CN102175396A - 一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，包括静盘、动盘和动盘支撑盘，静盘安装在转子端盖上，动盘支撑盘安装在高速电主轴转子上，动盘安装在动盘支撑盘上，静盘和动盘支撑盘上设有两组感应变压器，动盘内安装有可旋转的调整机构，其由两组定环和转环构成，能量由初级感应变压器发射，被次级感应变压器感应接收，由驱动电路板输出给定环上的压电陶瓷片，使其产生振动，实现定环上的面内驻波振动，定环上的齿状突起可周期性地拨动转环，驱动转环转动，从而调整两个配重块的相对位置，改变电主轴转子重心，实现高速电主轴转子在线自动平衡的目的，本发明具有高精度、高安全性、低污染、配重能力可调的优点。
Description
技术领域
本发明涉及高速旋转机械转子在线动平衡技术领域，尤其涉及一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置。
背景技术
在科学技术的不断推动下，现代机械向着高速、高效率、高精度方向飞速发展，限制和减少各种旋转机械的振动即进行动平衡显得越来越重要。动平衡的关键技术是动平衡执行装置的设计。目前，广泛应用的动平衡执行装置可分为以下三类：直接在线动平衡执行装置，即从质量方面着手，通过加重去重，直接将平衡圆盘的几何中心移到旋转中心，有喷涂法、喷液法及激光去重法等；间接在线动平衡执行装置，即给圆盘长期提供与不平衡力方向相反、大小相等的力，将其重心强行拉到旋转中心，目前有电磁轴承型和电磁圆盘型；混合型在线动平衡执行装置，即工作时以某种方式改变动平衡执行装置内部质量分布，不加重也不去重，使其几何中心与旋转中心重合，质量的重新分布可通过机械方法或电磁方法进行，根据驱动平衡质量块移动方式到控制方式的不同，可分为电动机型和电磁型。
上述各种动平衡执行装置用于转速超过10000r/min的高速转子在线动平衡时都存在先天缺点：
第一类直接在线动平衡执行装置中，激光去重法和喷涂法是无法复原的调整方法，且高速调整精度低、附加设备过于复杂和昂贵，无法真正在工业应用场合推广。喷液法现在在工业场合有一定应用，但当电主轴的转子高速旋转时，会由于液体汽化、喷射延时而造成调整精度大大降低。而且喷液时的漏液是不可避免的，会造成设备污染，这在大部分工业场合是不能容忍的。所以这几种直接在线动平衡执行装置的平衡方法存在实际问题，应用范围狭窄。
第二类间接在线动平衡执行装置也存在严重不足，即转子在运行过程中一直受平衡电磁力的作用，能耗大，机械结构内应力大，而且当转速过高时，磁场会发生畸变从使平衡电磁力的控制非线性大大增加，无法实现准确控制。
第三类混合型在线动平衡执行装置中电动机式由于本身结构和安装方式的原因无法用于高速电主轴。电磁式虽然可用于高速电主轴，但也存在两个先天严重不足，其一是电磁式的调整盘周向调整的最小调整角度过大造成调整精度比较低，无法实现动平衡精确调整。其二是电磁式的调整盘无法自锁定，在非调整状态下需要靠电磁离合盘进行锁定，一旦电磁离合盘高速状态下发生失效将导致调整盘解锁而发生严重安全事故。
总之，目前市售的各种在线动平衡执行装置均存在各种不足而无法完全适应高速电主轴的转子在线动平衡工作环境。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，能够适应高速电主轴的转子在线自动平衡的需要，具有高精度、高安全性、低污染、配重能力可调的优点。
为了实现上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，包括静盘1、动盘3和动盘支撑盘2，静盘1固定安装在转子端盖上，动盘支撑盘2安装在高速电主轴转子上，动盘3与动盘端盖4一起固定安装在动盘支撑盘2上，静盘1与动盘支撑盘2同轴安装，静盘1与动盘支撑盘2相对应的端面上设有环状凹槽21，环状凹槽21内设行内外两组初级感应变压器26，动盘支撑盘2与静盘1相对应的端面上也设有环状凹槽20，环状凹槽20内设有内外两组次级感应变压器27，动盘3的两个侧面分别安装有两组定环6和转环5，定环6安装在动盘3的轴毂上，定环6与动盘3之间放置有垫圈7，转环5安装在动盘3的环形轨道内，动盘支撑盘2的另一端面安装有驱动电路板9，驱动电路板9的输入端与次级感应变压器27相连接，驱动电路板9的输出端与两组定环6上的压电陶瓷片32连接。
所述的定环6由弹性金属基体33和紧密粘贴在其两侧的压电陶瓷片32构成，其周围均匀地分布有六个齿状突起30，齿状突起30的外端均有一斜切面31。
所述的转环5的外圈上有一配重块28，内圈与定环6上的斜切面31配合的部位也有一斜切面29。
所述的初级感应变压器26由初级外圈感应变压器24和初级内圈感应变压器22构成，初级外圈感应变压器24和初级内圈感应变压器22同心安装，初级外圈感应变压器24由初级外圈感应变压器磁芯12和缠绕在其上的初级外圈感应变压器线圈13构成，初级内圈感应变压器22由初级内圈感应变压器磁芯19和缠绕在其上的初级内圈感应变压器线圈18构成。
