CN102042898B - 动平衡试验工装及其动不平衡的配平方法 - Google Patents

Abstract

一种动平衡试验工装，包括连接轴，该连接轴包括连接端和第一旋转法兰；第一轴承，连接于第一轴承座，该连接轴枢接于第一轴承内；固定架，其一端与第一轴承座固定连接，固定架具有容纳空间，第一旋转法兰位于容纳空间内；第二轴承，连接于第二轴承座，第二轴承座与固定架的另一端固定连接；及从动轴，该从动轴连接有第二旋转法兰，从动轴枢接于第二轴承内，第二旋转法兰位于容纳空间内并与第一旋转法兰相面对。前述动平衡试验工装动不平衡的配平方法，先测出第一次不平衡量和不平衡相位，接着动平衡试验工装不动，将待测件沿轴线旋转180°，测出第二次不平衡量和不平衡相位，运用相对平衡法进行数据处理，就可确定出动平衡试验工装及待测件各自的不平衡量和不平衡相位。

Description

动平衡试验工装及其动不平衡的配平方法

技术领域

本发明有关动平衡试验机，特别有关一种与平衡试验机配合使用、用于对万向轴等双轴式待测件进行动平衡测试的动平衡试验工装及其动不平衡的配平方法。

背景技术

随着我国铁路事业的不断飞速发展，为适应“高速、重载”的要求，目前对机车的制造质量和安全性能要求也越来越高。

内燃机车例如DF4(东风4系)内燃机车内上所用的双轴式万向轴是一个传递功率大、要求精度高的关键部件，其质量的好坏，不仅取决于各零件的加工质量，在很大程度上也取决于装配质量的高低。对万向轴组装后进行动平衡试验时，在其两校正平面上配重后实现动平衡，就是起决定性作用的一个重要环节。

传统方法在万向轴组装完成后，通常是在传动轴动平衡机的专用设备上进行动平衡试验，试验时可将万向轴两端的万向节叉头法兰直接装在专用动平衡机的两个法兰上，而后进行动平衡试验，这种专用设备包括标准轴，设备造价高。而目前用于测试叶轮等多类单轴式待测物的通用硬支撑动平衡机例如YYW-300A型平衡机，只包括一个连接法兰，无法直接联接双轴式待测件例如万向轴进行动平衡试验，因此如何利用和改造现有的通用硬支撑动平衡机来进行双轴式待测件例如万向轴的动平衡测试，将成为一个有待解决的课题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种动平衡试验工装，与现有通用硬支撑动平衡机相连接就可进行双轴式待测件(例如万向轴)的动平衡测试，能够快捷、方便、准确地获得待测件的动不平衡矢量，并且结构简单，便于使用者操作，在拆除该动平衡试验工装以后，通用硬支撑动平衡机仍可进行叶轮等其它多类单轴式待测件的动平衡试验，测试成本低。

基于该动平衡试验工装，调整该动平衡试验工装本身的动不平衡的问题就被首先提出。一方面，因为该动平衡试验工装上不与动平衡机主轴联接的旋转法兰在不与待测件(例如万向轴)联接时，无法实现单独旋转，故不能单独测出其不平衡量。另一方面，与待测件联接后所测的动不平衡量为该动平衡试验工装本身与待测件动不平衡的合矢量。如果专门制作一根经动平衡的标准轴来进行该动平衡试验工装不与动平衡机主轴联接的旋转法兰动不平衡的检测，费用较高，生产周期长。为此，本发明的另一目的是提供一种前述动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，能够快捷、方便、准确地获得动平衡试验工装和待测件各自的动不平衡矢量，快速将动平衡试验工装通过配重块配平，操作方便，成本低。

