全自動(dòng)動(dòng)平衡校正機(jī)設(shè)計(jì)

..動(dòng)平衡機(jī)自動(dòng)化校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要如今動(dòng)平衡技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是傳統(tǒng)的動(dòng)平衡機(jī)只能完成轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡測(cè)試，而很多情況下轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡校正還是由人工完成，所以生產(chǎn)效率比擬低。為適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)高效率的生產(chǎn)要求，動(dòng)平衡測(cè)試與自動(dòng)校正一體機(jī)已成為必然趨勢(shì)和主流。本文綜合考慮國(guó)外自動(dòng)化程度不同的各型平衡機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一種可用于中小型電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的R型銑削校正方式雙工位全自動(dòng)平衡機(jī)。系統(tǒng)構(gòu)造采用模塊化設(shè)計(jì)思想，多線程協(xié)調(diào)統(tǒng)籌動(dòng)作，信號(hào)動(dòng)作狀態(tài)線圖進(jìn)展程序流程及時(shí)序分析，具有構(gòu)造分立及合并方便，生產(chǎn)節(jié)拍精簡(jiǎn)，運(yùn)行可靠，高校正精度等特點(diǎn)。為保證系統(tǒng)平衡精度，本文在多有文獻(xiàn)論述的測(cè)量系統(tǒng)精度控制的研究根底上，重點(diǎn)對(duì)銑削校正系統(tǒng)的精度控制進(jìn)展目標(biāo)分析和提出應(yīng)用方案。文章首先詳細(xì)分析各因素對(duì)平衡校正精度的相對(duì)重要性和控制難度，包括R型銑槽動(dòng)不平衡量的多因素影響、相位誤差因素影響、校正平面位置偏差因素影響等，得出：側(cè)吃刀量分散度和銑刀刀尖過(guò)渡刃長(zhǎng)度尺寸公差是轉(zhuǎn)子R型銑削校正精度控制的主要因素，并且相位誤差及校正平面位置偏差也是重要目標(biāo)。如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的全自動(dòng)動(dòng)平衡校正是本文研究的重點(diǎn)。為此，文章研究探討了轉(zhuǎn)子的校正策略，結(jié)合轉(zhuǎn)子的實(shí)際外形并考慮到校正過(guò)程的操作簡(jiǎn)便性，本系統(tǒng)采用在轉(zhuǎn)子的端面鉆孔去重的校正方法。在此根底上分析了各種情況下進(jìn)刀量和不平衡質(zhì)量大小的關(guān)系，并建立了去重?cái)?shù)學(xué)模型。隨后針對(duì)校正過(guò)程中存在的誤差進(jìn)展了理論分析。在控制系統(tǒng)的研究中，文章對(duì)系統(tǒng)的總體構(gòu)造和總體方案進(jìn)展了設(shè)計(jì)。伺服技術(shù)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)去重自動(dòng)化并保證校正精度的關(guān)鍵。文章對(duì)主軸伺服和進(jìn)給伺服的關(guān)鍵技術(shù)也進(jìn)展了詳細(xì)的研究。包括主軸伺服的調(diào)速原理和定向控制，脈沖比擬進(jìn)給伺服的原理，關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)與分析。并對(duì)交流伺服系統(tǒng)中的電子齒輪進(jìn)展了研究。另外，對(duì)去重系統(tǒng)軟件的流程進(jìn)展了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞動(dòng)平衡，全自動(dòng)平衡機(jī)，銑削用量AutomaticdynamicbalancecorrectionmachinedesignAbstractNowadays,Dynamicbalancingtechnologyhasbeenwellestablished,butthefunctionofthetraditionalbalancingmachinesislimitedtorotors’unbalancingtest.Inmanycases,therotors’balanceadjustmentisstilldonebyhand,sotheproductivityisrelativelylow.Thisthesisprehensivelyconsideredrelativemeritsofdiversiformbalancingmachinesofdifferentautomaticlevelathomeandabroad,anddevelopedonedoubleworking-positiontypeofautomateddynamicbalancing,whichappliestomicro-midielectricmachinerotor’sR-millingbalancecorrection.Toassuresystemaccuracy,thewriterfocusesontheaccuracyanalysisofbalancingcorrectionsystemandpropositionofresolutionmethods,foundedontheaccuracycontrolofbalancemeasurementsystemwhichhasbeendiscussedinnumerousliteratures.Firstly,relativeimportanceandcontroldifficultiesofvariousfactorswhichimpactoncorrectionaccuracyareanalyzedindetail.Theworkreachesresultsthatdepthdispersionofside-cutandchamferedcornerlengthtoleranceofmillingcuttertoolnosearethemainfactors,aswellasphaseerrorandplacedeviationofcorrectionplane.Thentherelationshipbetweenfeedvolumeandunbalancequalityisanalyzed,onthebasisofwhichthede-weightingmathematicalmodelisestablished.Besides,thepossibleamendingerroristheoreticallyanalyzed.Fortheresearchofthecontrollingsystem,theskeletonofthemechanicalconfigurationandthecontrollingformulaarefirstlyintroduced.Servosystemisakeytechnologytotherealizationofautomaticde-weightingandtoensurethecorrectingprecision.So,thekeytechnologyofservosystemisalsoresearchedinthispaper,includingspindleservoandfeedingservosystem.Forthespindleservosystem,thefocusisontheresearchofthespeedadjustingprincipleandthemethodofpositioncontrolling.Forthefeedingservosystem,theprincipleofpulseparisonisfirstlyintroduced,thensomekeycircuitsaredesignedandanalyzed.Besides,theelectronicgearusedintheACservosystemisalsoresearched.Forthesoftware,thede-weightingprocedureisdesigned.Keywords:DynamicBalancing,AutomatedBalancingMachine,MillingDosa目錄1緒論11.1課題背景及目的11.2國(guó)外研究狀況11.3課題研究容及要求32轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理52.1轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因及其危害52.2不平衡的種類72.3剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理72.4撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理72.5校正理論研究82.5.1校正方法簡(jiǎn)介82.5.2全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的組成92.5.3全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的控制流程102.5.4R型銑削模型103全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)架133.1平衡機(jī)的分類133.2系統(tǒng)構(gòu)架143.2.1平衡機(jī)143.2.2去重機(jī)153.2.3控制系統(tǒng)154全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量理論研究164.1測(cè)量原理164.1.1直流分量184.1.2基波分量184.1.3諧波分量194.1.4異頻分量和噪聲194.2動(dòng)不平衡量的測(cè)量數(shù)學(xué)模型214.3數(shù)字信號(hào)處理方法224.3.1干擾信號(hào)分類224.3.2不平衡量提取方法234.3.3數(shù)字濾波方法245全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)335.1測(cè)量系統(tǒng)的組成335.2系統(tǒng)局部硬件345.2.1振動(dòng)傳感器345.2.2參考信號(hào)測(cè)量傳感器365.2.3電荷放大器385.2.4增益控制405.2.5中心頻率跟蹤的窄帶濾波器設(shè)計(jì)405.2.6壓電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)465.2.7數(shù)據(jù)采集卡465.2.8程控放大電路的設(shè)計(jì)476總結(jié)與展望49致51參考文獻(xiàn)52..1緒論1.1課題背景及目的轉(zhuǎn)子由于設(shè)計(jì)、材質(zhì)不均勻以及制造安裝誤差等原因，往往造成其中心慣性主軸或多或少地偏離其旋轉(zhuǎn)軸線，這種情況稱為轉(zhuǎn)子具有不平衡量。當(dāng)具有不平衡量的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期的激振力，從而引起振動(dòng)和噪音。振動(dòng)會(huì)加速軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致事故;此外，振動(dòng)還會(huì)通過(guò)軸承、機(jī)座傳到根底，惡化附近的工作環(huán)境。由振動(dòng)故障診斷結(jié)果統(tǒng)計(jì)說(shuō)明，引起振動(dòng)過(guò)大的激振力中有90%是轉(zhuǎn)子不平衡力，可見(jiàn)此問(wèn)題比擬突出，所以必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)展動(dòng)平衡，使其到達(dá)一定的標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)平衡是旋轉(zhuǎn)類產(chǎn)品生產(chǎn)、制造過(guò)程中必須解決的一個(gè)根本共性問(wèn)題，其優(yōu)劣程度直接決定著產(chǎn)品的工作性能、使用壽命以及產(chǎn)品質(zhì)量等。而且，產(chǎn)品的動(dòng)平衡測(cè)量及校正往往處于產(chǎn)品零件生產(chǎn)工序的末端，此前已經(jīng)過(guò)初步鑄造到最終成形等多道復(fù)雜工序，其平衡性能和工作效率等指標(biāo)將直接影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量評(píng)定、總體生產(chǎn)效率以及企業(yè)的本錢控制。由于目前國(guó)外生產(chǎn)的全自動(dòng)平衡機(jī)，通過(guò)軟硬件的改良，在信號(hào)采集、濾波等處理上提升性能，以提高測(cè)量系統(tǒng)及整機(jī)精度的研究頗多；此項(xiàng)研究偏重于去重校正系統(tǒng)局部的研究，力圖通過(guò)樣機(jī)實(shí)際生產(chǎn)制造的細(xì)節(jié)，提出一些理論觀點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)歷，供全自動(dòng)動(dòng)動(dòng)平衡測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)研究相關(guān)人員討論參考，促進(jìn)我國(guó)全自動(dòng)平衡機(jī)的推廣和應(yīng)用。1.2國(guó)外研究狀況動(dòng)平衡的測(cè)量離不開(kāi)動(dòng)平衡機(jī)，動(dòng)平衡機(jī)是動(dòng)平衡技術(shù)的重要組成局部。世界上第一臺(tái)動(dòng)平衡機(jī)的出現(xiàn)迄今已經(jīng)有一百多年的歷史了。在上個(gè)世紀(jì)四十年代以前，轉(zhuǎn)子的不平衡量的測(cè)量主要是在純機(jī)械的設(shè)備上來(lái)完成的，不平衡量的測(cè)量沒(méi)有什么精度可言，由于機(jī)械測(cè)量原理的限制，只能一種觀測(cè)估算的方法。相位的測(cè)量一般采用的儀器主要是千分表，不平衡相位的判斷是利用機(jī)械系統(tǒng)諧振增加靈敏度完成的。動(dòng)平衡機(jī)技術(shù)的真正變革性的開(kāi)展主要得益于電子和信息技術(shù)的迅速開(kāi)展。到上世紀(jì)五十年代的時(shí)候，絕大多數(shù)的平衡設(shè)備的測(cè)試系統(tǒng)都利用了電子測(cè)量技術(shù)，平面別離電路有效地消除了左右面的相互影響，由電機(jī)拖動(dòng)的"標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子〞大大提高了調(diào)整平衡機(jī)的效率[1][2]。在這期間，一些通用的平衡機(jī)逐漸形成了系列化產(chǎn)品，與此同時(shí)，一些工業(yè)興旺的國(guó)家開(kāi)場(chǎng)逐漸開(kāi)展測(cè)量與校正裝置組合為一體的平衡機(jī)，除此之外，供大批量生產(chǎn)用的〔如汽車曲軸，電機(jī)轉(zhuǎn)子〕平衡自動(dòng)線也開(kāi)場(chǎng)開(kāi)展，這個(gè)時(shí)期，測(cè)量方式仍在不斷改良。