所述的次级感应变压器27由次级外圈感应变压器25和次级内圈感应变压器23构成，次级外圈感应变压器25和次级内圈感应变压器23同心安装，次级外圈感应变压器25由次级外圈感应变压器磁芯15和缠绕在其上的次级外圈感应变压器线圈14构成，次级内圈感应变压器23由次级内圈感应变压器磁芯16和缠绕在其上的次级内圈感应变压器线圈17构成。
所述的动盘支撑盘2与高速电主轴转子过盈配合。
所述的静盘1和动盘支撑盘2之间存在0.5-4mm间隙。
所述的转环5上的斜切面29上镀有摩擦材料。
本发明的工作原理：
将执行装置的无接触能量传递机构的初级感应变压器固定安装在静盘1上，而次级感应变压器固定安装在动盘支撑盘2上，实现双圈的松耦合变压器无接触能量传递结构，初级感应变压器把电能变为电磁能发射，经过气隙后被次级感应变压器感应接收，并转化为电能，实现能量的高频波传递，驱动电路板9将次级感应变压器接受的能量输出为单相高频电波，并输出给定环6上的压电陶瓷片，使压电陶瓷片产生振动，如此两组定环上可实现面内驻波振动，随着定环6的振动，六个齿状突起30可周期性地拨动转环5，以达到驱动转环5转动的目的，这样就可以调整两组转环5上的配重块28的相对位置，从而实现高速电主轴转子在线自动平衡的目的。
由于本发明的转环最小旋转步距角小于10′，在每周上存在不少于2000个调整位置，所以能够提高调整精度；由于本发明的转环是靠摩擦力与定环发生相对运动，在非调整状态下转环可以和定环实现可靠锁定，即便撤去所有驱动源也不会出现解锁，所以提高运行的安全性；由于本发明的旋转机构所需能量由静盘上的初级线圈通过电磁感应无接触地传递给动盘上的次级绕组，电磁泄漏小，所以不会造成电磁污染；由于本发明的配重质量可同步调节，所以配重能力可调。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的定环6的主视图。
图3为本发明的定环6的A-A剖视图。
图4为本发明的转环5的主视图。
图5为本发明的转环5的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理及工作原理作进一步详细说明。
参照图1，一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，包括静盘1、动盘3和动盘支撑盘2，静盘1通过内六角螺钉11固定安装在转子端盖上，动盘支撑盘2安装在高速电主轴转子上跟随转动，动盘3与动盘端盖4一起通过端盖螺钉10固定安装在动盘支撑盘2上，静盘1与动盘支撑盘2同轴安装，静盘1与动盘支撑盘2相对应的端面设有环状凹槽21，环状凹槽21内设有内外两组初级感应变压器26，动盘支撑盘2与静盘1相对应的端面也设有环状凹槽20，环状凹槽20内设有内外两组次级感应变压器27，动盘3的两个侧面分别安装有两组定环6和转环5，定环6通过预紧螺钉8安装在动盘3的轴毂上，定环6与动盘3之间放置有垫圈7，以方便通过拧动预紧螺钉8来改变转环5与定环6之间的周向预紧力，转环5安装在动盘3的环形轨道内，动盘支撑盘2的另一端面安装有驱动电路板9，驱动电路板9的输入端与次级感应变压器27相连接，驱动电路板9的输出端与两组定环6上的压电陶瓷片32连接。
参照图2和图3，所述的定环6由弹性金属基体33和紧密粘贴在其两侧的压电陶瓷片32构成，其周围均匀地分布有六个齿状突起30，齿状突起30的外端均有一斜切面31。
参照图4和图5，所述的转环5的外圈上有一配重块28，内圈与定环6上的斜切面31配合的部位也有一斜切面29。
所述的初级感应变压器26由初级外圈感应变压器24和初级内圈感应变压器22构成，初级外圈感应变压器24和初级内圈感应变压器22同心安装，初级外圈感应变压器24由初级外圈感应变压器磁芯12和缠绕在其上的初级外圈感应变压器线圈13构成，初级内圈感应变压器22由初级内圈感应变压器磁芯19和缠绕在其上的初级内圈感应变压器线圈18构成。
所述的次级感应变压器27由次级外圈感应变压器25和次级内圈感应变压器23构成，次级外圈感应变压器25和次级内圈感应变压器23同心安装，次级外圈感应变压器25由次级外圈感应变压器磁芯15和缠绕在其上的次级外圈感应变压器线圈14构成，次级内圈感应变压器23由次级内圈感应变压器磁芯16和缠绕在其上的次级内圈感应变压器线圈17构成。
所述的动盘支撑盘2与高速电主轴转子过盈配合。
所述的静盘1和动盘支撑盘2之间存在0.5-4mm间隙。
所述的转环5上的斜切面29上镀有摩擦材料，以增大两者之间的摩擦力，提高装置的工作性能。
本发明的工作原理：
