滑油能適量上升而潤滑上軸承。 (2)空錠振幅，國內規(guī)定 ，實際國內外均力求控制在 。羅拉、錠子以及鋼零是紡織機械中的重要零部件，也是紡織機械中的容易磨損的零件，錠子卻又是最易磨損件，而且關系到紡紗產品的質量。 virtual instrument。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件電路或固化軟件實現的，而且由儀器生產廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無法隨意改變其結構和功能。 5 選擇合適的 Lab view 測試軟件。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件電路或固化軟件實現的，而且由儀器生產廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無法隨意改變其結構和功能。其中圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作簡便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞 。從虛擬儀器的定義來說，它更多地強調軟件在儀器中的應用，但虛擬儀器仍離不開硬件技術的支持，信息的獲取仍需要通過硬件來實現。傳統(tǒng)儀器的功能都是 武漢科技學院 2021 屆畢業(yè)設計（論文） 9 通過硬件電路或固化軟件實現的，而且由儀器生產廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無法隨意改變其結構和功能。因此，有必要對錠子進行新的研究與開發(fā)，改進錠子結構和制造工 藝，提高紡紗質量與產量。由于錠子本身和卷裝都存在高速回轉時引起劇烈的振動、沖擊和噪聲，并使其功率及磨損大大增加，最后導致錠子的壽命迅速下降。本課題選的是 Lab view 軟件，在虛擬儀器平臺上設計虛擬示波器，從而顯示出錠子軸心振動的軌跡。錠子的作用是卷繞成形，即將紡成的細紗按一定的成形要求卷繞在筒管上，便于運輸儲藏和加工。另外，傳統(tǒng)儀器的價格昂貴，技術更新慢，開發(fā)費用高。 選擇合適的數據采集卡，了解數據采集卡的性能指標。 1987 年在意大利米蘭舉行 的國際紡織機械展覽會（ ITMA87）上，世界各國有八家紡織