到了二十世紀(jì)七十年代，平衡機(jī)的開(kāi)展出現(xiàn)了一次大的飛躍，主要標(biāo)志是此時(shí)出現(xiàn)了硬支撐平衡機(jī)。它克制了傳統(tǒng)軟支撐平衡機(jī)的缺陷〔需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整〕，只需要在靜態(tài)下進(jìn)展尺寸設(shè)定，這就是后來(lái)的永久標(biāo)定式的平衡機(jī)。我國(guó)動(dòng)平衡技術(shù)的開(kāi)展起步比起興旺國(guó)家晚得多，對(duì)動(dòng)平衡機(jī)理論和設(shè)備進(jìn)展研究開(kāi)場(chǎng)于1958年華中工學(xué)院研制成功第一臺(tái)DS-500型通用動(dòng)平衡機(jī)，它真正采用了電子測(cè)量技術(shù)[1]。從那時(shí)開(kāi)場(chǎng)算起，我國(guó)的動(dòng)平衡測(cè)量技術(shù)大概經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段，50年代的閃光式動(dòng)平衡機(jī)，此時(shí)技術(shù)以真空管構(gòu)成的RC帶通濾波器為特征，到60年代出現(xiàn)了電子管式動(dòng)平衡機(jī)，它的核心是晶體管，70年代開(kāi)展了瓦特表式動(dòng)平衡機(jī)，它的核心是集成電路，80年代出現(xiàn)了的動(dòng)平衡機(jī)包含了電子解算電路。幾十年來(lái)我國(guó)的動(dòng)平衡機(jī)技術(shù)雖然取得了較大的開(kāi)展，但是和世界先進(jìn)水平相比，無(wú)論在產(chǎn)品的種類上還是性能上都有著很大的差距。國(guó)動(dòng)平衡機(jī)的設(shè)計(jì)一局部是引進(jìn)國(guó)外淘汰或者即將淘汰的型號(hào)，一局部靈敏度、頻響特性都比擬差的仿制或自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品，大多存在很多共同的缺點(diǎn)如性能差、指示精度低、功能單一等缺點(diǎn)。國(guó)動(dòng)平衡機(jī)生產(chǎn)企業(yè)也存在構(gòu)造不合理，生產(chǎn)效益低下，缺少新產(chǎn)品、新技術(shù)，而且缺乏對(duì)新知識(shí)、新方法的應(yīng)用等問(wèn)題。目前從事動(dòng)平衡機(jī)的研制工作，并形成一定實(shí)力的有大學(xué)、華中科技大學(xué)、航空航天大學(xué)、交通大學(xué)等高校，以及生產(chǎn)平衡機(jī)的申克試驗(yàn)機(jī)等廠家?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)，數(shù)字技術(shù)，傳感器技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動(dòng)平衡機(jī)的數(shù)據(jù)采集和測(cè)量系統(tǒng)。隨著轉(zhuǎn)子平衡機(jī)理論的不斷完善和實(shí)踐技術(shù)日趨成熟，如今動(dòng)平衡機(jī)的研究開(kāi)發(fā)和制造水平都已經(jīng)有了很大的提高。現(xiàn)代新型的動(dòng)平衡機(jī)都是機(jī)電一體化成度極高的高科技產(chǎn)品。目前國(guó)動(dòng)平衡校正系統(tǒng)存在的很多缺點(diǎn)和缺乏有表達(dá)在以下幾個(gè)方面：第一，關(guān)于系統(tǒng)集成方面的技術(shù)研究還相對(duì)較少，在國(guó)對(duì)動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)集成方面的技術(shù)進(jìn)展了研究的單位也只有大學(xué)等少數(shù)幾家單位，其他大多數(shù)企業(yè)和科研單位的研究還主要集中在動(dòng)平衡稱重的設(shè)備和方法上，因?yàn)樵谶@些設(shè)備中不平衡量測(cè)量和系統(tǒng)的校正系統(tǒng)一體化的集成技術(shù)應(yīng)用較少，也就是說(shuō)大局部沒(méi)有和數(shù)控加工設(shè)備聯(lián)機(jī)的功能。第二，理論分析與應(yīng)用脫節(jié)。雖然局部單元技術(shù)方面如不平衡量的測(cè)量方法和在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等方面在我國(guó)的研究非常活潑，而且也并取得了非常不錯(cuò)的成就。然而，盡管在實(shí)驗(yàn)和理論方面的研究同國(guó)外先進(jìn)水平的差距已經(jīng)不是很大，但是我們國(guó)家的水平與興旺國(guó)家還存在一定的差距，這種差距主要表達(dá)在實(shí)際應(yīng)用方面。第三，去重加工技術(shù)及設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)相對(duì)滯后。目前國(guó)普遍采用的人工手動(dòng)的方法進(jìn)展轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡去重加工，而測(cè)量和去重一體化的數(shù)控加工等技術(shù)的應(yīng)用不多。另外一方面，目前國(guó)大局部科研單位和企業(yè)對(duì)動(dòng)平衡的研究多集中在如何提高測(cè)量精度方面，這些研究主要關(guān)注在軟硬件的改良方面，比方設(shè)計(jì)精度更高的壓電傳感器、跟蹤濾波電路和采用相敏檢波電路等，從而在信號(hào)采集、濾波等方面取得了很大進(jìn)步。而對(duì)于去重局部的問(wèn)題，如去重策略，加工模型的建立和誤差分析方面研究較少，致使難以到達(dá)較好的平衡效果。第四，在人機(jī)交互設(shè)計(jì)方面考慮往往太少，不夠周全。1.3課題研究容及要求轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡過(guò)程包括兩個(gè)局部的容，測(cè)量和校正。對(duì)于不同類型的轉(zhuǎn)子，其不平衡量的測(cè)量和校正方法是不一樣的，有的轉(zhuǎn)子偶不平衡很小，對(duì)轉(zhuǎn)子的實(shí)際工作運(yùn)行的影響可以忽略不計(jì)，這類轉(zhuǎn)子只需要在一個(gè)平衡面進(jìn)展平衡校正即可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，這類轉(zhuǎn)子的典型是如飛輪，砂輪，汽車離合器盤等薄盤形狀的轉(zhuǎn)子。這類轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是最大外徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向長(zhǎng)度，通常外徑是凈長(zhǎng)度的5倍以上。除此之外的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡通常必須在兩個(gè)或多個(gè)校正面進(jìn)展。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，電機(jī)的轉(zhuǎn)子等。平衡校正的本質(zhì)就是改善不平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，最終目的是為了使質(zhì)量分布相對(duì)于實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸線變得均勻，使轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)平衡到達(dá)規(guī)定的要求圍。