CN103411731A - 微型转子动平衡测量摆架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型转子动平衡测量摆架，该摆架中机架为固定设置的刚性导向架，机架通过导向机构在支撑块的水平摆动的直线方向上与支撑块导向配合，并在机架和支撑块之间设有用于阻止支撑块绕摆动方向所在直线转动的止转结构，所述阻尼装置为弹性挡止在支撑块摆动方向上相背两侧的阻尼单元。从而本发明将现有起弹性支撑作用的机架替换成刚性的机架，并依靠支撑块在机架上的导向移动来减少机架自身的刚性对支撑块导向摆动的影响，提高整个摆架在测量微型转子动不平衡性能时的灵敏度。

Description

微型转子动平衡测量摆架
技术领域
本发明涉及一种微型转子动平衡测量摆架。
背景技术
目前，随着高速滚动轴承不断向高速化方向发展，美国三十年前就把高DN值(2.5～3.0)×106[mm×（r/min）]主轴轴承研究列为重点预研项目，而我国“九·五”期间也针对滚子轴承进行了DN值2.5×106的试验研究。根据统计资料显示，在高DN值的工况下，高速滚动轴承失效的主要原因已不再是疲劳剥落，而是占总失效率70%以上的表面损伤和腐蚀，造成表面损伤和腐蚀的主要原因在于高速轻载打滑蹭伤、高温卡死、保持架断裂、磨损等。对应的，改善高速滚动轴承的表面损伤和腐蚀的途径已不能单纯的依靠提高轴承零件的精度（如圆度、波纹度和粗糙度等），而需要考虑高速滚动轴承的微型滚动体的动不平衡所产生的影响。
现有技术中常常采用如图1所示的微型转子动平衡测量摆架来测量微型滚动体的动不平衡数据，该微型转子动平衡测量摆架包括底座1-1、底座1-1上立设固定的四根弹性杆1-2、弹性杆1-2上架设固定的支撑板1-3、支撑板1-3上固定的限位顶针1-4和两个支撑块1-5，其中支撑块1-5和弹性杆1-2形成了托起支撑块1-5的机架，两个支撑块1-5平行间隔分布在限位顶针1-4的右侧，而限位顶针1-4的针尖朝向左侧，在两个支撑块1-5的顶部开设有在左右方向与限位顶针1-4的针尖相对分布的V形的安装槽，在支撑板1-3的底部固定有阻止支撑板1-3绕上下延伸的转动轴线扭动的止扭悬臂1-6，止扭悬臂1-6有两个、并分别固定支撑板1-3的左右两侧，在止扭悬臂1-6远离支撑板1-3的一侧装配有油阻尼器。该摆架中采用四根弹性杆1-2作为支撑，弹性杆1-2的刚度不能太小，否则就无法支撑摆架，而机架过高的刚度和过大的质量也会降低整个摆架在动不平衡测量中的灵敏度，导致不平衡测量精度的降低。同时，整个摆架的质量超过100g，而对于质量10g以下的微型滚子而言，微型滚子不平衡量引起的不平衡力很小，因此摆机架受到的强迫激励也非常微小，从而因摆架的质量是微型滚子的数倍以上，摆架受迫振动的加速度幅值非常小，无法精确测量。 
发明内容
本发明的目的是提供一种减少机架刚性对动不平衡测量灵敏度影响的微型转子动平衡测量摆架。
为了实现以上目的，本发明的微型转子动平衡测量摆架的技术方案如下：
一种微型转子动平衡测量摆架，包括用于在待测转子压迫下水平摆动的支撑块、托持所述支撑块的机架、用于在支撑块水平摆动时向支撑块施加阻尼力的阻尼装置，其特征在于，所述机架为固定设置的刚性导向架，机架通过导向机构在支撑块的水平摆动的直线方向上与支撑块导向配合，并在机架和支撑块之间设有用于阻止支撑块绕摆动方向所在直线转动的止转结构，所述阻尼装置为弹性挡止在支撑块摆动方向上相背两侧的阻尼单元。
所述导向机构包括机架和支撑块上分别设置的导向杆和导向通道，所述导向杆沿支撑块的摆动方向导向插装在所述导向通道内。
所述止转结构包括支撑块和机架上分别设置的止转杆和止转通道，所述止转杆沿支撑块的摆动方向导向插装在所述止转通道内，且止转杆在上下方向与导向杆间隔分布，止转通道在上下方向与导向通道间隔分布。
所述阻尼单元包括套设在所述导向杆外周上的阻尼弹簧，阻尼弹簧的两端分别弹性挡止在支撑块和机架上。
所述支撑块有两个、并在水平面内垂直支撑块摆动的方向上间隔排布。
