基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计.docx
《基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计.docx（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计
文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）
基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计
武汉科技学院
毕业设计[论文]
题目：
基于虚拟仪器技术的锭子振动
测试系统设计
院系:
机电工程系
专业:
姓名:
指导老师:
2004年6月10日
武汉科技学院毕业设计（论文）任务书………………………4
毕业设计（论文）开题报告……………………………………8
摘要………………………………………………………………12
ABSTRACT……………………………………………………13
1概述……………………………………………………………14
纺纱锭子的发展概况………………………………………14
锭子的结构…………………………………………………14
1.3锭子的振动…………………………………………………16
2振动测试系统…………………………………………………17
锭子振动测试系统应具备的功能……………………………17
传感器………………………………………………………18
2.2.1传感器的主要技术指标……………………………………18
2.2.2传感器及其调理电路………………………………………19
虚拟仪器硬件平台……………………………………………19
2.3.1虚拟仪器……………………………………………………19
2.3.2数据采集卡…………………………………………………20
2.3.3数据采集卡的基本性能指标………………………………21
3细纱锭子振动测试系统的总体设计…………………………22
锭子振动测试实验台…………………………………………22
3.1.1总体方案……………………………………………………23
3.1.2升降台………………………………………………………23
3.1.3锭子安放台…………………………………………………23
硬件设计……………………………………………………23
3.2.1传感器的选择………………………………………………23
3.2.2数据采集卡的选择…………………………………………26
软件设计部分…………………………………………………27
3.3.1通道选择……………………………………………………28
3.3.2数据存盘………………………………………………………28
3.3.3波形运算……………………………………………………29
3.3.4模拟输入模块………………………………………………31
4细纱锭子轴心轨迹测量实验…………………………………32
实验及其结果分析……………………………………………32
4.1.1实验目的……………………………………………………32
4.1.2实验原理……………………………………………………32
4.1.3实验仪器和设备……………………………………………32
4.1.4实验步骤及其内容…………………………………………33
4.1.5注意事项……………………………………………………33
4.1.6实验结果分析………………………………………………33
5小结…………………………………………………………34
参考文献…………………………………………………………35
附录……………………………………………………………37
外文资料………………………………………………………38
中文翻译…………………………………………………………50
致谢…………………………………………………………58
武汉科技学院
毕业设计（论文）任务书
题目：
基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计
完成期限：
2003年12月1日至2004年6月10日
院系武汉科技学院指导教师梅顺齐
专业班级机设004班职称教授
学生陈小兰院（系）主任梅顺齐
接受任务日期批准日期
一、原始依据（资料）
本课题是湖北省省教育厅科研项目之一，是在传统纺纱锭子振动测试系统的基础上进行设计的。
锭子是纺纱工业的象征，通常以拥有的细纱锭子数量来衡量纺纱厂的设备规模。
锭子的作用是卷绕成形，即将纺成的细纱按一定的成形要求卷绕在筒管上，便于运输储藏和加工。
以往的锭子机电测试系统测试采用传统仪器示波器。
传统仪器的功能是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。
另外，传统仪器的价格昂贵，技术更新慢，开发费用高。
本课题采用先进的虚拟仪器技术，在虚拟仪器原理的基础上，利用电涡流传感器测量并转换锭子振动的位移信号，通过数据采集卡采集该信号，在虚拟仪器平台上通过Labview软件设计虚拟示波器，从而在虚拟示波器上显示出锭子振动的轴心轨迹。
虚拟仪器以计算机为中心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示。
二、设计（论文）内容和要求
锭子振动测试系统是从测试系统的硬件和软件设计来完成的。
硬件部分主要是传感器和数据采集卡的选择，软件部分是选用合适的编程语言，完成测试。
本课题选的是Labview软件，在虚拟仪器平台上设计虚拟示波器，从而显示出锭子轴心振动的轨迹。
如果时间和条件允许的情况下，进行具体的实验操作。
整个设计过程的任务和要求具体如下：
1、选择合适的传感器，了解传感器的有关性能，掌握其测试原理。
2、选择合适的数据采集卡，了解数据采集卡的性能指标。
3、设计合适的测试软件（本课题选的是Labview软件），熟悉并掌握软件的应用，设计虚拟示波器。
4、设计实验台并完成具体实验
5、翻译一篇与本论文相关的外文资料，语言文字表达要准确到位。
6、论文按院系要求的格式撰写。
三、主要参考资料
[1]陈瑞琪，马泼林，杨正中等．纺纱锭子的理论与实践[M]．北京：
纺织工业出版社，1990：
186—192.
