Μελέτη και ανάπτυξη πειραματικής διάταξης ζυγοστάθμισης

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη μελέτη αζυγοσταθμίας περιστρεφόμενων συστημάτων και την ανάπτυξη μιας πειραματικής διάταξης ζυγοστάθμισης. Η μελέτη αυτή πραγματοποιείται με τη χρήση αριθμητικών και πειραματικών μεθόδων και έχει ως στόχο την εφαρμογή ζυγοστάθμισης σε περιστρεφόμενους δίσκους. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα μελέτη αποτελείται από μια δοκό που φέρει δύο δίσκους και στηρίζεται σε δύο έδρανα. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Ταλαντώσεων και Δυναμικής Μηχανών του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας. Στο πρώτο μέλος της εργασίας παρουσιάζεται η θεωρία στην οποία βασίζεται η μέθοδος της ζυγοστάθμισης περιστρεφόμενων δίσκων. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται εισαγωγή στη θεωρία της δυναμικής των στροφέων και του φαινομένου της αζυγοσταθμίας. Τέλος, γίνεται αναφορά στις δύο πιο σύνηθες μεθόδους ζυγοστάθμισης ενώ παρουσιάζονται και οι μαθηματικές σχέσεις που διέπουν τόσο το φαινόμενο της αζυγοσταθμίας αλλά και τις διαδικασίες ζυγοστάθμισης ενός και δύο επιπέδων. Η μοντελοποίηση της διάταξης έγινε με τη χρήση του υπολογιστικού πακέτου γενικού τύπου Matlab και πιο συγκεκριμένα του Rotor Soft. Στη συνέχεια, γίνεται παρουσίαση των αποτελεσμάτων των μαθηματικών μοντέλων ενώ περιγράφεται και η επιρροή των επιμέρους τμημάτων του περιστρεφόμενου συστήματος στη λειτουργία του. Έπειτα, βάσει των αποτελεσμάτων των μαθηματικών μοντέλων, δόθηκε έμφαση στο σχεδιασμό της πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε για την εργασία. Τέλος, παρουσιάζεται η τελική κατασκευή της πειραματικής διάταξης. Για τη λήψη των πειραματικών δεδομένων αναπτύχθηκε κώδικας σε λογισμικό σχεδιασμού συστήματος και περιβάλλον ανάπτυξης. Πιο συγκεκριμένα, το λογισμικό το οποίο χρησιμοποιήθηκε ήταν το LabVIEW της εταιρίας National Instruments. Έπειτα, γίνεται επεξήγηση όλων των επιμέρους υποσυστημάτων που χρησιμοποιήθηκαν για την ομαλή και ολοκληρωμένη λειτουργία της εφαρμογής. Επίσης, παρουσιάζεται και περιγράφεται αναλυτικά το περιβάλλον της εφαρμογής στο Labview, το οποίο πραγματοποιεί μέσω μιας συγκεκριμένης διαδικασίας ζυγοστάθμιση σε δύο επίπεδα. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την εκτέλεση του προγράμματος παρουσιάζονται αναλυτικά. The objective of this thesis is the theoretical and experimental study of unbalanced rotors and disks and the process of balancing them. The study aims at the optimal design of an experimental set-up through analysis of four different numerical models. The experimental set-up consists of a long beam that is seated on two bearing supports at its two ends and also two disks. The experiment took place at the Laboratory of Vibration and Machine Dynamics at the Mechanical Engineer Department of UOWM. On the first part of the study, theory regarding unbalanced rotors and disks is being presented. More specifically, there is an introduction behind the theory of dynamics of rotating machines. Also, the two most common methods of balancing rotors are mentioned and the mathematical expressions that governs unbalanced rotors, single – plane and two – plane balancing are being presented. The set-up was modeled using numerical computing software. Specifically, the software which was used for the model creation was Matlab and in particular Rotor Soft. Next, based on the results of the four different numerical models the experimental set-up was designed. The final design of the experimental set-up is being presented while there is a description of how the different parts of the rotating machine affect its behavior. Subsequently, regarding the data acquisition, a National Instruments code was designed using a system-design platform and development environment for visual programming. Specifically, the software which was used for this purpose was Labview. Next, all the necessary components, for a smooth execution of the code, are being extensively described. Also, the interface of the software that was developed is being described, which performs a complete balance of a rotor in two – planes. The results obtained from the software are being analytically presented.