将执行装置的无接触能量传递机构的初级感应变压器固定安装在静盘1上，而次级感应变压器固定安装在动盘支撑盘2上，两者采用一一对应的安装关系，实现双圈的松耦合变压器无接触能量传递结构，初级感应变压器把电能变为电磁能发射，经过气隙后被次级感应变压器感应接收，并转化为电能，实现能量的高频波传递，驱动电路板9将次级感应变压器接受的能量进行处理后输出为单相高频电波，并输出给定环6上的压电陶瓷片，使压电陶瓷片产生振动，如此两组定环上可实现面内驻波振动，随着定环6的振动，六个齿状突起30可周期性地拨动转环5，以达到驱动转环5在动盘3上的环形轨道内转动的目的，这样就可以调整两组转环5上的配重块28在圆周上的相对位置，以实现调整电主轴的重心位置，从而实现高速电主轴转子在线自动平衡的目的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权力要求书确定专利保护范围。
附图中：1为静盘，2为动盘支撑盘，3为动盘，4为动盘端盖，5为转环，6为定环，7为垫圈，8为预紧螺钉，9为驱动电路板，10为端盖螺钉，11为内六角螺钉，12为初级外圈感应变压器磁芯，13为初级外圈感应变压器线圈，14为次级外圈感应变压器线圈，15为次级外圈感应变压器磁芯，16为次级内圈感应变压器磁芯，17为次级内圈感应变压器线圈，18为初级内圈感应变压器线圈，19为初级内圈感应变压器磁芯，20为动盘支撑盘上的环状凹槽，21为静盘上的环状凹槽，22为初级内圈感应变压器，23为次级内圈感应变压器，24为初级外圈感应变压器，25为次级外圈感应变压器，26为初级感应变压器，27为次级感应变压器，28为配重块，29为转环上的斜切面，30为定环上的齿状突起，31为定环上的斜切面，32为压电陶瓷片，33为弹性金属基体。
Claims (8)
1.一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，包括静盘(1)、动盘(3)和动盘支撑盘(2)，其特征在于：静盘(1)固定安装在转子端盖上，动盘支撑盘(2)安装在高速电主轴转子上，动盘(3)与动盘端盖(4)一起固定安装在动盘支撑盘(2)上，静盘(1)与动盘支撑盘(2)同轴安装，静盘(1)与动盘支撑盘(2)相对应的端面上设有环状凹槽(21)，环状凹槽(21)内设有内外两组初级感应变压器(26)，动盘支撑盘(2)与静盘(1)相对应的端面上也设有环状凹槽(20)，环状凹槽(20)内设有内外两组次级感应变压器(27)，动盘(3)的两个侧面分别安装有两组定环(6)和转环(5)，定环(6)安装在动盘(3)的轴毂上，定环(6)与动盘(3)之间放置有垫圈(7)，转环(5)安装在动盘(3)的环形轨道内，动盘支撑盘(2)的另一端面安装有驱动电路板(9)，驱动电路板(9)的输入端与次级感应变压器(27)相连接，驱动电路板(9)的输出端与两组定环(6)上的压电陶瓷片(32)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的定环(6)由弹性金属基体(33)和紧密粘贴在其两侧的压电陶瓷片(32)构成，其周围均匀地分布有六个齿状突起(30)，齿状突起(30)的外端均有一斜切面(31)。
3.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的转环(5)的外圈上有一配重块(28)，内圈与定环(6)上的斜切面(31)配合的部位也有一斜切面(29)。
4.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的初级感应变压器(26)由初级外圈感应变压器(24)和初级内圈感应变压器(22)构成，初级外圈感应变压器(24)和初级内圈感应变压器(22)同心安装，初级外圈感应变压器(24)由初级外圈感应变压器磁芯(12)和缠绕在其上的初级外圈感应变压器线圈(13)构成，初级内圈感应变压器(22)由初级内圈感应变压器磁芯(19)和缠绕在其上的初级内圈感应变压器线圈(18)构成。
5.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的次级感应变压器(27)由次级外圈感应变压器(25)和次级内圈感应变压器(23)构成，次级外圈感应变压器(25)和次级内圈感应变压器(23)同心安装，次级外圈感应变压器(25)由次级外圈感应变压器磁芯(15)和缠绕在其上的次级外圈感应变压器线圈(14)构成，次级内圈感应变压器(23)由次级内圈感应变压器磁芯(16)和缠绕在其上的次级内圈感应变压器线圈(17)构成。
6.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的动盘支撑盘(2)与高速电主轴转子过盈配合。
7.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的静盘(1)和动盘支撑盘(2)之间存在0.5-4mm间隙。
8.根据权利要求1所述的一种用于高速电主轴转子在线自动平衡执行装置，其特征在于：所述的转环(5)上的斜切面(29)上镀有摩擦材料。
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| CN102175396B (zh) | 2012-08-15 |
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