本发明提供的一种动平衡试验工装，包括：

连接轴，所述连接轴包括连接端和第一旋转法兰；

第一轴承，连接于第一轴承座，所述连接轴枢接于所述第一轴承内；

固定架，该固定架的一端与所述第一轴承座固定连接，所述固定架具有容纳空间，所述第一旋转法兰位于所述容纳空间内；

第二轴承，连接于第二轴承座，所述第二轴承座与所述固定架的另一端固定连接；及

从动轴，该从动轴连接有第二旋转法兰，所述从动轴枢接于所述第二轴承内，所述第二旋转法兰位于所述容纳空间内并与所述第一旋转法兰相面对。

在优选的实施例中，所述连接轴的连接端具有圆形定位止口，定位精度高，也便于与动平衡机的主轴相连接，使用方便。

在优选的实施例中，所述第一、第二旋转法兰具有圆形定位止口，定位精度高，便于与双轴式待测件例如万向轴的两端相连接，使用方便。

在优选的实施例中，所述固定架包括第一端壁、第二端壁和设于所述第一、第二端壁之间的连接壁，所述第一、第二端壁分别与所述第一、第二轴承座固定连接。

在优选的实施例中，所述第一、第二端壁分别与所述第一、第二轴承座相焊接，所述第一、第二轴承座位于所述固定架的第一、第二端壁的外侧且固定在动平衡机机架上。

本发明提供一种动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，包括如下步骤：

首先将双轴式待测件安装在动平衡试验工装的第一、第二旋转法兰之间，将连接轴与一动平衡机相联接；

启动动平衡机，先测出第一次不平衡矢量

第一次不平衡矢量用不平衡量A和不平衡相位θ_A表征，接着动平衡试验工装不动，将待测件沿轴线旋转一定角度，测出第二次不平衡矢量

第二次不平衡矢量

用不平衡量B和不平衡相位θ_B表征；及

根据同一个待测件在旋转一定角度前后不平衡矢量的不平衡量是定值、不平衡相位之间具有角度关系的已知条件，求得动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ，根据求得的动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ给动平衡试验工装配重，以使其达到动平衡。

在本实施例中，在求得动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ的过程中，同时能够求得待测件不平衡矢量的不平衡量D和不平衡相位ξ。

在本实施例中，所述旋转的一定角度为180度，同一个待测件在旋转180度前后测得的不平衡矢量大小相等、方向相反，在假定动平衡试验工装已经动平衡的条件下，所述同一个待测件在旋转180度前后测得的第一次不平衡矢量

第二次不平衡矢量

大小相等、方向相反。

在本实施例中，满足如下关系：

动平衡试验工装的动不平衡量 $C=\frac{1}{2}\sqrt{A^2+B^2-2\mathrm{AB}\cos \mathrm{\α}}$

其中α＝180°-θ_B+θ_A

动平衡试验工装的动不平衡相位γ＝θ_A+β

其中 $\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{B\sin \mathrm{\α}}{2C}\right)$

待测件动不平衡量 $D=\sqrt{A^2+B^2-2\mathrm{AC}\cos \mathrm{\β}}$

待测件动不平衡相位 $\mathrm{\ξ}={\mathrm{\θ}}_A-\arcsin \left(\frac{C\sin \mathrm{\β}}{D}\right).$

在本实施例中，在两次测出的第一次不平衡矢量和第二次不平衡矢量

大小相等方向相反时，说明动平衡试验工装已经动平衡。

根据上述方案，本发明相对于现有技术的效果是显著的：

本发明在动平衡试验工装的动不平衡的测定、调整中，在假定动平衡试验工装已经动平衡的条件下，把同一个待测件在旋转180度前后测得的不平衡矢量大小相等、方向相反的“相对平衡法”应用到动平衡试验中，使待测件相对动平衡试验工装实现相对平衡，从而可以方便的测出动平衡试验工装和待测件例如万向轴各自的动不平衡矢量，然后分别实施修正残余不平衡矢量，就能很好地解决动平衡试验工装本身的动不平衡问题，快速的调平动平衡试验工装，经调平后，就可直接把双轴式待测件例如万向轴的两端连接在动平衡试验工装上进行测试，能够快捷、方便、准确地获得待测件的动不平衡矢量。另外，本发明的动平衡试验工装结构简单，便于使用者操作，能利用或改装现有通用硬支撑动平衡机来进行双轴式待测件的动平衡测试，并且在拆除该动平衡试验工装以后，通用硬支撑动平衡机仍可进行叶轮等其它多类单轴式待测件的动平衡试验，非常方便，测试成本极低。