所述机架包括沿各支撑块的排布方向延伸的调整底座、与各支撑块一一对应设置的调整支架，每个支撑块通过相对独立分布的所述导向机构和止转结构装配在对应的调整支架的顶部而形成摆动单元。
各个摆动单元中至少一个为通过调整支架的底部沿各个支撑块的排布方向导向装配在调整底座上的可调摆动单元，并在调整底座和可调摆动单元之间设有用于在可调摆动单元移动到位后将可调摆动单元可拆固连在调整底座上的锁定结构。
所述相邻两摆动单元之间设有拉紧弹簧，所述拉紧弹簧的两端分别沿摆动单元的排布方向止脱装配在两摆动单元中支撑块的相对侧面上。
所述支撑块为底部装配在机架上、顶部从机架上方露出的支撑块，支撑块的顶面上开设有沿水平面内与支撑块的摆动方向垂直的直线延伸、且槽口朝上的安装槽，所述安装槽为从下向上开口逐渐增大的V形的阔口槽。
所述安装槽的槽壁上设有用于阻止待测转子与槽壁直接接触的弹性垫层。
本发明中机架是通过导向机构与支撑块沿摆动方向导向配合的刚性的导向支架，并在导向架和支撑块之间设有用以阻止支撑块绕摆动方向延伸的轴线转动的止转结构，而阻尼装置中的两个阻尼单元分别弹性挡止在支撑块的摆动方向上相背两侧，从而本发明将现有起弹性支撑作用的机架替换成刚性的机架，并依靠支撑块在机架上的导向移动来减少机架自身的刚性对支撑块导向摆动的影响，提高整个摆架在测量微型转子动不平衡性能时的灵敏度。同时，在减少机架的刚性对支撑块导向摆动的影响后，整个摆架上对微型转子动不平衡测量影响的重量因素主要集中在支撑块上，从而与现有技术相比，省去了机架的重量对微型转子动不平衡测量的影响，增大了试验过程中待测转子的振幅，进一步提高了微型转子动不平衡测量的准确性。
进一步的，支撑块有至少两个，每个支撑块与相对独立的导向机构、止转结构、调节支架结合而形成摆动单元，从而在使用过程中，在被测转子压迫支撑块水平摆动时，各个摆动单元上的支撑块之间的水平摆动不会相互干涉，尤其在测量细长微型转子动不平衡性能时，相对独立摆动的支撑块能够反映细长微型转子轴向各段的动不平衡量，减少因支撑块之间的相互干涉对细长微型转子轴向各段动不平衡量测量所产生的偏差，即将待测微型转子沿轴向视为数个绕同一轴线转动的动不平衡点，在测量过程中，各个动不平衡点会一一对应的设置在支撑块上，对应各个动不平衡点会压迫各个支撑块相对独立的水平摆动、以相对独立的测量出各个动不平衡点的动不平衡量，进一步提高微型转子平衡量测量的准确性。
附图说明
图1是现有技术中摆架的结构示意图；
图2是本发明的实施例的立体结构示意图；
图3是图2的立体分解结构示意图；
图4是图3中支撑块的结构示意图；
图5是图4的俯视图；
图6是图5的左视图；
图7是在15Hz的固定频率下不同摆架质量对滚子振幅的影响。
具体实施方式
本发明的微型转子动平衡测量摆架的实施例：如图2至图7所示，该微型转子动平衡测量摆架适用于测量高速轴承的细长杆状的微型滚子的双面动平衡，微型转子动平衡测量摆架包括由机架、阻尼弹簧2-1、拉紧弹簧2-2、支撑块2-3和顶针座2-4，其中机架包括板状的调整底座2-5和U形的调整支架2-6，调整支架2-6具有通过锁定螺栓2-9可拆固连在调整底座2-5上的底部机架、立设在底部机架前后两侧的前侧立部和后侧立部，在前、后立部的相对面之间桥接在上下方向相对平行间布的导向杆2-7和止转杆2-8，导向杆2-7和止转杆2-8的两端分别穿设在调整支架2-6的相应侧立部上、并通过紧固螺母2-10与调整支架2-6固定连接。支撑块2-3的底部开设有前后延伸的止转通道和导向通道，止转通道处于导向通道的下方、并与导向通道连通而使支撑块2-3的底部成为倒U形的导向座，导向杆2-7沿前后方向导向穿设在导向通槽上侧的导向通道内、以与导向通道形成将支撑座沿前后方向导向装配在调整支架2-6上的导向机构，而止转杆2-8前后导向穿设在导向通槽下侧的止转通道内、以与止转通道形成阻止支撑块2-3绕前后延伸的转动轴线转动的止转结构；支撑块2-3的顶部开设有左右延伸的、前槽口朝上的安装槽，该安装槽为从下向上开口逐渐增大的V形的阔口槽。在每个导向杆2-7和止转杆2-8上分别套设有两个阻尼弹簧2-1，处于同一杆体上的两个阻尼弹簧2-1对称分布在支撑块2-3的前后两侧，而阻尼弹簧2-1的两端则分别弹性挡止在支撑块2-3的对应通道端部的侧面和调整支架2-6的立部的内侧壁面上。
