基于Android的动平衡解算器设计与实现

乔玉华 ，李 虹 ，韩 瞧

（1.辽宁冶金职业技术学院机电工程系，辽宁本溪 117000；2.北京航天拓扑高科技有限责任公司，北京 100176）

0 引言

随着现场振动测算技术的发展，小型轻便的测算仪器渐成趋势。由于基于Android的多种移动端设备已充斥市场，同时为解决相关振动测算的现场预测及时性问题，面向振动测算中动平衡解算及其相关基本测量计算，开发移动端轻便型解算器，为现场动平衡的基础预测提供了有效支持，并为振动测算仪器的轻便化发展奠定基础。

1 主要解算原理

1.1 动平衡解算原理

转子在围绕轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力，这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。对转子的不平衡量进行校正，能够改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动，减少到允许的范围之内。

1.1.1 单面静平衡解算原理

静力不平衡表现为旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合，但平行于旋转轴线，因此不平衡将发生在单平面上。不平衡所产生的离心力作用于两端支承，是相等的、同向的。校正平面如图1所示。

图1 单面平衡

单面平衡的布置：首先，选择加重平面及测点，画键相标记，逆转向画360°相位刻度盘；其次，测得原始振动A0的幅值和相位；再次，在平衡平面内添加试重Q，测得振动A1的幅值和相位；接着，计算影响系数，α=；最后，根据αP=-A0求得矫正质量P。

1.1.2 双面动平衡解算原理

动力不平衡表现为旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合，而且既不平行也不相交，因此不平衡将发生在2个平面上。一般认为，动力不平衡是静力不平衡和偶力不平衡的组合，不平衡所产生的离心力作用于两端支承，既不相等且向量角度也不相同。校正平面如图2所示。

图2 双面平衡

双面平衡的布置如下：首先，测量双面原始振动A0和B0的幅值和相位；然后，在A侧平面加试重Q1，测得振动A1和B1的幅值和相位；接着，计算影响系数；再次，在B侧平面加试重Q2，测得振动A2和B2的幅值和相位，计算影响系数；最后，按照式（1）计算校正质量 P1和 P2。

1.2 其他相关解算原理

（1）转子许用不平衡量计算见式（2）。

式中Uper——允许不平衡量，g

M——转子自身重量，kg

G——转子的平衡精度等级，mm/s

r——转子校正半径，mm

n——转子的转速，r/min

（2）机械振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度，如果振动量超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。其位移、速度和加速度可表示为式（3）。

2 应用基本构成

基于Android的动平衡解算器的基本构成如下：

（1）单面静平衡计算。根据转子初始振动的幅值和相位、加试重的质量和相位以及试重后振动的幅值和相位，计算影响系数、保留试重的配重和去除试重的配重；而后进行二次平衡试重，计算得到修正配重。

（2）转子试重估算。根据转子重量、平衡转速、加重半径及平衡等级（其中，平衡等级为可选参数，G=0.4/1.0/2.5/6.3/16/40），计算推荐试重、单位转子质量许用不平衡量、转子许用不平衡量及平衡半径处许用不平衡量。

（3）影响系数计算试重。基本初始振动和影响系数估算试重。

（4）简易振动矢量计算。根据2个矢量的幅值和相位，计算矢量和、矢量差。

（5）振动量单位换算。根据振动频率进行速度 RMS（Root Meam Square，均方根值）、位移PK-PK和加速度PK之间的基本换算。

（6）等效频率估算。根据速度RMS、位移PK-PK和加速度 PK，计算等效频率 f（A-V）、f（A-D）和f（V-D）。

（7）长方体配重质量估算及削钻孔去重质量估算。根据长方体的长、宽、高及密度（密度为可选参数，普通碳素钢/黄铜/纯铝/不锈钢），计算配重质量；根据削钻直径和深度，配重块的密度，估算去重质量。

（8）角度弧长换算。根据角度和周长（或半径），计算对应的弧长和半径（或周长）。

（9）去除试重的双面动平衡解算。根据转子两侧原始振动的幅值和相位、A侧试重质量及相位、A侧加试重后两侧振动的幅值和相位、去除A侧试重后的B侧试重的质量及相位、B侧加试重后两侧振动的幅值和相位，计算得到去除试重的A侧配重和B侧配重。

（10）保留试重的双面动平衡解算。根据转子两侧原始振动的幅值和相位、A侧试重质量及相位、A侧加试重后两侧振动的幅值和相位、保留A侧试重的B侧试重的质量及相位、B侧加试重后两侧振动的幅值和相位，计算得到保留试重的A侧配重和B侧配重。

3 基于Android的开发实现

该项目基于JAVA语言开发，开发工具为Android studio 3.0，硬件测试工具为金立M3，主屏分辨率为1280×720像素，屏幕像素密度294 ppi，操作系统为amigo OS 3.0（基于Android 5.0），CPU 型号为联发科 MT6735，CPU 频率为 1.3 GHz，RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）为1.5 GB，旨在实现振动测试的简易估算，协助现场振动测量。

动平衡解算器的开发设计主要分为界面设计和相关计算功能的实现。其中，界面设计理念要求应用程序的界面设计符合用户的操作习惯、视觉喜好、简洁性等特性，分析基于Android的动平衡解算器的功能需求，针对用户喜好制定了相应策略：界面搭建由Layout布局文件嵌套实现，以单击响应事件为主，辅以TextView，Button，EditView，ImageView 等相关控件及资源文件；振动测算计算功能主要参照应用基本构成的各项解算实现，根据对应解算原理进行Android编程，各项数值取小数点后5位。实现效果如图3所示。

图3 动平衡解算器部分示例

4 结束语

当前，Android技术已成为社会的主流技术，Android设备是智能社会发展的桥梁之一，故而，基于Android的相关振动测算也将向小型化、智能化方向发展。基于Android的动平衡解算器的设计与实现能够有效帮助工作人员在现场进行相关振动测量估算，并为基于Android的各种振动测量产品奠定一定的发展基础，从而推动振动监测测量与设备维修管理的进一步发展。

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