附图说明

图1为本发明的动平衡试验工装的剖视图。

图2为图1中动平衡试验工装的使用状态示意图。

图3为本发明动平衡试验工装动不平衡调平的矢量分析原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明提供一种动平衡试验工装，与通用硬支撑动平衡机配合使用，能够对双轴式待测件例如万向轴9进行动平衡测试，在本发明中除了万向轴9以外，其它双轴式的待测件也可以采用本发明的动平衡试验工装进行动平衡测试，现以待测件为万向轴9为例来进行说明，该动平衡试验工装包括：

连接轴1，连接轴1包括连接端11和第一旋转法兰12，其中连接轴1用于与动平衡机的主轴8相连接；

第一轴承2，连接于第一轴承座3，连接轴1枢接于第一轴承2内，第一轴承座3固定在动平衡机机架81上，当然也可以固定于地面；

固定架4，该固定架4的一端41与第一轴承座3固定连接，固定架4具有容纳空间42，第一旋转法兰12位于容纳空间42内；

第二轴承5，连接于第二轴承座6，第二轴承座6与固定架4的另一端43固定连接，第二轴承座6也固定在动平衡机机架81上，当然也可以固定于地面；及

从动轴7，该从动轴7连接有第二旋转法兰71，从动轴71枢接于第二轴承5内，第二旋转法兰7位于固定架4的容纳空间42内并与第一旋转法兰12相面对。

在优选的实施例中，连接轴1的连接端11具有圆形定位止口111，定位精度高，也便于与通过硬支撑动平衡机的主轴8相连接，使用方便。

在优选的实施例中，第一旋转法兰12、第二旋转法兰7分别具有圆形定位止口121、72，定位精度高，便于与万向轴9的两端连接，使用方便。

在优选的实施例中，固定架4包括第一端壁44、第二端壁45和设于第一、第二端壁44、45之间的连接壁46，第一端壁44和第二端壁45分别具有供连接轴1和从动轴7穿过的通孔441、451，第一、第二端壁44、45分别与第一、第二轴承座3、6固定连接，例如通过焊接方式固定连接，也可以通过紧固件紧固连接，第一、第二轴承座3、6固定连接于固定架4的第一、第二端壁44、45相于对容纳空间42的外侧，即处于容纳空间42的外侧，在另一个实施例中，第一、第二轴承座3、6也可以局部穿置于第一端壁44和第二端壁45的通孔441、451中。

如图2所示，在测试时先将组装好的待测万向轴9安装在第一旋转法兰12和第二旋转法兰71之间，以第一旋转法兰12和第二旋转法兰7的圆形定位止口121、72定位、由螺栓等紧固件把紧，将连接轴1与动平衡机的主轴8联接好，在动平衡试验工装本身已经动平衡的情况下，启动动平衡机，带动动平衡试验工装的连接轴1、从动轴7转动，而固定架4因与第一、第二轴承座3、6固定连接，第一、第二轴承座3、6固定在动平衡机支架31、61上保持固定，因此固定架4在旋转过程当中不转动，只有连接轴1、从动轴7转动并带动第一旋转法兰12和第二旋转法兰7之间的待测万向轴9旋转，从而能够快捷、方便、准确地获得待测万向轴9的动不平衡矢量的动不平衡量和动不平衡相位。

本发明的动平衡试验工装结构简单，便于使用者测式操作，能利用或改装现有通用硬支撑动平衡机来进行双轴式待测件例如万向轴的动平衡测试，并且在拆除该动平衡试验工装以后，通用硬支撑动平衡机仍可进行叶轮等其它多类单轴式待测件的动平衡试验，非常方便，测试成本极低。