每个调整支架2-6和其上一一对应装配的导向机构、止转结构、支撑块2-3形成一个独立的摆动单元，本实施例的摆架中摆动单元有两个，两个摆动单元左右相对间隔分布，并将拉紧弹簧2-2装配在两个摆动单元之间，拉紧弹簧2-2的两端分别固定在两摆动单元中支撑块2-3的相对侧面上。
调整底座2-5的顶面上开设有左右延伸的导向槽，调整支架2-6沿左右方向导向装配在该导向槽内，以使各个摆动单元为可沿左右方向导向装配在调整底座2-5上的可调摆动单元。在导向槽的槽底中部于锁定螺栓2-9设置位置处开设有左右延伸的锁定长孔2-51，以在摆动单元在左右移动到位后通过锁定螺栓2-9将调整支架2-6锁定在调整底座2-5上，即锁定螺栓2-9和锁定长孔2-51配合而形成在可调摆动单元移动到位后将可调摆动单元可拆固连在调整底座2-5上的锁定结构。
顶针座2-4通过紧固螺钉2-41固定在调整底座2-5的最右侧，顶针座2-4包括固定在调整底座2-5上的座体和上下延伸的立板，立板的顶部开设有左右延伸的顶针孔，顶针孔内穿设固定有尖端朝左的顶针体2-20，顶针体2-20与两支撑座上的安装槽侧面开口相对。
支撑块2-3均采用铝合金材料制造，支撑块2-3与被测滚子接触面采用聚四氟乙烯镀层来降低其与滚子间的摩擦力，支撑块2-3与相应杆体结合处也采用聚四氟乙烯贴片2-40降低摩擦力，其中聚四氟乙烯镀层处于固定在支撑块2-3上的V形垫块2-30上，而聚四氟乙烯贴片2-40贴设固定在左侧的支撑块2-3的导向座朝右内侧壁、槽底面以及右侧的支撑块2-3的导向座的朝左内侧壁、槽底面上。
经试验得出，摆架质量和微型滚子的振幅成反比例，如图7所示，其中X轴为微型滚子的转速，Y轴为微型滚子的振幅，M为摆架中与微型滚子震动相关部分的质量。得出摆架中与微型滚子2-50动不平衡测量直接相关部分的质量越小，对滚子不平衡量的响应越大。当摆架的质量从60g减小为10g时，相同微型滚子2-50的不平衡量引起的摆架振动为原来摆架的4-6倍。本实施例中支撑块2-3的质量可以控制在10g以内，阻尼弹簧2-1的刚度可以控制在20N/m以下，从而保证微型滚子2-50质量为10g时，系统的固有频率为5Hz左右。
两个调整支架2-6通过锁定结构固定在调整底座2-5上，而两个调整之间的距离可根据待测微型滚子2-50的长度在锁定长孔2-51的长度范围内调整。两个支撑块2-3上部的安装槽槽壁用于支撑细长型微型滚子2-50，支撑块2-3下面的导向座与导向杆2-7、止转杆2-8配合安装后，通过拉紧弹簧2-2施加预紧力。用于对微型滚子2-50限位的顶针座2-4通过紧固螺栓固定于摆架的底板上，其上部固定的顶针体2-20可以保证被测微型滚子2-50平稳转动时而不脱离摆架。
本实施例中微型滚子2-50动平衡测量摆架性能使用优点主要在于：1）设计有2个独立的摆动单元，可以实现对微型滚子2-50的双面不平衡量测量；
2）各摆动单元的支撑块2-3具有独立的导向装置，不再使用弹簧作为摆架支撑，有效降低了机架刚度对微型滚子2-50动平衡测量灵敏性的影响；
3）采用轻质材料制成支撑块2-3，支撑块2-3质量与被测滚子质量相当，与传统摆架相比提高了测试灵敏度；
4）支撑块2-3的导向座上设计有U型卡槽与导向杆2-7配合，可保证支撑块2-3受到不平衡力作用时发生振动的方向恒定；
5）两个独立的支撑块2-3间的拉紧弹簧2-2可调整导向的接触压力，确保支撑块2-3间的距离，保证系统工作稳定。
在上述实施例中，在支撑块的顶、底部分别设置有相应的聚四氟乙烯弹性垫体结构，即能避免两构件直接接触所带来的损伤，又能保证相互接触的两部件在相对运动过程中较小的摩擦力，在其他实施例中，在不考虑构件接触所带来的损伤和摩擦力的情况下，所述聚四氟乙烯垫体结构也可以相应的去除掉。
