CN107525628A - 一种电机转子一体化自动动平衡机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电机转子一体化自动动平衡机，它由机座、机架、电动机和磨条组成。电动机和机架安装在机座上，电动机转轴的末端通过连接机构与安装在机架轴承上的待动平衡电机转子连接。机架上面开有一个圆孔，圆孔内安装充气橡胶圈，橡胶圈内安装轴承。磨条贴机座面插在机架分开的两部分之间。当转子在电动机的带动下旋转时，转子沿其离心力合力方向的边缘部分被磨条磨除；重复这样的过程直到其边缘与磨条分离。通过调整磨条位置使之与转子的对称轴进一步接近，重复磨除过程，直到转子达到要求的动平衡精度。本发明的有益效果在于：1.不需要测量离心力合力的大小和方向；2.离心力大小和方向的确定与去重同时完成；3.去重过程逐步实现，自动完成，避免了一次性去重重量无法精确把握，甚至需要反复去重的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机转子一体化自动动平衡机。
背景技术
随着现代工业的高速发展，旋转机械作为机械系统的重要组成部分，已广泛应用在航空、航天、电力、舰船、汽车、石油、化工等领域，而以转子作为主要运动部件的旋转机械也随着科技的不断进步，由过去的小功率、低转速日益向大型、高速、高精度和自动化方向发展。旋转机械的高速、稳定、有效运行不仅可以大幅度提高企业的工作效率，而且还能为企业创造更多的财富。然而，转子作为旋转设备中最主要的运动部件，由于受到设计缺陷、材质不均匀和制造装配误差等因素影响，使其在高速旋转时出现中心惯性主轴偏离其中心旋转轴的现象，从而产生周期性的振动力，这种振动力作用在转子轴承上引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，影响机械设备工作性能，降低机器的工作精度，缩短机器的使用寿命，甚至影响生产、造成事故。此外，它还产生大量噪声，恶化工作环境，严重影响企业员工的正常工作。因此，如何校正旋转机械的动不平衡量，来减少设备的有害振动，并使其能够正常运行是人们一直关注的问题。
动平衡机是用来测量旋转物体不平衡量大小和相位的机器。根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。通常转子的动平衡校正包括不平衡量的测量和去重加工两个步骤，动平衡机主要用于检测不平衡量，去重加工校正则借助于去重机等数控设备或人工方法完成。采用这种动平衡生产工艺，生产效率低下，对工人生产经验有要求，一般需要重复4-5次才能完成对一个转子的动平衡校正，而且，若在转子上切槽较多，必然削弱转子的电气性能，影响转子质量。随着生产生活需要，电机转子转速已逐渐朝着高转速、高精度的方向发展，这使得传统手工校正方法无法满足新的生产要求。因此将去重机和平衡机合二为一，做成一种高效全自动动平衡机来满足转子校正的需求十分必要。
目前市场上已有国外生产的全自动平衡机，但由于结构复杂，价格昂贵，对不同型号转子适应性差，因而不适合国内中小企业生产现状。国内虽然也有许多大学、科研院所、企业在对全自动平衡机进行研究和设计，但平衡机的结构同样十分复杂，不仅将单片机和PLC用于信号采集、处理与系统控制，有的还使用编码器、机械手、气缸、位移传感器、A/D转换器，等等。如此复杂的全自动平衡机不仅提高了设备成本，也降低了设备的可靠性，不利于在中小企业应用和推广。
发明内容