目前，常用的不平衡校正方法有：去重，加重，調(diào)整校正質(zhì)量等。其中去重和加重是最常見(jiàn)也是最易于實(shí)現(xiàn)的方法。鉆孔是最常用的去重方法。常見(jiàn)的加重方法主要有：螺釘聯(lián)接，焊接，噴鍍金等。近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷開(kāi)展，現(xiàn)代平衡機(jī)的轉(zhuǎn)子校正開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用一些新工藝，新技術(shù)新方法，如激光去重，電解去重，熔鍍法加重等新興的工藝技術(shù)。本文綜合考慮國(guó)外全自動(dòng)平衡機(jī)以及自動(dòng)化程度，針對(duì)根據(jù)市場(chǎng)需求，以單面立式硬支撐型飛輪平衡機(jī)為研究對(duì)象，為其設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平衡量的自動(dòng)測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)來(lái)自傳感器的不平衡信號(hào)進(jìn)展處理，濾除無(wú)用的直流分量、各次諧波分量、異頻分量和各種干擾噪聲，取出有用的不平衡基波分量，并進(jìn)展運(yùn)算，最終指示出校正面上的不平衡量的大小和方位。因此，測(cè)量性能的好壞直接影響整機(jī)最小可達(dá)剩余不平衡量和不平衡量減低率這兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的根本要，根據(jù)所規(guī)定的平衡精度，要有充分的靈敏度和準(zhǔn)確度，在長(zhǎng)期使用中要足夠穩(wěn)定。2轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理機(jī)器中繞軸線旋轉(zhuǎn)的零部件，稱為機(jī)器的轉(zhuǎn)子。如果一個(gè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布均勻，制造和安裝都合格，那么運(yùn)轉(zhuǎn)是平穩(wěn)的。理想情況下，其對(duì)軸承的壓力，除重力之外別無(wú)其他的力，即與轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)一樣，只有靜壓力。這種旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸承都只有靜壓力的轉(zhuǎn)子，稱為平衡的轉(zhuǎn)子。如果轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸承除有靜壓力外還附加有動(dòng)壓力，那么稱之為不平衡的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子如果是不平衡的，附加動(dòng)壓力將通過(guò)軸承傳到達(dá)機(jī)器上，引起整個(gè)機(jī)器的振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，加速軸承的磨損，降低機(jī)器的壽命，甚至使機(jī)器控制失靈，發(fā)生嚴(yán)重事故[4,5]?，F(xiàn)代機(jī)器正向高速、高效率、高精度和大型化開(kāi)展，創(chuàng)造舒適的工作條件、抑制噪聲、節(jié)約能源都已提到日程上來(lái)。因此，限制和減小各種機(jī)器的振動(dòng)就愈加顯得重要。2.1轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因及其危害轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因是很多的，但大致可以歸納為以下幾種根本原因：1、轉(zhuǎn)子構(gòu)造的不對(duì)稱平常我們也可以看到，不同旋轉(zhuǎn)機(jī)器的構(gòu)造是不同的，有很多旋轉(zhuǎn)部件的構(gòu)造是不對(duì)稱的，其中最典型的例子是曲軸。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排列方式的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作順序的不同，以及氣缸數(shù)目的不同，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)方案的不同，曲軸的構(gòu)造是多種多樣的；曲軸構(gòu)造上的不對(duì)稱，是有其工作特點(diǎn)所決定的，因此，設(shè)計(jì)上要求必須為曲軸設(shè)計(jì)配重，出廠前還必須對(duì)每根曲軸做平衡試驗(yàn)，剩余不平衡量只有滿足一定的要求方可投入使用。2、原材料或毛坯的缺陷由于材料的缺陷，引起轉(zhuǎn)子的不平衡而導(dǎo)致零部件的失效是機(jī)械工程中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。例如：原材料密度不均勻，鑄造毛坯有氣孔、砂眼、縮孔和組織疏松等缺陷；鍛件有重皮和夾雜物，焊接構(gòu)造的焊縫不均勻等，都會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不平衡或零件的失效。3、轉(zhuǎn)子加工和裝配有誤差如果轉(zhuǎn)子在加工或裝配過(guò)程中存在誤差，也就改變了轉(zhuǎn)子繞軸線的質(zhì)量分布，也就破壞了轉(zhuǎn)子的不平衡狀態(tài)。例如：轉(zhuǎn)子與軸頸軸線的不同軸；裝配時(shí)徑向間隙不均勻或不同軸；聯(lián)接螺釘擰緊程度不同或由于熱壓配合和焊接所引起的撓曲變形等，都會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不平衡。4、機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的不平衡例如：砂輪、泵、螺旋槳推進(jìn)器、離心機(jī)別離缽等工作時(shí)的不均勻磨損；由于運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中溫度變化而產(chǎn)生的變形，由于機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中離心力所引起的零部件的微小移動(dòng)或彈性變形等，也都會(huì)破壞轉(zhuǎn)子原來(lái)的平衡狀態(tài)[6]。5、機(jī)器在維修過(guò)程中產(chǎn)生的不平衡不同行業(yè)的機(jī)械部門有不同的標(biāo)準(zhǔn)，在不同環(huán)境條件下，工作機(jī)械還有不同的精度要求，維修部門一般設(shè)備落后，技術(shù)力量差，在維修過(guò)程中排除了主要故障的同時(shí)，卻引發(fā)出潛在的隱患的現(xiàn)象也是常見(jiàn)的，特別是對(duì)于轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡是人眼觀察不到，手也感覺(jué)不到的，必須通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)才能定結(jié)論，這些也是容易被人們無(wú)視的原因之一[3]。