CN108692863B - 高精度质心纠偏装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度质心纠偏装置，该装置包括：上位机，其设有对纠偏过程进行控制的操作界面；控制机构，其设于基座内；基座，其设置在地面上；驱动机构，其设于所述基座上部一侧，并与所述控制机构相连接；离合机构，其与所述驱动机构相连接，并可通过手动操作与驱动机构相分离；主轴，其与所述离合机构相连接，其可通过离合机构与所述驱动机构连接或分离；转接轴，其与所述主轴和被测回转件相连接；被测回转件，其与所述转接轴连接，在所述主轴带动下旋转；旋转角度测量组件，其设于所述转接轴上，并与所述控制机构连接，由控制机构根据测量数据计算出被测回转件的偏心距及纠偏量。结构合理，配平精度高，测试速度快，功耗低，成本低等特点。

Description

高精度质心纠偏装置

【技术领域】

本发明涉及回转体质心测量与配平，特别是涉及一种主要用于对旋转轴线的偏心要求小的静平衡配平场合的高精度质心纠偏装置。

【背景技术】

在工业及科学技术领域中广泛应用着各种各样的回转体，如圆柱体、圆锥体，球形体等，各种回转体都有一个旋转轴线，回转体在运行时绕其旋转轴线旋转。为了保证设有回转体的机械及精密仪器运行的精度及可靠性，对回转体的偏心距要求很高。而由于回转体加工时的精度不够或运行过程中产生的磨损等原因，导致回转体的旋转轴线产生偏离，旋转轴线偏离中心会导致回转体运行不稳，并直接影响使用回转体的加工设备或仪器的精度，偏心也会导致设备运行不稳，并使设备磨损加剧。因此，许多应用场合都要求旋转轴线的偏心要保持在设计要求范围内。为此，通常是通过质心配平仪等对回转体的旋转轴线进行测量和纠偏。然而，现有的质心配平仪并不能完全满足要求，如配平速度快的精度不高，精度较高的速度较慢且成本较高，因而难以同时满足配平速度及精度的要求。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种结构合理，配平精度高，测试速度快，功耗低，成本低，特别适用于对旋转轴线偏心要求小的静平衡配平场合的高精度质心纠偏装置。

为实现上述目的，本发明提供一种高精度质心纠偏装置，该装置包括：

上位机，其设有对纠偏过程进行控制的操作界面；

控制机构，其设于基座内；

基座，其设置在地面上；

驱动机构，其设于所述基座上部一侧，并与所述控制机构相连接；

离合机构，其与所述驱动机构相连接，并可通过手动操作与驱动机构相分离；

主轴，其与所述离合机构相连接，其可通过离合机构与所述驱动机构连接或分离；

转接轴，其与所述主轴和被测回转件相连接；

被测回转件，其与所述转接轴连接，在所述主轴带动下旋转；

旋转角度测量组件，其设于所述转接轴上，并与所述控制机构连接，由控制机构根据测量数据计算出被测回转件的偏心距及纠偏量。

所述上位机设于电脑，所述控制机构为单片机，其设于所述基座内，并与所述上位机电连接，控制机构还分别与所述驱动机构及旋转角度测量组件电连接。

所述基座前侧面板上设有总电源开关和电机电源开关，基座上部设有若干竖向支撑块。

驱动机构包括电机、联轴器、轴承、可移动轴承座、锁紧环、外套及支撑块，其中，所述电机由支撑块支撑，电机轴与所述联轴器相连接，联轴器另一端与所述主轴相连接，且联轴器与电机轴的连接部位由锁紧环紧固，在联轴器与可移动轴承座之间装有轴承，可移动轴承座与外套螺纹连接。

联轴器由两段直径不同的管体构成，其中一段管体的直径与电机轴相匹配，另一段管体与主轴直径相匹配，该联轴器一端通过键与电机轴相连接，联轴器另一端为向外扩张的锥形管，与之相对应，所述主轴端部是与联轴器的锥形管相匹配的锥形柱，主轴通过将其锥形端部插入的锥形管中相连接。