针对上述问题，公开了一种电机转子一体化自动动平衡机，它由机座、机架、电动机和磨条组成。电动机和机架安装在机座上，电动机转轴的末端安装“十”字形的连接机构A；机架由结构完全相同的两部分组成：上端为半圆形，下端为矩形，上面开有一个圆孔，圆孔的圆心与上端半圆形的圆心重合，圆孔的两端带有环形棱，用于卡住安装在圆孔内位于两条棱之间的充气橡胶圈；橡胶圈是截面为矩形的圆环，圆环内安装轴承，轴承的外缘带有环形棱，用于卡住充气橡胶圈。待动平衡的电机转子安装在机架上，转子的轴插入轴承内。转子的轴在靠近电动机一端安装连接机构B，并与连接机构A相啮合。磨条是一个由可制作砂轮的材料制成的三棱柱，三棱柱的底面为两条直角边不相等的直角三角形，三棱柱两个相互垂直的侧面中，面积较大的侧面与机座面贴合后插在机架的两部分之间，面积较小的侧面上垂直安装螺杆，螺杆穿过机座上的磨条定位柱的圆孔后，螺帽拧在螺杆上。
当转子在电动机的带动下旋转时，转子的对称轴必然始终偏向离心力合力的方向；只要磨条与转子的对称轴足够接近，当离心力合力垂直指向磨条的斜面时，转子上沿离心力合力方向的边缘部分被磨条磨除；如果磨掉的部分仍不能消除离心力合力，转子转过一周后继续被磨除，直到其边缘与磨条分离。此时，通过调整磨条定位柱内侧那一段螺杆长度，使磨条与转子的对称轴进一步接近，重复磨除过程，直到磨条的斜面与转子的对称轴的距离小于阈值d。本发明的有益效果在于：
1.不需要测量离心力合力的大小和方向；
2.离心力大小和方向的确定与去重同时完成；
3.去重过程逐步实现，自动完成，避免了一次性去重重量无法精确把握，甚至需要反复去重的缺陷。
附图说明
图1是电机转子一体化自动动平衡机及其工作原理示意图；图2是电动机与转子连接机构图
标号说明：
1机座，2机架，3轴承，4电动机，5充气橡胶圈，6转子，7磨条，8螺杆，9螺帽，10磨条定位柱，11连接机构A，12连接机构B
具体实施方式
如图1所示，电机转子一体化自动动平衡机由机座(1)、机架(2)、电动机(4)和磨条(7)组成。电动机(4)和机架(2)安装在机座(1)上，电动机(4)转轴的末端安装“十”字形的连接机构A(11)；机架(2)由结构完全相同的两部分组成：上端为半圆形，下端为矩形，上面开有一个圆孔，圆孔的圆心与上端半圆形的圆心重合，圆孔的两端带有环形棱，用于卡住安装在圆孔内位于两条棱之间的充气橡胶圈(5)；橡胶圈(5)是截面为矩形的圆环，圆环内安装轴承(3)，轴承(3)的外缘带有环形棱，用于卡住充气橡胶圈(5)。轴承(3)的轴线与电动机(4)的轴线重合。待动平衡的电机转子(6)的轴插入轴承(3)内。转子(6)的轴在靠近电动机(4)一端安装连接机构B(12)，并与连接机构A(11)相啮合。如图2所示，连接机构A(11)可以插入连接机构B(12)凹陷“十”字形中，连接机构B(12)的凹“十”字形略大于连接机构A(11)的凸“十”字形，以保证转子(6)轴的自由摆动。
磨条(7)是一个由可制作砂轮的材料制成的三棱柱，三棱柱的底面为两条直角边不相等的直角三角形，三棱柱两个相互垂直的侧面中，面积较大的侧面与机座(1)面贴合后插在机架(2)的两部分之间，面积较小的侧面上垂直安装螺杆(8)，螺杆(8)穿过机座(1)上的磨条定位柱(10)的圆孔后，螺帽(9)拧在螺杆(8)上。由于磨条(7)靠近电机转子(6)的面为斜面，随着磨条定位柱(10)内侧那一段螺杆(8)的伸长，磨条(7)的斜面逐步靠近转子(6)，反之，磨条(7)的斜面逐步远离转子(6)，由此可以调节磨条(7)的斜面与转子(6)之间的距离。
转子可以看作是由无数个质点组成的，当转子(6)在电动机(4)的带动下旋转时，每个质点都会产生离心力。以转子(6)对称轴上的一点o为原点建立直角坐标系o-xyz，其中z为转子(6)的对称轴。以ω表示转子(6)的角速度，位于转子(6)上坐标(x，y，z)处质量为m的质点产生的离心力为F＝mω2(x，y)，所有这些质点产生的离心力的合力为
F0＝ω2(∫∫∫Ωxρ(x，y，z)dxdydz，∫∫∫Ωyρ(x，y，z)dxdydz)