[2]陆再生.棉纺设备[M].中国纺织出版社，1996.
[3]曾光奇，胡均安工程测试技术基础[M].华中科技大学出版，2002.
[4]张易知，肖啸张喜斌卫跃春等.虚拟仪器的设计与实现[M].西安电子科技出版社，2002年.
[5]应怀樵，刘进明.微机智能自动化动静态测试分析技术的研究[R].全国八届振动技术会议（1994）.现代振动与噪声技术.航空工业出版社.1997年:
33-36.
[6]秦树人.虚拟仪器——测试仪器从硬件到软件[J].振动、测试与诊断.2000
（1）:
1-6.
四、同组设计者
华晓弘
设计（论文）进度计划表
序号
起止日期
计划完成内容
实际完成内容
检查日期
检查人签名
1
～
春节前
收集资料完成开题
报告并翻译外文
完成计划内容
梅顺齐
2
选择传感器
并熟悉传感器
完成计划内容
梅顺齐
3
选择数据采集卡
并熟悉数据采集卡
完成计划内容
梅顺齐
4
选择编程语言
熟悉Labview软件
完成计划内容
梅顺齐
5
初步完成设计
并设计实验台
完成计划内容
梅顺齐
6
修正论文
并通过实验来验证
完成计划内容
梅顺齐
7
完成论文
并准备答辩
完成计划内容
梅顺齐
8
准备答辩
指导教师批准日期2003年12月1日签名：
梅顺齐
毕业设计（论文）开题报告
课题名称
基于虚拟仪器技术的锭子振动测试系统设计
院系名称
机电工程系
专业名称
机械设计制造及自动化
学生姓名
陈小兰
指导教师
梅顺齐
一、课题的意义
在纺织行业中，锭子是一个重要的专件，锭子性能的优劣对生产效率和纱线质量具有决定性的影响。
由于锭子本身和卷装都存在高速回转时引起剧烈的振动、冲击和噪声，并使其功率及磨损大大增加，最后导致锭子的寿命迅速下降。
为了研究和掌握锭子的运动规律，选择合适的结构参数和支承条件，控制其运动稳定性，以达到高速，低噪音，低功率及寿命长的目的，有必要借助各种新的测试手段来研究其振动规律，以改善锭子的振动特性。
二、锭子及其振动测试系统的发展状况
随着纺织技术的发展，各种新型的纺纱方法不断出现，但传统的环锭纺纱方法在纺织生产中仍然占有很重要的地位。
1987年在意大利米兰举行的国际纺织机械展览会（ITMA87）上，世界各国有八家纺织机械制造公司展出了环锭纺纱设备，展出情况表明，环锭纱将仍占主要，环锭纱在高质量和细号纱线市场仍独具特点。
在我国到1988年为止，新型纺纱头数约占所有纺纱头数的1%。
直到目前为止，环锭纱仍处于统治地位。
而在环锭纺纱中又大量使用锭子，所以锭子在纺织工业中仍占有极其重要的地位。
罗拉、锭子以及钢零是纺织机械中的重要零部件，也是纺织机械中的容易磨损的零件，锭子却又是最易磨损件，而且关系到纺纱产品的质量。
因此，有必要对锭子进行新的研究与开发，改进锭子结构和制造工艺，提高纺纱质量与产量。
，5、制造、
锭子的改进方向主要是提高其承载能力和减小振动。
反映改进优劣的考核指标是：
（1）运转速度，国内最高达22000转／分左右。
国外介绍锭速有的高达30000转／分。
（2）空锭振幅，国内规定，实际国内外均力求控制在以内。
（3）嗓音，整机噪音的国际标准又85分贝，单锭空锭噪音，当锭速为16000转／分时，在距离测头1米测定约在70分贝左右。
随着锭速的不断提高，锭子结构的不断改进，由平面轴承的旧式锭子逐步发展到滚柱轴承刚性支承的普通锭子，而当前广泛采用的是弹性支承高速锭子。
以往的锭子机电测试系统测试采用传统仪器示波器。
传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。
另外，传统仪器的价格昂贵，技术更新慢，开发费用高。
采用VC编程，虽然可以利用其强大的图形功能创建可视化的虚拟仪器前面板，使用先进的DLL和ActiveX实现软件的模块化设计，增强了软件的维护性和扩展性，也提高了开发效率，但用其编程，程序既冗长又复杂．可读性和可维护性较差．这对于提高设备监测的实时性和有效性、故障诊断的可靠性和准确性是非常不利的。