下面将详细介绍前述动平衡试验工装的动不平衡的配平方法。在本发明中的不平衡矢量用不平衡量和不平衡相位来表征，它是矢量。本发明采用相对平衡法的原理就是基于待测件与动平衡试验工装相对平衡，也就是说当测得一个不平衡的待测件后将其旋转一定角度后，再次测得该待测件的残余不平衡矢量，其不平衡量的小大应是相等的，不平衡相位之间具有一定角度关系，这些都是已知条件，为便于处理计算，优选旋转的一定角度是180°，因此同一个待测件在旋转180度前后测得的不平衡矢量大小相等、方向相反，在假定动平衡试验工装已经动平衡的条件下，同一个待测件在旋转一定角度前后测得的第一次不平衡矢量、第二次不平衡矢量将大小相等、方向相反。由于试验时待测件(万向轴9)和试验装置(动平衡试验工装)是同一个旋转体，所测的动不平衡量为待测件和试验装置(动平衡试验工装)动不平衡的合矢量。因此，本发明运用相对平衡法原理，先测出第一次不平衡量A和不平衡相位θ_A，接着动平衡试验工装不动，将待测件沿轴线旋转180°，测出第二次不平衡量B和不平衡相位θ_B，对所测数据进行相对平衡的数学处理即可确定动平衡试验工装及待测件各自的残余不平衡矢量大小，现详细说明如下：

如图3所示，假定第一次测得的动不平衡矢量万向轴9相对固定架4旋转180°后第二次测得的动平衡矢量

注：A------第一次测出的不平衡量

θ_A------第一次测出的不平衡相位

B------第二次测出的不平衡量

θ_B------第二次测出的不平衡相位

C------动平衡试验工装的平衡量

D------万向轴的不平衡量

矢量

是假定动平衡试验工装已动平衡条件下，将万向轴相对动平衡试验工装旋转180°时存在的，因此这时

与应是大小相等方向相反的两个矢量。

即        A＝A

∴ $\stackrel{\‾}{A^{\′}}=\stackrel{\‾}{D^{\′}}-\stackrel{\‾}{C}$

又∵

∴ $\stackrel{\‾}{B}=\stackrel{\‾}{D^{\′}}+\stackrel{\‾}{C}$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{MN}}=\stackrel{\‾}{B}-\stackrel{\‾}{A^{\′}}=(\stackrel{\‾}{D^{\′}}+\stackrel{\‾}{C})-(\stackrel{\‾}{D^{\′}}-\stackrel{\‾}{C})=2\stackrel{\‾}{C}$

∴ $2C=\sqrt{A^2+B^2-2\mathrm{AB}\cos \mathrm{\α}}$ (根据斜三角形余弦定理)

即动平衡试验工装动不平衡量为 $C=\frac{1}{2}\sqrt{A^2+B^2-2\mathrm{AB}\cos \mathrm{\α}}$

其中α＝180°-θ_B+θ_A

动平衡试验工装动不平衡相位γ＝θ_A+β(根据直角三角形外角和定理)

其中 $\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{B\sin \mathrm{\α}}{2C}\right)$ (根据斜三角形外角和定理)

在求得动平衡试验工装的动不平衡量C和动不平衡相位γ的同时，还可求得

万向轴动不平衡量 $D=\sqrt{A^2+C^2-2\mathrm{AC}\cos \mathrm{\β}}$

万向轴动不平衡相位 $\mathrm{\ξ}={\mathrm{\θ}}_A-\arcsin \left(\frac{C\sin \mathrm{\β}}{D}\right)$

这里A、B、θ_A、θ_B都能实际测得，因此动平衡试验工装的动不平衡量C和动不平衡相位γ均可计算求得，根据求得的动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ给动平衡试验工装配重，当C＝0时，矢量