在汽車維修行業(yè)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸動(dòng)不平衡過(guò)大，而使飛輪殼碎裂報(bào)廢數(shù)個(gè)卻使一些維修人員找不到原因的現(xiàn)象，也不是罕見(jiàn)的[7]；原因是上次維修過(guò)程中傳動(dòng)系組件裝配中出現(xiàn)了錯(cuò)誤操作。假設(shè)將曲軸飛輪組件進(jìn)一步平衡，問(wèn)題就解決了。因此，隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的不斷提高，轉(zhuǎn)子的平衡問(wèn)題，必須引起足夠的重視。在多數(shù)情況下，機(jī)械振動(dòng)是有害的，其危害性主要有：〔1〕、使機(jī)器支撐受到動(dòng)載荷的作用，影響支撐的正常工作?！?〕、動(dòng)、靜局部磨損、根底松裂，或使機(jī)器油管裂開(kāi)、自動(dòng)調(diào)節(jié)器失效，致使機(jī)器要經(jīng)常修理或過(guò)早損壞?！?〕、擾動(dòng)四周的機(jī)械設(shè)備和儀表，使調(diào)節(jié)裝置和保護(hù)系統(tǒng)有可能發(fā)生誤動(dòng)作而使設(shè)備和儀表無(wú)常工作?！?〕、產(chǎn)生噪音，影響工作人員的身心安康。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率一樣(或接近時(shí))，機(jī)器就會(huì)發(fā)生共振。出現(xiàn)共振時(shí)，振幅迅速增大，機(jī)組將產(chǎn)生劇烈振動(dòng)以至損壞。據(jù)報(bào)導(dǎo)，在1972年6月，日本關(guān)西電廠一臺(tái)600MW的汽輪機(jī)組在試車時(shí)，因振功過(guò)大而造成飛車，致使機(jī)組全部損壞[8]。當(dāng)然，還有些其它原因也會(huì)引起機(jī)器振功，例如大型汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子還會(huì)由于油膜振蕩、間隙振蕩等原因引起振動(dòng)。但據(jù)統(tǒng)計(jì)概率來(lái)看，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻引起的扳動(dòng)約占70~80％。因此，失衡轉(zhuǎn)子的平衡校正問(wèn)題在現(xiàn)代工業(yè)開(kāi)展中是一個(gè)非常突出的問(wèn)題。2.2不平衡的種類轉(zhuǎn)子的不平衡可以作如下理解：當(dāng)轉(zhuǎn)子的中心主慣性軸線(慣量主軸)與旋轉(zhuǎn)軸線不重合時(shí)，我們就說(shuō)轉(zhuǎn)子上存在不平衡。轉(zhuǎn)子的不平衡具有四種根本類型：靜不平衡、力偶不平衡、動(dòng)不平衡和準(zhǔn)靜不平衡。2.3剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理在平衡技術(shù)中，剛性轉(zhuǎn)子是指轉(zhuǎn)子是剛性的，即在重力和因質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的不平衡離心力作用下轉(zhuǎn)軸的變形可以忽略，且平衡狀態(tài)并不改變或只作稍微改變的轉(zhuǎn)子。當(dāng)然，絕對(duì)剛性的轉(zhuǎn)子是不存在的，只有當(dāng)工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于不平衡離心力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的變形很小，以至可以忽略不計(jì)，習(xí)慣上，對(duì)這樣的轉(zhuǎn)子就可以認(rèn)為是剛性轉(zhuǎn)子[4]。在平衡實(shí)踐中，有些轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速很低，如人造衛(wèi)星的自旋速度等。在這種情況下，由不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的不平衡離心力不大，這時(shí)也往往是把這類轉(zhuǎn)子作為剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)展處理。其動(dòng)平衡原理如下：1、不管轉(zhuǎn)子的初始不平衡是如何分布的，總可以在預(yù)選的兩校正平面進(jìn)展平衡校正。因?yàn)檗D(zhuǎn)子上的不平衡重量與所加的平衡重量在旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力都與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此剛性轉(zhuǎn)子的平衡與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。在某一轉(zhuǎn)速下平衡好的剛性轉(zhuǎn)子，其剩余不平衡量的值在其它轉(zhuǎn)速、以至最高工作轉(zhuǎn)速下，也不會(huì)顯著地超過(guò)其允許的剩余不平衡量。2轉(zhuǎn)子的不平衡由靜不平衡和動(dòng)不平衡組成，兩者可分別進(jìn)展校正。但假設(shè)轉(zhuǎn)子的初始不平衡量不大，由初始不平衡所產(chǎn)生的離心力在平衡機(jī)的容限圍時(shí)，根據(jù)靜、動(dòng)不平衡的特點(diǎn)，就可以直接對(duì)轉(zhuǎn)子作動(dòng)不平衡校正，而無(wú)需事先對(duì)轉(zhuǎn)子作靜平衡。這是因?yàn)殪o止平衡好的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍可能不平衡，面在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)平衡好的轉(zhuǎn)子，在靜止時(shí)一定是平衡的。剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理較為簡(jiǎn)單，但它是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的根底，在熟悉剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理后，其它類型的轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡也就不難掌握。2.4撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理在平衡技術(shù)中，把但凡不符合剛性轉(zhuǎn)子定義的轉(zhuǎn)子，統(tǒng)稱為撓性轉(zhuǎn)子。具體地講，對(duì)于工作轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子自身的第一臨界轉(zhuǎn)速，這時(shí)的轉(zhuǎn)子都應(yīng)稱為撓性轉(zhuǎn)子。例如套裝式葉輪的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大多數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。特別是隨著近代機(jī)械工業(yè)的開(kāi)展，出現(xiàn)了一些長(zhǎng)徑比很大的轉(zhuǎn)子，如大型化工設(shè)備中的某些轉(zhuǎn)子、燃汽輪轉(zhuǎn)子等，這些轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速很低，但工作轉(zhuǎn)速很高，因此部有可能在高于二階或三階臨界轉(zhuǎn)速下工作。