随着现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，出现了虚拟仪化，集成化模块化，参数整定与修改实时化，硬件平台通用化等技术。
虚拟仪器技术是90年代发展起来的一项新技术．主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。
虚拟仪器是现代仪器技术和计算机技术结合的产物。
虚拟仪器是在以通用计算机为核心、配置有I/O接口设备的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测控功能由测控软件实现的一种计算机系统。
虚拟仪器的关键技术是其总线技术和以图形化编程方法为核心的软件技术。
从虚拟仪器的定义来说，它更多地强调软件在仪器中的应用，但虚拟仪器仍离不开硬件技术的支持，信息的获取仍需要通过硬件来实现。
目前，虚拟仪器的类型主要取决于仪器所采用的接口总线类型。
从仪器与计算机采用的总线连接方式的不同，可分为内插卡式和外接机箱式两大类。
内插卡式就是将各种数据采集卡插入计算机扩展槽，再加上必要的连接电缆或探头，就可形成一个仪器。
外接机箱式采用背板总线结构，所有仪器都连接在总线上或采用外总线方式，用外部主控计算机来实现控制。
这种类型的虚拟仪器以VXI仪器为典型代表。
无论哪种虚拟仪器，都离不开数据采集硬件的支持。
虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种:
一种是基于传统的文本语言的软件开发环境，常用的有LabWindows/CVI、VisualBASIDC/VC++等：
一种是基于图形化语言的软件开发环境，常用的有LabVIEW和HPVEE。
其中图形化软件开发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程，界面友好，操作简便，可大大缩短系统开发周期，深受专业人员的青睐。
三、研究内容
本课题是在传统锭子振动测试的基础上进行设计的，是设计测量高速回转锭子轴心的轨迹的振动测试系统。
锭子高速回转时会出现纵向振动和横向振动，纵向振动是指锭子和筒管的上下窜动，而横向振动表现为锭子的摆头。
所谓的锭子摆头是只锭端轨迹在水平面内的投影程原形、椭圆形或其他不规则的复合曲线。
本课题研究的正是设计这样一个振动测试系统，即通过这个系统测量出高速回转锭子锭端的振幅，在计算机上显示出来。
锭子振动测试系统是由传感器、数据采集卡、计算机以及相应的软件组成。
锭子机电测试系统测试的软件部分采用LABVIEW软件。
以往的锭子机电测试系统测试都是采用传统仪器示波器。
传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。
本课题在传统锭子振动测试系统的基础上采用先进的虚拟仪器技术，打破了以往只能在实验室里才能完成的实验，实现了脱离实验室的研究目的。
四、研究手段与方法
对于锭子振动的测试，采用的是先进的虚拟仪器技术。
研究方法上，采用精密电涡流传感器测定锭端振动，由传感器调理电路经过放大、滤波之后转换为模拟信号，通过数据采集卡采集该模拟信号，在虚拟示波器上显示出测试的锭端轨迹。
五、研究步骤
1收集资料，了解锭子及其振动的原因。
2查阅有关资料，了解传统锭子的振动测试系统，并找出其所存在的缺陷。
3初步拟定本课题的设计方案，包括硬件软件部分的设计和实验台的设计。
4选择合适的传感器及数据采集卡。
5选择合适的Labview测试软件。
6完成整个设计并进行实验。
7翻译外文资料。
8按照院规定的模板要求撰写说明书。
参考文献:
[1]陈瑞琪，马泼林，杨正中，等．纺纱锭子的理论与实践[M]．北京：
纺织工业出版社，1990：
186—192.
