基于Android的動平衡解算器設計與實現

喬玉華 ，李 虹 ，韓 瞧

（1.遼寧冶金職業技術學院機電工程系，遼寧本溪 117000；2.北京航天拓撲高科技有限責任公司，北京 100176）

0 引言

隨著現場振動測算技術的發展，小型輕便的測算儀器漸成趨勢。由于基于Android的多種移動端設備已充斥市場，同時為解決相關振動測算的現場預測及時性問題，面向振動測算中動平衡解算及其相關基本測量計算，開發移動端輕便型解算器，為現場動平衡的基礎預測提供了有效支持，并為振動測算儀器的輕便化發展奠定基礎。

1 主要解算原理

1.1 動平衡解算原理

轉子在圍繞軸線旋轉時，由于相對于軸線的質量分布不均勻而產生離心力，這種不平衡離心力作用在轉子軸承上會引起振動，產生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴重影響產品的性能和壽命。對轉子的不平衡量進行校正，能夠改善轉子相對于軸線的質量分布，使轉子旋轉時產生的振動或作用于軸承上的振動，減少到允許的范圍之內。

1.1.1 單面靜平衡解算原理

靜力不平衡表現為旋轉體的質量軸線與旋轉軸線不重合，但平行于旋轉軸線，因此不平衡將發生在單平面上。不平衡所產生的離心力作用于兩端支承，是相等的、同向的。校正平面如圖1所示。

圖1 單面平衡

單面平衡的布置：首先，選擇加重平面及測點，畫鍵相標記，逆轉向畫360°相位刻度盤；其次，測得原始振動A0的幅值和相位；再次，在平衡平面內添加試重Q，測得振動A1的幅值和相位；接著，計算影響系數，α=；最后，根據αP=-A0求得矯正質量P。

1.1.2 雙面動平衡解算原理

動力不平衡表現為旋轉體的質量軸線與旋轉軸線不重合，而且既不平行也不相交，因此不平衡將發生在2個平面上。一般認為，動力不平衡是靜力不平衡和偶力不平衡的組合，不平衡所產生的離心力作用于兩端支承，既不相等且向量角度也不相同。校正平面如圖2所示。

圖2 雙面平衡

雙面平衡的布置如下：首先，測量雙面原始振動A0和B0的幅值和相位；然后，在A側平面加試重Q1，測得振動A1和B1的幅值和相位；接著，計算影響系數；再次，在B側平面加試重Q2，測得振動A2和B2的幅值和相位，計算影響系數；最后，按照式（1）計算校正質量 P1和 P2。

1.2 其他相關解算原理

（1）轉子許用不平衡量計算見式（2）。

式中Uper——允許不平衡量，g

M——轉子自身重量，kg

G——轉子的平衡精度等級，mm/s

r——轉子校正半徑，mm

n——轉子的轉速，r/min

（2）機械振動的強弱用振動量來衡量，振動量可以是振動體的位移、速度或加速度，如果振動量超過允許范圍，機械設備將產生較大的動載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴重時會導致零、部件的早期失效。其位移、速度和加速度可表示為式（3）。

2 應用基本構成

基于Android的動平衡解算器的基本構成如下：

（1）單面靜平衡計算。根據轉子初始振動的幅值和相位、加試重的質量和相位以及試重后振動的幅值和相位，計算影響系數、保留試重的配重和去除試重的配重；而后進行二次平衡試重，計算得到修正配重。

（2）轉子試重估算。根據轉子重量、平衡轉速、加重半徑及平衡等級（其中，平衡等級為可選參數，G=0.4/1.0/2.5/6.3/16/40），計算推薦試重、單位轉子質量許用不平衡量、轉子許用不平衡量及平衡半徑處許用不平衡量。

（3）影響系數計算試重。基本初始振動和影響系數估算試重。

（4）簡易振動矢量計算。根據2個矢量的幅值和相位，計算矢量和、矢量差。

（5）振動量單位換算。根據振動頻率進行速度 RMS（Root Meam Square，均方根值）、位移PK-PK和加速度PK之間的基本換算。

（6）等效頻率估算。根據速度RMS、位移PK-PK和加速度 PK，計算等效頻率 f（A-V）、f（A-D）和f（V-D）。

（7）長方體配重質量估算及削鉆孔去重質量估算。根據長方體的長、寬、高及密度（密度為可選參數，普通碳素鋼/黃銅/純鋁/不銹鋼），計算配重質量；根據削鉆直徑和深度，配重塊的密度，估算去重質量。

（8）角度弧長換算。根據角度和周長（或半徑），計算對應的弧長和半徑（或周長）。

（9）去除試重的雙面動平衡解算。根據轉子兩側原始振動的幅值和相位、A側試重質量及相位、A側加試重后兩側振動的幅值和相位、去除A側試重后的B側試重的質量及相位、B側加試重后兩側振動的幅值和相位，計算得到去除試重的A側配重和B側配重。

（10）保留試重的雙面動平衡解算。根據轉子兩側原始振動的幅值和相位、A側試重質量及相位、A側加試重后兩側振動的幅值和相位、保留A側試重的B側試重的質量及相位、B側加試重后兩側振動的幅值和相位，計算得到保留試重的A側配重和B側配重。

3 基于Android的開發實現

該項目基于JAVA語言開發，開發工具為Android studio 3.0，硬件測試工具為金立M3，主屏分辨率為1280×720像素，屏幕像素密度294 ppi，操作系統為amigo OS 3.0（基于Android 5.0），CPU 型號為聯發科 MT6735，CPU 頻率為 1.3 GHz，RAM（Random Access Memory，隨機存取存儲器）為1.5 GB，旨在實現振動測試的簡易估算，協助現場振動測量。

動平衡解算器的開發設計主要分為界面設計和相關計算功能的實現。其中，界面設計理念要求應用程序的界面設計符合用戶的操作習慣、視覺喜好、簡潔性等特性，分析基于Android的動平衡解算器的功能需求，針對用戶喜好制定了相應策略：界面搭建由Layout布局文件嵌套實現，以單擊響應事件為主，輔以TextView，Button，EditView，ImageView 等相關控件及資源文件；振動測算計算功能主要參照應用基本構成的各項解算實現，根據對應解算原理進行Android編程，各項數值取小數點后5位。實現效果如圖3所示。

圖3 動平衡解算器部分示例

4 結束語

當前，Android技術已成為社會的主流技術，Android設備是智能社會發展的橋梁之一，故而，基于Android的相關振動測算也將向小型化、智能化方向發展。基于Android的動平衡解算器的設計與實現能夠有效幫助工作人員在現場進行相關振動測量估算，并為基于Android的各種振動測量產品奠定一定的發展基礎，從而推動振動監測測量與設備維修管理的進一步發展。

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