可移动轴承座呈套状，其内中部管壁上设有推动轴承向电机一侧移动的第一环形凸沿，其另一端端部设有推动轴承向被测回转件一侧移动的第二环形凸沿，可移动轴承座的一端管壁上设有通孔，且其与外套的连接端设有外螺纹。

所述锁紧环为开口夹式锁紧环，其开口端设有多个紧固螺栓孔，其套接于联轴器端部，并用螺栓经所述紧固螺栓孔将联轴器与电机轴紧固。

离合机构包括离合手柄及可移动轴承座，其中，所述离合手柄一端插入所述可移动轴承座的通孔内，顺时针转动离合手柄可通过可移动轴承座的第一环形凸沿推动轴承向电机一侧移动而使可联轴器与主轴相分离，逆时针转动离合手柄可通过可移动轴承座的第二环形凸沿推动轴承向被测回转件一侧移动而使联轴器与主轴相连接。

转接轴包括套状的第一转接轴、第二转接轴及两个相互吻合的锥形套，其中，第一转接轴套接在主轴端部，并与装在其一侧的轴承接触，第一转接轴内的主轴上装有两个锥形套、，两个锥形套、相互套接胀紧，第一转接轴通过两个锥形套、与主轴连为一体，所述第二转接轴的端部与第一转接轴套接并用螺钉紧固，第二转接轴与连接被测回转件的法兰盘相连接。

旋转角度测量组件包括光栅和读数器，其中，光栅设于第一转接轴上，读数器设于光栅上部的与支撑块相连的支座上，所述读数器与所述控制机构电连接，其将读数数据传送到控制机构，由控制机构计算出被测回转件的偏心距，然后根据偏心距进行配重或减重纠偏。

所述控制机构根据旋转角度测量组件测得的被测回转件的旋转角度数据绘制出被测回转件旋转角度的曲线，并据此计算出被测回转件的偏心距。

本发明的贡献在于，其有效解决了现有质心配平仪难以实现配平精度高同时速度快、成本低的问题。本发明可通过控制机构对回转体的旋转轴线偏心距的测量及纠偏过程实施精确控制，本发明可在控制系统控制驱动机构旋转至速度稳定后，通过离合机构切断驱动机构和主轴部件之间的传动，使主轴、转接轴及被测回转件自由旋转至停止，在此过程中通过旋转角度测量组件测得被测回转件角度信息，控制机构据此计算出旋转轴线偏心距，然后通过添加配重块或减少被测回转件的重量，即可实现被测回转件的质心纠偏。与现有技术相比，本发明具有结构合理，配平精度高，测试速度快，功耗低，成本低等特点，因而特别适用于对旋转轴线偏心要求小的静平衡配平场合使用。

【附图说明】

图1是本发明的整体结构立体示意图。

图2是本发明的部件分解立体示意图。

图3是本发明的结构剖视图。

图4是本发明的控制机构结构框图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1～图4，本发明的高精度质心纠偏装置包括上位机10、控制机构20、基座30、驱动机构40、离合机构50、主轴60、转接轴70、被测回转件80及旋转角度测量组件90，本发明的该装置特别适用于对旋转轴线偏心要求小的静平衡配平场合使用。