[2]陆再生.棉纺设备[M].中国纺织出版社,1996.
[3]张易知，肖啸张喜斌卫跃春等.虚拟仪器的设计与实现[M].西安电子科技出版社，2002年.
[4]曾光奇,胡均安.工程测试技术基础[M].华中科技大学出版社,2002.
[5]应怀樵虚拟仪器与PC卡泰技术的现状与发展[J].计算机自动测量与控制.2000（4）.
[6]秦树人虚拟仪器——测试仪器从硬件到软件[J].振动、测试与诊断.2000（3）.
[7]黄晓晴，于盛林.基于PXI的虚拟测试系统教学实验平台[J].南京航空航天大学自动化学院,2003,25（4）:
70-87.
[8]张文苑，秦志英.虚拟式振动测试系统的研发和应用[J].2003（8）：
68-70.
[9]武新华，欧阳运芳.混合编程方法在振动信号分析中的应用[J].哈尔滨工业大学能源学院，2002，44（3）：
173-175.
[10]黄晓晴，于盛林.基于PXI的虚拟测试系统教学实验平台[J].南京航空航天大学自动化学院,2003,25（4）:
70-87.
摘要
在纺织行业中，锭子是一个重要的专件，锭子性能的优劣对生产效率和纱线质量具有决定性的影响。
在使用过程中，锭子高速旋转，极小的加工误差或变形都可能引起强烈的振动。
过大的振动是导致锭子不能正常工作的主要原因之一。
以往的锭子机电测试系统测试采用传统仪器示波器。
传统仪器的功能都是通过硬件电路或固化软件实现的，而且由仪器生产厂家给定，其功能和规模一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能。
本课题采用先进的虚拟仪器技术，在虚拟仪器原理的基础上，分析测试高速回转的细纱锭子的振幅和轴心的轨迹。
虚拟仪器主要应用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件，即“软件就是仪器”。
虚拟仪器以计算机为中心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示。
本课题利用电涡流传感器测量并转换锭子振动的位移信号，通过数据采集卡采集该信号，在虚拟仪器平台上通过虚拟示波器显示出锭子振动的轴心轨迹。
关键词：
锭子；振动；测试；虚拟仪器；数据采集
ABSTRACT
Intextileindustry,spindleisanespeciallyimportantcomponent,theperformanceofspindlehasdecisiveinfluenceontheefficiencyofproductionandthequalityofyarn.Whileworking,spindlerotatesatahighspeed,littleprocessingerrororoutofshapemightcausestrongvibrationextremely.Toobigvibrationisthemainreasonthatcausesspindlesunabletoworknormally.Inthepast,thetestingelectro-mechanicssystemofspindleadoptsthetraditionalinstrumentoscillograph.Functionsofthetraditionalinstrumentsareallrealizedthroughthehardwarecircuitorthesolidificationsoftware,andaregivendefinitelybytheinstrumentmanufacturer,andthefunctionandscalearegenerallyallregular,usersareunabletochangetheirstructureandfunctionatwill.Thissubjectadoptsadvancedvirtualinstrumenttechnology,andmainlyonthebasisofvirtualinstrumentprincipal,analysesandtestshigh-speedspunyarnspindleamplitudeandorbitofitsaxis.Thevirtualinstrumentappliesinmanyfields,suchasautomaticaltest,processcontrol,instrumentdesignanddataanalysis,etc.Itsmainlybasicthoughtistoreplacethehardwarewiththesoftwareasmuchaspossibleindesignofthetestsystemortheinstrument,namely"thesoftwareisaninstrument".Thevirtualinstrumentregardscomputerasthecenter,fullyutilizesthestrongfigureinterfaceofcomputeranddataprocessability,andoffersanalysisanddisplayforthemeasureddata.Thissubjectutilizeselectricwhirlpoolspreadsensedevicetochangespindledisplacementsignalofvibration,acquiringthissignalthroughdatacollectingcardanddemonstratingspindleaxisorbitofvibrationthroughvirtualoscillographatvirtualinstrumentplatform.