在上述实施例中，在调整底座上导向可拆的锁定装配有两个摆动单元，在其他实施例中，摆动单元的个数也可以为一个或多于两个，对应的各摆动单元中至少一个、乃至全部可直接固定在调整底座上。
在上述实施例中，阻尼弹簧形成了弹性挡止在支撑块侧面的阻尼单元，而各个阻尼单元由组成了阻止支撑块摆动的阻尼装置，在其他实施例中，阻尼弹簧也可以用阻尼气缸、油缸等其他阻尼装置替换。
在上述实施例中，止转结构为导向架上设置的止转杆和支撑块上设置的止转通道，在其他实施例中，该止转结构也可以是导向杆和导向通道之间的型面配合。
在上述实施例中，摆架适用于测量细长的微型滚子的双面动平衡，在其他实施例中，该摆架也可以适用于测量其他细长的转子。

Claims (10)

1.一种微型转子动平衡测量摆架，包括用于在待测转子压迫下水平摆动的支撑块、托持所述支撑块的机架、用于在支撑块水平摆动时向支撑块施加阻尼力的阻尼装置，其特征在于，所述机架为固定设置的刚性导向架，机架通过导向机构在支撑块的水平摆动的直线方向上与支撑块导向配合，并在机架和支撑块之间设有用于阻止支撑块绕摆动方向所在直线转动的止转结构，所述阻尼装置为弹性挡止在支撑块摆动方向上相背两侧的阻尼单元。
2.根据权利要求1所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述导向机构包括机架和支撑块上分别设置的导向杆和导向通道，所述导向杆沿支撑块的摆动方向导向插装在所述导向通道内。
3.根据权利要求1所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述止转结构包括支撑块和机架上分别设置的止转杆和止转通道，所述止转杆沿支撑块的摆动方向导向插装在所述止转通道内，且止转杆在上下方向与导向杆间隔分布，止转通道在上下方向与导向通道间隔分布。
4.根据权利要求1所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述阻尼单元包括套设在所述导向杆外周上的阻尼弹簧，阻尼弹簧的两端分别弹性挡止在支撑块和机架上。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述支撑块有两个、并在水平面内垂直支撑块摆动的方向上间隔排布。
6.根据权利要求5所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述机架包括沿各支撑块的排布方向延伸的调整底座、与各支撑块一一对应设置的调整支架，每个支撑块通过相对独立分布的所述导向机构和止转结构装配在对应的调整支架的顶部而形成摆动单元。
7.根据权利要求6所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，各个摆动单元中至少一个为通过调整支架的底部沿各个支撑块的排布方向导向装配在调整底座上的可调摆动单元，并在调整底座和可调摆动单元之间设有用于在可调摆动单元移动到位后将可调摆动单元可拆固连在调整底座上的锁定结构。
8.根据权利要求6所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述相邻两摆动单元之间设有拉紧弹簧，所述拉紧弹簧的两端分别沿摆动单元的排布方向止脱装配在两摆动单元中支撑块的相对侧面上。
9.根据权利要求1至4中任意一项所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述支撑块为底部装配在机架上、顶部从机架上方露出的支撑块，支撑块的顶面上开设有沿水平面内与支撑块的摆动方向垂直的直线延伸、且槽口朝上的安装槽，所述安装槽为从下向上开口逐渐增大的V形的阔口槽。
10.根据权利要求9所述的微型转子动平衡测量摆架，其特征在于，所述安装槽的槽壁上设有用于阻止待测转子与槽壁直接接触的弹性垫层。
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