如图1～图3所示，所述基座30设置在地面上，该基座30为梯形箱体式基座，其下部通过支脚支撑于地面，基座30前侧面板上设有总电源开关31和电机电源开关32，基座30内设有控制机构20，该控制机构20通过导线与上位机10相连接。在基座30上部间隔地设有若干竖向支撑块33，该支撑块33为板块状体，其用于支撑所述驱动机构40、离合机构50、主轴60、转接轴70、被测回转件80及旋转角度测量组件90。所述上位机10设于电脑，其设有对纠偏过程进行控制的操作界面，该操作界面设有用于控制驱动机构40的电机控制按钮和用于接收旋转角度测量组件的测量数据的接收按钮。所述控制机构20为单片机，其内置有对驱动机构40的控制程序及根据旋转角度测量组件90的回转体角度测量数据计算回转体偏心力矩的计算程序。如图4所示，该控制机构20设于所述基座30内，并与所述上位机10电连接，控制机构20还分别与所述驱动机构40及旋转角度测量组件90电连接，对回转体的偏心测量及纠偏过程实施控制。所述控制机构20根据旋转角度测量组件90测得的被测回转件80的旋转角度数据绘制出被测回转件80旋转角度的曲线，并据此计算出被测回转件80的偏心力矩。

所述驱动机构40设于所述基座30上部一侧，并与所述控制机构20相连接。如图1～图3所示，本实施例中，所述驱动机构40包括电机41、联轴器42、轴承43、可移动轴承座44、锁紧环45、外套46及支撑块47。所述电机41为直流步进电机，其由支撑块47支撑。电机41的电机轴通过键与所述联轴器42相连接，联轴器42另一端与所述主轴60相连接。所述联轴器42由两段直径不同的管体421、422一体形成，其中的管体421的直径与电机轴相匹配，电机轴插入管体421中并通过键固定。联轴器的另一管体422与主轴60直径相匹配，管体422为向外扩张的锥形管，与之相对应，所述主轴60与管体422的连接端为与管体422的锥形管相匹配的锥形柱，主轴60的锥形端部插入的锥形管中，形成楔形胀紧连接，且便于主轴60与联轴器42相分离。所述联轴器42与电机轴的连接部位由锁紧环45紧固，该锁紧环45为开口夹式锁紧环，其开口端设有多个紧固螺栓孔，该锁紧环45套接于联轴器42端部，并用螺栓经所述紧固螺栓孔将联轴器42与电机轴紧固为一体。在电机41与主轴60之间设有可移动轴承座44及外套46，所述可移动轴承座44呈套状，其套体内中部管壁上设有第一环形凸沿441，用于推动轴承43向电机41一侧移动。可移动轴承座44另一端端部设有可与轴承43端面接触的第二环形凸沿442，用于推动轴承43向被测回转件80一侧移动。可移动轴承座44的一端管壁上设有通孔443，用于插入离合机构的离合手柄51。可移动轴承座44上设有外螺纹，其与外套46的螺纹连接。在联轴器42与可移动轴承座44之间装有可移动的轴承43，用于支承联轴器42。

在所述驱动机构40与所述主轴60之间设有离合机构50，其与所述驱动机构40相连接，并可通过手动操作与驱动机构40相分离。如图1～图3所示，本实施例中，所述离合机构50包括离合手柄51及可移动轴承座44。所述离合手柄51一端插入所述可移动轴承座的通孔443内，当驱动机构40驱动主轴60运行平稳后，可顺时针转动离合手柄51，离合手柄51通过可移动轴承座的第一环形凸沿441推动轴承43向电机41一侧移动，使得可联轴器42与主轴60相分离，此时，主轴60、转接轴70、被测回转件80及旋转角度测量组件90可自由转动至停止。当逆时针转动离合手柄51时，离合手柄51通过可移动轴承座的第二环形凸沿442推动轴承43向被测回转件80一侧移动，使得联轴器42与主轴60相连接。该离合机构50可使主轴60及被测回转件80在与驱动机构40分离后自由转动，在此期间，旋转角度测量组件90测量被测回转件80的旋转角度信息，由于被测回转件80的质心不在旋转轴线上，自由旋转时，其速度将出现波动，将被测回转件80的角度信息进行二次求导，可得到角加速度信息，进而得到质心所在平面，剔除摩擦转矩后，根据已知的主轴60、转接轴70和被测回转件80的转动惯量，可得到偏心转矩，根据力矩平衡原则，在质心所在平面相应的位置，添加配重块或减少被测回转件的重量，即可实现被测回转件80的质心配平。