Keywords:
spindle;vibration;testing;virtualinstrument;dataacquisition
1概述
纺纱锭子的发展概况
在纺织工业中，锭子是纺纱工业的象征，通常以拥有的细纱锭子数量来衡量纺纱厂的设备规模。
锭子的作用是卷绕成形，即将纺成的细纱按一定的成形要求卷绕在筒管上，便于运输储藏和加工。
随着纺织技术的发展，各种新型的纺纱方法不断出现，但传统的环锭纺纱方法在纺织生产中仍然占有很重要的地位。
1987年在意大利米兰举行的国际纺织机械展览会（ITMA87）上，世界各国有八家纺织机械制造公司展出了环锭纺纱设备，展出情况表明，环锭纱将仍占主要，环锭纱在高质量和细号纱线市场仍独具特点。
在我国到1988年为止，新型纺纱头数约占所有纺纱头数的1%。
直到目前为止，环锭纱仍处于统治地位。
而在环锭纺纱中又大量使用锭子，所以锭子在纺织工业中仍占有极其重要的地位。
罗拉、锭子以及钢零是纺织机械中的重要零部件，也是纺织机械中的容易磨损的零件，锭子却又是最易磨损件，而且关系到纺纱产品的质量。
因此，有必要对锭子进行新的研究与开发，改进锭子结构和制造工艺，提高纺纱质量与产量。
Dl200型高速锭子，就是针对上述锭子的缺陷而设计的新型锭子，即分离式弹性支承锭子，由于它上下支承分离，且上支承压配于锭脚内，就减小了受外力干扰而产生的浮动。
另外它的下支承具有适当的弹性，使锭子在高速回转时能自调中心，从而消除了自激振动，吸振卷簧借助油的粘性阻尼来吸收能量，故能非常有效地减小振幅，使锭尖磨损得到改善，适应了高速的要求。
经验证明Dl200型合离式锭子能适应高速，减少跳管，降低细纱断头，已为我国棉纺细纱提高劳动生产率起了一定的作用，但从生产实践及对棉纱的质量和产量提出了更高的要求来看，也反应出它还存在着一定的缺陷，如轴承寿命短，耐磨性能不理想、维护保养工作量大，大纱承裁能力差等。
锭子的改进方向主要是提高其承载能力和减小振动。
反映改进优劣的考核指标是：
（1）运转速度，国内最高达22000转／分左右。
国外介绍锭速有的高达30000转／分。
（2）空锭振幅，国内规定，实际国内外均力求控制在以内。
（3）嗓音，整机噪音的国际标准又85分贝，单锭空锭噪音，当锭速为16000转／分时，在距离测头1米测定约在70分贝左右。
随着锭速的不断提高，锭子结构的不断改进，由平面轴承的旧式锭子逐步发展到滚柱轴承刚性支承的普通锭子，而当前广泛采用的是弹性支承高速锭子。
锭子的结构
锭子是由锭杆、锭盘、锭胆、锭脚和锭钩组成，如下图1-1所示。
锭杆作为高速回轴要求精度很高，坚韧而有弹性，其弯曲偏心必须控制在允许范围内。
在锭杆全长上共有四个锥度，上锥度用来插放筒管，所以这部分的直径和锥度大小，既要有足够的摩搽力来带动筒管，又要使拔管方便。
锥度太大时筒管插不牢，太小时则拔管困难。
锭杆的轴承档（与滚柱轴承配合）为圆柱体。
锭杆次下锥度和下锥度用以保证在锭子转动时，润滑油能适量上升而润滑上轴承。
锭杆底部做成60°的锥形，锭尖有一很小的圆球面，使其承受轴向载荷时减少磨损。
锭盘紧套于锭杆中部，是锭子的传动件，由铸铁制造呈钟鼓形。
锭胆是锭杆的支承。
本实验采用的是
升级会员 