其中Ω为转子(6)的积分区域，ρ(x，y，z)为转子(6)上坐标(x，y，z)处的密度，F0就是决定转子(6)轴摆动方向的力。
如果能求出F0，就可以通过沿其方向在转子(6)边缘去除相应的质量来实现转子(6)的动平衡，但这样做存在很多困难，其一是F0的确定，即使能够通过转子(6)轴的摆动幅度确定其大小，其方向的确定仍然十分困难；其二是拟去除部分质量的确定，为保持转子(6)外形整齐，去除的部分必然是不规则形，在去除之前其质量无法确定。
将转子(6)按照上述方法安装在上述电机转子一体化自动动平衡机上，当转子(6)在电动机(4)的带动下旋转时，由于离心力合力F0的作用、转子(6)的轴承(3)外面充气橡胶圈(5)的弹性以及连接机构A(11)和连接机构B(12)之间的空隙，转子(6)的对称轴必然始终偏向离心力合力的方向；只要磨条(7)与转子(6)的对称轴足够接近，当离心力合力垂直指向磨条(7)的斜面时，转子(6)上沿离心力合力方向的边缘部分被磨条(7)磨除；如果磨掉的部分仍不能消除离心力合力，转子(6)转过一周后继续被磨除，直到其边缘与磨条(7)分离。此时，通过调整磨条定位柱(10)内侧那一段螺杆(8)长度，使磨条(7)与转子(6)的对称轴进一步接近，重复磨除过程，直到磨条(7)的斜面与转子(6)的对称轴的距离小于阈值d，其中d是要求的动平衡精度，表示磨条(7)斜面与转子(6)之间的距离。d越小，动平衡精度越高。
Claims (2)
1.一种电机转子一体化自动动平衡机，其特征在于：由机座(1)、机架(2)、电动机(4)和磨条(7)组成；电动机(4)和机架(2)安装在机座(1)上，电动机(4)转轴的末端安装“十”字形连接机构A(11)，机架(2)由结构完全相同的两部分组成：上端为半圆形，下端为矩形，上面开有一个圆孔，圆孔的两端带有环形棱，用于卡住安装在圆孔内位于两条棱之间的充气橡胶圈(5)；橡胶圈(5)是截面为矩形的圆环，圆环内安装轴承(3)，轴承(3)的外缘带有环形棱，用于卡住充气橡胶圈(5)；轴承(3)的轴线与电动机(4)的轴线重合；待动平衡的电机转子(6)的轴插入轴承(3)内；转子(6)的轴在靠近电动机(4)一端安装连接机构B(12)，并与连接机构A(11)相啮合；连接机构B(12)的凹“十”字形略大于连接机构A(11)的凸“十”字形；磨条(7)是一个由可制作砂轮的材料制成的三棱柱，三棱柱的底面为两条直角边不相等的直角三角形，三棱柱两个相互垂直的侧面中，面积较大的侧面与机座(1)面贴合后插在机架(2)的两部分之间，面积较小的侧面上垂直安装螺杆(8)，螺杆(8)穿过机座(1)上的磨条定位柱(10)的圆孔后，螺帽(9)拧在螺杆(8)上；由于磨条(7)靠近电机转子(6)的面为斜面，随着磨条定位柱(10)内侧那一段螺杆(8)的伸长，磨条(7)的斜面逐步靠近转子(6)，反之，磨条(7)的斜面逐步远离转子(6)，由此可以调节磨条(7)的斜面与转子(6)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的电机转子一体化自动动平衡机，其特征在于：调整磨条(7)斜面与转子(6)之间的距离，确保转子(6)在旋转时可以与磨条(7)发生摩擦；启动电动机(4)带动转子(6)旋转，转子(6)上沿离心力方向的边缘部分被磨条(7)磨除；如果磨掉的部分仍不能消除离心力力，转子(6)转过一周后继续被磨除，直到其边缘与磨条(7)分离；此时，通过调整磨条定位柱(10)内侧那一段螺杆(8)长度，使磨条(7)与转子(6)的对称轴进一步接近，重复磨除过程，直到磨条(7)的斜面与转子(6)的对称轴的距离小于阈值d，其中d是要求的动平衡精度，表示磨条(7)斜面与转子(6)之间的距离。
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