在這種工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子已呈現(xiàn)撓曲狀，因此，這時(shí)假設(shè)再如剛性轉(zhuǎn)子那樣，平衡時(shí)不考慮轉(zhuǎn)子的撓曲變形，那末平衡后往往就得不到預(yù)期的效果，而且有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)愈平衡情況愈糟[4]。撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理簡(jiǎn)述如下：1、失衡撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)撓度隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。因此，撓性轉(zhuǎn)子不僅要求在工作轉(zhuǎn)速下平衡，而且要在整個(gè)轉(zhuǎn)速圍都應(yīng)進(jìn)展動(dòng)平衡校驗(yàn)。2、在接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，撓性轉(zhuǎn)子軸線上各點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)最大撓度時(shí)所形成的彈性曲線可近似地視為轉(zhuǎn)子在這一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)的振型。振型可用函數(shù)的形式表示，且振型函數(shù)具有正交性。因此，撓性轉(zhuǎn)子平衡時(shí)可以按振型逐階地進(jìn)展。如果逐階平衡好了，這時(shí)轉(zhuǎn)子在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速圍也就平衡了[5]。3、撓性轉(zhuǎn)子上平衡配重塊的加置，不但應(yīng)使軸承處的動(dòng)反力為零，而且還應(yīng)使轉(zhuǎn)子所受的撓矩為零(或最小)，這樣轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的撓曲變形為零(或最小)，使得因撓曲產(chǎn)生的附加不平衡離心力為零(或最小)。因此，就不能像剛性轉(zhuǎn)子那樣只在兩個(gè)校正面加置。這時(shí)，只有根據(jù)起始不平衡量的軸向位置和大小，在其所在的軸向平面上對(duì)側(cè)位置處加上平衡配重，就可以不使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓曲變形，轉(zhuǎn)子也到達(dá)平衡。4、由于不平衡離心力所引起的轉(zhuǎn)子振動(dòng)必然會(huì)引起軸承的振動(dòng)。因此為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，實(shí)際測(cè)量時(shí)可以用通過(guò)檢測(cè)軸承處的振動(dòng)來(lái)推估轉(zhuǎn)子上的不平衡狀況。此外，在撓性轉(zhuǎn)子的平衡工藝中，特別是在平衡大容量的汽輪機(jī)組時(shí)，可以將每個(gè)轉(zhuǎn)子在安裝l~2級(jí)葉輪后先在低速下進(jìn)展平衡校正，使轉(zhuǎn)子的撓矩減至最小。裝好葉輪后再對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)展高速平衡校正，這樣用每個(gè)平衡好的轉(zhuǎn)子組裝后的汽輪機(jī)組一般就不需再進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)平衡〔軸系平衡〕[11]。2.5校正理論研究2.5.1校正方法簡(jiǎn)介校正通常采用的方法有三種，質(zhì)量定心法，加重法和去重法。質(zhì)量定心法質(zhì)量定心法的根本原理是調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸線使其與中心主慣性軸盡量重合的方法，這種方法應(yīng)用較少，只用于一些特定的場(chǎng)合或特定的階段，例如可以用質(zhì)量定心法來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)展預(yù)平衡。加重法加重法就是在轉(zhuǎn)子的平衡面的特定位置加上一定的配重使轉(zhuǎn)子到達(dá)動(dòng)平衡的方法，對(duì)于某些不便或者根本無(wú)法去重的轉(zhuǎn)子通常采用加配重的方法。例如人造衛(wèi)星，導(dǎo)彈等飛行器。再如，某些轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)會(huì)隨著工況變化，對(duì)于這樣的轉(zhuǎn)子進(jìn)展配重校正有很大的優(yōu)點(diǎn)，那就是便于轉(zhuǎn)子的再校正。加重法通常采用的工藝有焊接，鉚接，螺釘連接等。去重法去重法是不平衡校正采用的最多的一種方法。去重法實(shí)施起來(lái)相對(duì)容易，而且有些轉(zhuǎn)子必須采用去重法來(lái)校正，如渦輪機(jī)的一些轉(zhuǎn)子，飛機(jī)的螺旋槳等。根據(jù)去重的方法，主要可以分為鉆孔去重法，銑削去重法。銑削去重法在去重校正系統(tǒng)中很常用，使用一定規(guī)格的銑刀，根據(jù)測(cè)得的不平衡量算出應(yīng)銑削加工的量度，就可以較為準(zhǔn)確地去除不平衡量。本課題所研究設(shè)計(jì)的自動(dòng)去重機(jī)就是采用銑削去重的方法。2.5.2全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的組成本課題研制的全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)采用R型銑削去重,系統(tǒng)由平衡機(jī)本體、測(cè)控系統(tǒng)、上位機(jī)三大局部構(gòu)成，如下圖。圖2.1系統(tǒng)組成圖全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)本體包括機(jī)械本體、動(dòng)力局部(伺服電機(jī))、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(含三個(gè)步進(jìn)電機(jī))及檢測(cè)傳感裝置,主要功能是實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)動(dòng)平衡檢測(cè)加工所需的支承、驅(qū)動(dòng)、動(dòng)作及檢測(cè)等;測(cè)控系統(tǒng)由測(cè)量控制卡、步進(jìn)電機(jī)控制卡及系統(tǒng)動(dòng)作協(xié)調(diào)控制卡、PLC等構(gòu)成,主要完成不平衡信號(hào)的采集與整理、工件不平衡量(幅值和相位)提取、工件旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)和控制以及與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊等功能;上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的協(xié)調(diào)、管理和維護(hù)工作;鑒于平衡機(jī)工作場(chǎng)所電磁環(huán)境惡劣,上位機(jī)采用工控機(jī),并與測(cè)控系統(tǒng)中的PLC共同放置于一個(gè)綜合控制機(jī)柜中。上位機(jī)一方面要接收各控制卡上傳的數(shù)據(jù),另一方面將設(shè)定參數(shù)、分析處理的結(jié)果傳送給相應(yīng)控制卡。