大小相等方向相反(即α＝0)，因此，若两次测得的不平衡矢量大小相等方向相反，说明动平衡试验工装已经动平衡，不需配重，相反则重述前面的过程，直到平衡为止，本发明的配平方法不需专门制作一根经动平衡的标准轴来进行第二旋转法兰71的动不平衡的检测，非常简单方便，成本低，且周期短，经调平后的动平衡试验工装即可进行待测件的测试，能够快捷、方便、准确地获得待测件例如万向轴9的动不平衡矢量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明所作的等同变化与修饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动平衡试验工装，其特征在于，包括：

连接轴，所述连接轴包括连接端和第一旋转法兰；

第一轴承，连接于第一轴承座，所述连接轴枢接于所述第一轴承内；

固定架，该固定架的一端与所述第一轴承座固定连接，所述固定架具有容纳空间，所述第一旋转法兰位于所述容纳空间内；

第二轴承，连接于第二轴承座，所述第二轴承座与所述固定架的另一端固定连接；及

从动轴，该从动轴连接有第二旋转法兰，所述从动轴枢接于所述第二轴承内，所述第二旋转法兰位于所述容纳空间内并与所述第一旋转法兰相面对。

2.根据权利要求1所述的动平衡试验工装，其特征在于，所述连接轴的连接端具有圆形定位止口。

3.根据权利要求1所述的动平衡试验工装，其特征在于，所述第一、第二旋转法兰具有圆形定位止口。

4.根据权利要求1所述的动平衡试验工装，其特征在于，所述固定架包括第一端壁、第二端壁和设于所述第一、第二端壁之间的连接壁，所述第一、第二端壁分别与第一、第二轴承座固定连接。

5.根据权利要求4所述的动平衡试验工装，其特征在于，所述第一、第二端壁分别与所述第一、第二轴承座相焊接，所述第一、第二轴承座位于所述固定架的第一、第二端壁的外侧且固定在动平衡机机架上。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述的动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，其特征在于，包括如下步骤：

首先将待测件安装在动平衡试验工装的第一、第二旋转法兰之间，将连接轴与一动平衡机相联接；

启动动平衡机，先测出第一次不平衡矢量

第一次不平衡矢量

用不平衡量A和不平衡相位θ_A表征，接着动平衡试验工装不动，将待测件沿轴线旋转一定角度，测出第二次不平衡矢量

第二次不平衡矢量

用不平衡量B和不平衡相位θ_B表征；及

根据同一个待测件在旋转一定角度前后测得的不平衡矢量的不平衡量是定值、不平衡相位之间具有角度关系的已知条件，求得动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ，根据求得的动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ给动平衡试验工装配重，以使其达到动平衡。

7.根据权利要求6所述的动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，其特征在于，在求得动平衡试验工装不平衡矢量的不平衡量C和不平衡相位γ的过程中，同时能够求得待测件不平衡矢量的不平衡量D和不平衡相位ξ。

8.根据权利要求7所述的动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，其特征在于，所述旋转的一定角度为180度，同一个待测件在旋转180度前后测得的不平衡矢量大小相等、方向相反，在假定动平衡试验工装已经动平衡的条件下，所述同一个待测件在旋转180度前后测得的第一次不平衡矢量第二次不平衡矢量

大小相等、方向相反。

9.根据权利要求8所述的动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，其特征在于，满足如下关系：

动平衡试验工装的动不平衡量 $C=\frac{1}{2}\sqrt{A^2+B^2-2\mathrm{AB}\cos \mathrm{\α}}$

其中α＝180°-θ_B+θ_A

动平衡试验工装的动不平衡相位γ＝θ_A+β

其中 $\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{B\sin \mathrm{\α}}{2C}\right)$

待测件动不平衡量 $D=\sqrt{A^2+C^2-2\mathrm{AC}\cos \mathrm{\β}}$

待测件动不平衡相位 $\mathrm{\ξ}={\mathrm{\θ}}_A-\arcsin \left(\frac{C\sin \mathrm{\β}}{D}\right).$

10.根据权利要求6所述的动平衡试验工装的动不平衡的配平方法，其特征在于，在两次测出的第一次不平衡矢量

和第二次不平衡矢量

大小相等方向相反时，说明动平衡试验工装已经动平衡。

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