如图1～图3所示，在所述驱动机构40的输出端连接有主轴60，主轴60还与所述离合机构50相连接，其可通过离合机构50与所述驱动机构40连接或分离。

所述主轴60通过转接轴70与被测回转件80相连接。如图1～图3所示，所述转接轴70包括第一转接轴71、第二转接轴72及两个相互吻合的锥形套73、74。该第一转接轴71和第二转接轴72为套状体，所述第一转接轴71套接在主轴60端部，并与装在其一侧的轴承61接触，该第一转接轴71内的主轴60上装有两个锥形套73、74，两个锥形套73、74的大小头反向，两者相互套接胀紧，使得第一转接轴71通过两个锥形套73、74与主轴60连为一体。所述第二转接轴72的一端端部与第一转接轴71套接并用螺钉紧固，第二转接轴72的另一端与连接被测回转件80的法兰盘91相连接，被测回转件80的夹具可采用公知的夹具。被测回转件80可在所述主轴60带动下旋转。

在所述转接轴70上设有旋转角度测量组件90，并与所述控制机构20连接，由控制机构20根据测量数据计算出被测回转件80的偏心力矩及纠偏量。如图1～图3所示，该旋转角度测量组件90由光栅91和读数器92构成光电传感器，通过读数器92读取光栅条纹的移动数目即可测得被测回转件转动的角度。所述光栅91设于第一转接轴71上，读数器92设于光栅91上部的支座93上，支座93则固定于支撑块33上端。所述读数器92与所述控制机构20电连接，其将读取的被测回转件转动角度数据传送到控制机构20，由控制机构20计算出被测回转件80的偏心力矩，然后根据偏心力矩进行配重或减重纠偏。

本发明的工作原理如图4所示，当驱动机构40驱动主轴60运行平稳后，通过离合手柄51使联轴器42与主轴60相分离，此时，主轴60、转接轴70、被测回转件80及旋转角度测量组件90可自由转动至停止。在此期间，旋转角度测量组件90测量被测回转件80的旋转角度信息，由于被测回转件80的质心不在旋转轴线上，自由旋转时，其速度将出现波动，将被测回转件80的角度信息进行二次求导，可得到角加速度信息，进而得到质心所在平面，剔除摩擦转矩后，根据已知的主轴60、转接轴70和被测回转件80的转动惯量，可得到偏心转矩，根据力矩平衡原则，在质心所在平面相应的位置，添加配重块或减少被测回转件的重量，即可实现被测回转件80的质心配平。当需要再次测量时，通过推动离合手柄51可使联轴器42与主轴60相连接。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (11)

1.一种高精度质心纠偏装置，其特征在于，该装置包括：

上位机(10)，其设有对纠偏过程进行控制的操作界面；

控制机构(20)，其设于基座(30)内；

基座(30)，其设置在地面上；

驱动机构(40)，其设于所述基座(30)上部一侧，并与所述控制机构(20)相连接；

离合机构(50)，其与所述驱动机构(40)相连接，并可通过手动操作与驱动机构(40)相分离；

主轴(60)，其与所述离合机构(50)相连接，其可通过离合机构(50)与所述驱动机构(40)连接或分离；

转接轴(70)，其与所述主轴(60)和被测回转件(80)相连接；

被测回转件(80)，其与所述转接轴(70)连接，在所述主轴(60)带动下旋转；

旋转角度测量组件(90)，其设于所述转接轴(70)上，并与所述控制机构(20)连接，由控制机构(20)根据测量数据计算出被测回转件(80)的偏心距及纠偏量。

2.如权利要求1所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述上位机(10)设于电脑，所述控制机构(20)为单片机，其设于所述基座(30)内，并与所述上位机(10)电连接，控制机构(20)还分别与所述驱动机构(40)及旋转角度测量组件(90)电连接。