主要功能包括工件標(biāo)定、誤差分析與補(bǔ)償、平衡參數(shù)智能分析、故障診斷、控制協(xié)調(diào)及用戶界面等,上位機(jī)與各控制卡的通訊采用RS232串行總線。2.5.3全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的控制流程對(duì)全自動(dòng)平衡機(jī)的工作過(guò)程實(shí)施控制,主要是對(duì)工件(轉(zhuǎn)子)不平衡量的測(cè)量及校正兩個(gè)階段實(shí)施控制,到達(dá)全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的目的。控制過(guò)程的流程圖見(jiàn)圖2。其中,測(cè)量夾具夾/松操作、旋轉(zhuǎn)夾具夾/松操作、銑刀轉(zhuǎn)/停操作均由PLC控制,而負(fù)責(zé)工件旋轉(zhuǎn)、進(jìn)給的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)和負(fù)責(zé)帶動(dòng)銑刀快進(jìn)/退、工進(jìn)/退的步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)那么由步進(jìn)電機(jī)控制卡給出。由圖2.2可以看出,全自動(dòng)平衡機(jī)的工作過(guò)程主要包含兩個(gè)步驟:(1)不平衡量測(cè)量,信號(hào)處理,判斷工件是否合格,是那么打印測(cè)試報(bào)告并完畢,否那么進(jìn)展步驟2;(2)按控制策略去重,并轉(zhuǎn)步驟1,檢測(cè)工件是否已達(dá)標(biāo)。在步驟1中工件的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間是本步驟控制的重點(diǎn)。因?yàn)楣ぜ霓D(zhuǎn)速會(huì)影響不平衡量的測(cè)量精度及旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間(在加速度一定的情況下),旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間決定了流水線的吞吐率。在工件加速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,分析測(cè)量信號(hào),一旦測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定假設(shè)干周期即停頓旋轉(zhuǎn),并在減速過(guò)程中并行執(zhí)行其他控制動(dòng)作的方法,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是一個(gè)合理可行的控制方法。在步驟2中,建立去重模型是關(guān)鍵,決定了去重時(shí)間(能否一次完成)和精度。各工步間的配合、優(yōu)化也是控制策略必須考慮的問(wèn)題。另外,不同類工件進(jìn)展動(dòng)平衡前,標(biāo)定操作也是控制過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié);各工步的并行安排、優(yōu)化配合是提高系統(tǒng)效率、節(jié)能降耗的保證。圖2.2控制流程圖2.5.4R型銑削模型R型銑削由于去除不平衡量大、定位容易等優(yōu)點(diǎn),在全自動(dòng)平衡機(jī)中應(yīng)用最廣泛。R型銑削去重模型示意圖如圖2.3。不平衡量通常的表示方法為"克·毫米〞,是一個(gè)矢量,指轉(zhuǎn)子校正平面一個(gè)點(diǎn)上的質(zhì)量與該點(diǎn)到轉(zhuǎn)子軸心距離的乘積。由于去重質(zhì)量為在圓周、徑向的分布,顯然采用去重質(zhì)量乘以其質(zhì)心到轉(zhuǎn)子軸心距離會(huì)有較大的誤差,實(shí)際上應(yīng)是去重面上各點(diǎn)不平衡矢量的積分。同時(shí)考慮轉(zhuǎn)子圓周上其他因素的影響(如溝槽面的不規(guī)整度、外表的粗燥度等),去掉的不平衡量不可能是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的拱形條塊,本系統(tǒng)采用的去重模型可表示為:W=k·ρ·1·h·α·x2,式中,k表示調(diào)整系數(shù);ρ表示轉(zhuǎn)子去重局部的密度;l表示銑削長(zhǎng)度;h表示銑削深度;α表示去重圓心角(α=2arcsind2R,d為銑刀厚度);x表示不平衡量的矢量半徑,考慮徑向分布的影響x=(R-h/2);分析去重模型可以得出,銑削去重可按進(jìn)給控制方式不同分為控制銑削深度和控制銑削長(zhǎng)度兩種加工方法,實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可根據(jù)工件具體要求做出選擇,并由軟件實(shí)施相應(yīng)控制策略。如果第一次去重操作未能使工件動(dòng)平衡達(dá)標(biāo),第二次乃至第三次的去重模型要更復(fù)雜。圖2.3R型銑削模型圖3全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)架本文針對(duì)根據(jù)市場(chǎng)需求，以單面立式硬支撐型飛輪平衡機(jī)為研究對(duì)象，為其設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平衡量的自動(dòng)測(cè)量與校正。根據(jù)現(xiàn)有資料，對(duì)其系統(tǒng)構(gòu)架與機(jī)械構(gòu)造進(jìn)展了進(jìn)一步的修改與完善，本章將對(duì)其進(jìn)展詳細(xì)論述。3.1平衡機(jī)的分類平衡機(jī)是用于測(cè)定轉(zhuǎn)子不平衡的機(jī)器。按其測(cè)量結(jié)果進(jìn)展使正，以改善被平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分市，使轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸頸的振動(dòng)或作用于軸承的力減小到規(guī)定的圍。平衡機(jī)的主要功能是測(cè)量，有時(shí)還附有校正裝置，以提高效率。由于平衡機(jī)的構(gòu)造，工作原理，測(cè)量和顯示方式及平衡對(duì)象的不同，平衡機(jī)的種類也很多，目前國(guó)外都沒(méi)有統(tǒng)一的分類方法。但是如同轉(zhuǎn)子的不平衡一般分為靜不平衡和動(dòng)不平衡一樣，平衡機(jī)也相應(yīng)地分為靜平衡機(jī)和動(dòng)平衡機(jī)兩大類。不言而喻，靜平衡機(jī)是用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的靜不平衡，而動(dòng)平衡機(jī)是用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡，并且也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的靜不平衡或偶不平衡的特殊情況。按照不平衡量測(cè)量原理，平衡機(jī)又分為重力式平衡機(jī)和離心力式平衡機(jī)兩類。重力式平衡機(jī)是在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠轉(zhuǎn)子重力矩作用測(cè)量轉(zhuǎn)子靜不平衡的平衡機(jī)；而離心力式平衡機(jī)是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠測(cè)量由轉(zhuǎn)子不平衡離心力所引起支撐系統(tǒng)的振動(dòng)或支撐所受的動(dòng)載荷確定轉(zhuǎn)子不平衡的平衡機(jī)。