【专用动平衡机机械系统设计与实现】

amnic · 发表于 2009-8-25 10:38:22

摘要:介绍专用动平衡机的力学原理及机械结构设计原理，详细论述动平衡机振动系统方程及弹性系统刚度。

关键词：动平衡机；刚性转子；振动方程

1 引言
平衡机在国外应用已相当普及，专用平衡机的种类很多。我国由于平衡机起步晚，60年代开始研究开发，技术上不但落后于先进国家，而且某些专用平衡机几乎是空白，如风机，电机、木工机械、空调机等专用设备平衡机。对平衡机而言，机械系统是平衡机中最关键的部分，它性能好坏直接关系到转子（工件）平衡精度及工作效率。只有针对不同工件设计专用机械系统，才能把转子振动减少到最低限度。所以本文提出专用动平衡机机械系统的设计，对提高旋转机械的性能和使用寿命具有重要意义。

2 力学原理

（1）转子两面平衡原理：

设有不平衡量的刚性转子M绕定轴Z作匀速转动，如图1所示，由于转子是不平衡的，可以分解为由若干个偏心薄圆盘所组成，各圆盘的重心都不在转动轴线上，当转子匀速旋转时，各圆盘均产生一个惯性力，即F1、F2·····FN等组成一个空间惯性力系。这些惯性力虽然大小，方向、位置不相同，但它们都通过转动轴，都和转动轴线垂直。

假定转子的左右两端面作为校正面，将每个惯性力都分解为通过A、B两点的平行力，如第i个惯性力分解，其中：作用于A点的端面上，作用于B点的端面上，l为转子左右两个端面的距离，li为第i个惯性力至左端面的距离。

同样，把每个惯性力都向左、右两个端面分解，按平面汇交力系，各自得到一个通过汇交点的合力、，即、。显然，这两个作用在左、右端面上合力与和转子的

所有惯性力是等效的。因此，在左、右两端面上进行平衡校正，适当地加重或去重就可以消除RA、RB，使转子得到平衡。

由此可见，任何一个不平衡刚性转子都可在两个与转轴垂直的平面上进行平衡校正，这就是刚性转子两面平衡原理，专用动平衡机机械系统设计就是根据这个平衡原理进行设计。

（2）硬支承平衡机机械特性和校正平面解算[1][2]

硬支承平衡机是七十年代发展起来的新品种，其支承刚度大，故转子支承系统的固有频率很高，且远远高于平衡转速，因此转子支承振幅很小，转子惯性力可忽略不计。转子不平衡量是力形式作用在支承上，只要测出支承所受力，就能得到不平衡量，然后通过标准转子加试运转进行调整，再根据转子的几何尺寸，无需启动机器就能调整好系统。

转子和支承系统尺寸已知，左、右两校正面的不平衡量为m1r1及m2r2，其对应的离心力，两轴承处动反力为及，这些力都是矢量；若转子停止旋转，则这些力皆为零。

硬支承平衡机就是根据动反力来确定两校正面上离心力与，从而确定两校正面上的不平衡量。由于是在测量轴承处，而校正是选定的两校正面上，它们之间的关系是动力平衡的关系。因些转子的惯性力可省略不计，故支承反力和不平衡力是平衡。

由此可见，由不平衡量m1r1及m2r2产生的离心力仅与两轴承处的动反力与和轴承及校正面位置尺寸A、B、C有关。轴承处动反力通过传感器测出，各位置尺寸通过键盘输入计算机，由计算机进行平面分离解算加以调整。

3 专用动平衡机机械结构设计

平衡机机械系统主要由两大系统组成：驱动系统（它驱动被测转子(工件)达到所需的平衡转速）、摆架系统（它支承被平衡工件，并使之在不平衡力作用下产生振动）。

（1）驱动系统

驱动系统：包括电机、传动装置（变速装置）、制动装置、传动方式（联轴节）等。主轴的一端安装角度盘，用来指示工件不平衡相位。另外主轴上还装有光电传感器，用来产生基准信号。为了使被平衡工件达到所需的转速，首先确定电动机拖动功率及传递的转矩，按传动元件的尺寸参数，结合被平衡工件的规格、类型，及平衡精度要求，设计装卸夹具，确定工件与主轴联接方式。

总之，驱动系统要保证被平衡工件在测量过程中有稳定的转速；避免驱动系统零部件在测量过程中，对工件振动特性产生不良影响。

文哥 · 发表于 2009-8-25 10:51:41

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