3.如权利要求1所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述基座(30)前侧面板上设有总电源开关(31)和电机电源开关(32)，基座(30)上部设有若干竖向支撑块(33)。

4.如权利要求1所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述驱动机构(40)包括电机(41)、联轴器(42)、轴承(43)、可移动轴承座(44)、锁紧环(45)、外套(46)及支撑块(47)，其中，所述电机(41)由支撑块(47)支撑，电机轴与所述联轴器(42)相连接，联轴器(42)另一端与所述主轴(60)相连接，且联轴器(42)与电机轴的连接部位由锁紧环(45)紧固，在联轴器(42)与可移动轴承座(44)之间装有轴承(43)，可移动轴承座(44)与外套(46)螺纹连接。

5.如权利要求4所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述联轴器(42)由两段直径不同的管体构成，其中一段管体(421)的直径与电机轴相匹配，另一段管体(422)与主轴(60)直径相匹配，该联轴器(42)一端通过键与电机轴相连接，联轴器(42)另一端为向外扩张的锥形管，与之相对应，所述主轴(60)端部是与联轴器(42)的锥形管相匹配的锥形柱，主轴(60)通过将其锥形端部插入的锥形管中相连接。

6.如权利要求4所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述可移动轴承座(44)呈套状，其内中部管壁上设有推动轴承(43)向电机(41)一侧移动的第一环形凸沿(441)，其另一端端部设有推动轴承(43)向被测回转件(80)一侧移动的第二环形凸沿(442)，可移动轴承座(44)的一端管壁上设有通孔(443)，且其与外套(46)的连接端设有外螺纹。

7.如权利要求4所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述锁紧环(45)为开口夹式锁紧环，其开口端设有多个紧固螺栓孔，其套接于联轴器(42)端部，并用螺栓经所述紧固螺栓孔将联轴器(42)与电机轴紧固。

8.如权利要求6所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述离合机构(50)包括离合手柄(51)及可移动轴承座(44)，其中，所述离合手柄(51)一端插入所述可移动轴承座的通孔(443)内，顺时针转动离合手柄(51)可通过可移动轴承座的第一环形凸沿(441)推动轴承(43)向电机(41)一侧移动而使可联轴器(42)与主轴(60)相分离，逆时针转动离合手柄(51)可通过可移动轴承座的第二环形凸沿(442)推动轴承(43)向被测回转件(80)一侧移动而使联轴器(42)与主轴(60)相连接。

9.如权利要求1所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述转接轴(70)包括套状的第一转接轴(71)、第二转接轴(72)及两个相互吻合的锥形套(73、74)，其中，第一转接轴(71)套接在主轴(60)端部，并与装在其一侧的轴承(43)接触，第一转接轴(71)内的主轴(60)上装有两个锥形套(73、74)，两个锥形套(73、74)相互套接胀紧，第一转接轴(71)通过两个锥形套(73、74)与主轴(60)连为一体，所述第二转接轴(72)的端部与第一转接轴(71)套接并用螺钉紧固，第二转接轴(72)与连接被测回转件(80)的法兰盘(91)相连接。

10.如权利要求9所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述旋转角度测量组件(90)包括光栅(91)和读数器(92)，其中，光栅(91)设于第一转接轴(71)上，读数器(92)设于光栅(91)上部的与支撑块(33)相连的支座(93)上，所述读数器(92)与所述控制机构(20)电连接，其将读数数据传送到控制机构(20)，由控制机构(20)计算出被测回转件(80)的偏心距，然后根据偏心距进行配重或减重纠偏。

11.如权利要求10所述的高精度质心纠偏装置，其特征在于，所述控制机构(20)根据旋转角度测量组件(90)测得的被测回转件(80)的旋转角度数据绘制出被测回转件(80)旋转角度的曲线，并据此计算出被测回转件(80)的偏心距。