重力式平衡機(jī)又可分為滾動(dòng)式和天平式兩種[12]。習(xí)慣上所說(shuō)的動(dòng)平衡機(jī)系指離心力式雙面平衡機(jī)而言。離心力式平衡機(jī)按其構(gòu)造和技術(shù)特點(diǎn)還有如下一些習(xí)慣分類方法：按平衡機(jī)轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的力學(xué)特性分類有軟支撐平衡機(jī)和硬支撐平衡機(jī)。軟支撐平衡機(jī)系指平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)固有頻率的平衡機(jī)；而硬支承平衡機(jī)系指平衡轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)固有頻率的平衡機(jī)[13]。按平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子軸線的狀態(tài)分類有臥式平衡機(jī)和立式平衡機(jī)。臥式平衡機(jī)系指在平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子的軸線為水平狀態(tài)的平衡機(jī)；而立式平衡機(jī)系指在平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子的軸線為豎立狀態(tài)的平衡機(jī)。按平衡機(jī)用途分類有通用平衡機(jī)，專用平衡機(jī)，質(zhì)量定心機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)平衡儀。通用平衡機(jī)系指在平衡機(jī)規(guī)定的轉(zhuǎn)子重量圍，能平衡形狀；尺寸不同的多種轉(zhuǎn)子的平衡機(jī)；而專用平衡機(jī)是指在平衡機(jī)規(guī)定的轉(zhuǎn)子重量圍，只能平衡單一種類轉(zhuǎn)子的平衡機(jī)；質(zhì)量定心機(jī)是在轉(zhuǎn)子毛坯階段改變轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布使轉(zhuǎn)子的軸線盡量與中心主慣性軸一致，從而減小轉(zhuǎn)子的初始不平衡量的機(jī)器；現(xiàn)場(chǎng)平衡儀是在現(xiàn)場(chǎng)用于對(duì)已安裝好的整機(jī)或機(jī)組進(jìn)展平衡測(cè)試的儀器。由于幾乎所有的測(cè)振儀均可用于現(xiàn)場(chǎng)平衡，所以現(xiàn)場(chǎng)平衡儀一般系指專門用于現(xiàn)場(chǎng)平衡的，可同時(shí)測(cè)量振幅與相位的儀器，而不包括可用于現(xiàn)場(chǎng)平衡的其他測(cè)量?jī)x器。按所平衡轉(zhuǎn)子的力學(xué)特性分類，有剛性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)和柔性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)(即通常所說(shuō)的高速平衡機(jī)。按測(cè)量方法，電路特點(diǎn)和不平衡量顯示裝置等分類，有機(jī)械式平衡機(jī)、電子式平衡機(jī)、閃光式平衡機(jī)、相敏檢波式平衡機(jī)和瓦特表式平衡機(jī)等。3.2系統(tǒng)構(gòu)架3.2.1平衡機(jī)一般平衡機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡量的檢測(cè)。而作為全自動(dòng)機(jī)器中的平衡機(jī)不僅要檢測(cè)不平衡量，而且還要具備自動(dòng)定位的功能，這就對(duì)平衡機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。平衡機(jī)可以分為機(jī)械支撐構(gòu)造，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)等局部。從支撐方式上劃分，平衡機(jī)可以分為軟支撐平衡機(jī)和硬支撐平衡機(jī)兩種形式，其中軟支撐平衡機(jī)可以認(rèn)為振幅就是偏心距，要求系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速頻率；而硬支撐平衡機(jī)那么是振幅與離心力成正比，要求系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速頻率。在綜合考慮了兩種支撐方式對(duì)振動(dòng)信號(hào)的靈敏度，非線性度等影響因素后，本文采用了硬支撐方式的平衡機(jī)，即硬支撐平衡機(jī)。支撐局部包括支撐架、擺架、簧片以及鎖緊機(jī)構(gòu)等部件。工件放置于擺架上，與擺架組成振動(dòng)系統(tǒng)，在不平衡力的作用下作受迫振動(dòng)。擺架與傳感器相連，通過(guò)傳感器將擺架的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入測(cè)量回路。支撐系統(tǒng)的動(dòng)力特性直接關(guān)系到平衡機(jī)的性能，因此是平衡機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)。平衡機(jī)上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、皮帶及皮帶輪等。選用伺服電機(jī)的原因是伺服電機(jī)在測(cè)量過(guò)程中能保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，并在自動(dòng)定位的過(guò)程中，起到關(guān)鍵的定位控制作用。平衡機(jī)對(duì)皮帶輪的加工工藝以及安裝工藝要求比擬高，如果皮帶輪存在加工和安裝誤差，那么會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程過(guò)皮帶給轉(zhuǎn)子帶來(lái)周期性的干擾。同樣皮帶外表也要求光滑均勻，沒(méi)有接縫。信號(hào)的采集與處理直接決定了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，也決定了整個(gè)機(jī)器的處理效果。因此對(duì)于信號(hào)的采集與處理，進(jìn)展了大量的實(shí)驗(yàn)與研究。采用了硬件二階有源濾波、軟件時(shí)域平均算法、互相關(guān)算法等一系列的方法來(lái)去除各種干擾，提高檢測(cè)精度[14/15]。3.2.2去重機(jī)去重機(jī)模塊包括移開(kāi)工作臺(tái)與夾具兩局部。移開(kāi)工作臺(tái)上安裝有刀具，是去重過(guò)程中的重要部件。移開(kāi)工作臺(tái)可帶動(dòng)刀具進(jìn)展水平和垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)不同要求的切削量。為了提高切削量的精度，移開(kāi)工作臺(tái)必須實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的兩自由度的移動(dòng)。經(jīng)分析其重復(fù)定位精度應(yīng)該控制在0.02mm以。文中的移開(kāi)工作臺(tái)中的絲杠將采用精細(xì)的滾珠絲杠，配合高剛度的直線導(dǎo)軌，可以保證精度要求。為了保證驅(qū)動(dòng)與定位的可靠性與準(zhǔn)確性，絲杠的驅(qū)動(dòng)是利用伺服電機(jī)。這里的夾具局部分為固定裝置，夾緊裝置，及轉(zhuǎn)向裝置三局部。