CN109818470A - 一种转子的静平衡调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及转子部件测试技术领域，提供一种转子的静平衡调节方法，包括：步骤S1、测量转子系统在初始0°位置与α角度位置的旋转阻力；步骤S2、根据平衡条件以及旋转阻力，得到不平衡体对转子圆心的力矩；步骤S3、预设各个配重区的配重块数量的下限值与上限值；步骤S4、调节各个配重区的配重块数量，得到配重块组合方式；步骤S5、计算配重块组合方式中各个配重块以及不平衡体的转动合力矩；步骤S6、如果得到的转动合力矩在预设合力矩范围值以内，即满足静平衡要求，保存配重块组合方式以及转动合力矩。本发明具有如下优点：获得符合静平衡要求的配重块配平方案，调节一次配重块就能达到静平衡要求，用于减少转子旋转时的震动，效率高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及转子部件测试技术领域，具体地涉及一种转子的静平衡调节方法。
背景技术
根据ISO标准，由轴承支撑的旋转体称为转子，转子在某些特定的转速下转动时会发生很大震动。一般转子系统，比如CT转子，在调试时，需要对转子部件进行静平衡调节，从而减少旋转时产生的震动。
现有方案一：在转子一整圈多处测量转子启动力大小，如每个启动力大小差值大于规定值，则调节配重；再次测量其启动力，反复多次，最终使每个位置的启动力大小差值小于规定值。这就需要反复多次测量，费时费力且不能获得最优解决方案。
现有方案二：通过驱动电机旋转时电机反馈的参数来计算得出需要调节的配重。但是电机需要支持这方面的参数反馈，但不是所有电机都支持。
现有方案三：使用特殊的仪器来调静平衡。但此类仪器价格昂贵，操作复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种转子的静平衡调节方法，通过测量两处不同角度位置的转子启动力大小，再通过计算，得出所有符合静平衡要求的配重块配平方案，用于减少转子旋转时的震动，避免因其周期性的不平衡力对旋转轴承造成损坏，效率高，成本低。
本发明是这样实现的：一种转子的静平衡调节方法，包括：
步骤S1、测量转子系统在初始0°位置与α角度位置的旋转阻力，其中α不等于0°且不等于180°；
步骤S2、根据平衡条件以及所述旋转阻力，得到不平衡体对转子圆心的力矩；
步骤S3、预设各个配重区的配重块数量的下限值与上限值；
步骤S4、调节各个所述配重区的配重块数量，得到配重块组合方式；
步骤S5、计算所述配重块组合方式中各个配重块以及所述不平衡体的转动合力矩；
步骤S6、如果得到的所述转动合力矩在预设合力矩范围值以内，即满足静平衡要求，保存所述配重块组合方式以及所述转动合力矩；如果所述转动合力矩不处于所述预设范围值，则转到步骤S4；
进一步地，所述不平衡体的构建方法为：将所述转子系统的所有零部件简化成一个静平衡体与一个不平衡体，建立直角坐标系，以所述转子圆心为原点，所述不平衡体的坐标为（x 0 ，y 0 ），所述不平衡体的质量为m 0 。
进一步地，所述步骤S1具体包括：
步骤S11、设定所述转子的初始位置，其角度位置为0°，在与所述转子圆心为L 1 距离的位置，沿着其圆的切线方向顺时针测得所述转子的启动力F 1 ，逆时针测得所述转子的启动力F 2 ，则当前位置不平衡体造成的旋转阻力为 (F 1 -F 2 )/ 2；
步骤S12、转动所述转子α角度，在与所述转子圆心为L 2 距离的位置，沿着其圆的切线方向顺时针测得所述转子的启动力F 3 ，逆时针测得所述转子的启动力F 4 ，则此位置不平衡体造成的旋转阻力为（F 3 -F 4 ）/2；
进一步地，使用推力计测量所述启动力，具体操作为：沿着推力方向转动转子至测量的角度位置，用推力计逐渐加力直至转子有轻微转动，每个方向分别测量至少三次，取其最小值作为该方向的所述启动力。
进一步地，所述步骤S2具体为：
根据平衡条件建立方程式：
通过计算求得:
其中与即为所述不平衡体对转子圆心的力矩表达式。
进一步地，所述转子系统设有n个配重区，配重区P i 表示第i个配重区，i∈[1,n]，n为大于等于2的整数；第i个配重区的初始配重块数量为p i ，第i个配重区的配重块调节量为q i ；
所述步骤S3具体为：配重区P i 的配重块数量的下限值为0，其上限值为S i ，其中S i 表示第i个配重区能放置的最多配重块数量，q i ∈[-p i , S i -p i ]；
所述步骤S4具体为：调节第i个配重区的配重块数量为（p i + q i ），q i 由-p i 开始递增直至其上限值S i -p i ，每次迭代q i 增加1，得到配重块组合方式。
进一步地，所述第i个配重区在所述转子的位置角度为θ i ，每个所述配重区的位置角度各不相同，所述第i个配重区的配重块重心到所述转子圆心的距离为d i ，所述第i个配重区的配重块总质量为m i ，所述第i个配重区的单个配重块的质量为z i ；
所述步骤S5具体为: 计算所述配重块组合方式中各个配重块以及所述不平衡体的转动合力矩，使用以下公式：
其中 , ， ，
M即为所述转动合力矩。
进一步地，所述d i 的计算公式为：
其中所述第i个配重区的单个配重块的厚度为t i ，所述第i个配重区的配重块放置点与所述转子圆心的距离为D i 。
进一步地，在所述步骤S6后还包括：
步骤S7、当计算完全部的所述配重块组合方式的转动合力矩后，通过筛选，其中所述转动合力矩绝对值最小的配重块组合方式即为最优配平方案。
进一步地，所述筛选方法为：以转动合力矩的绝对值由小到大的顺序，对保存的配重组合方式进行排列，最后得到优选的配平方案。
本发明具有如下优点：通过测量两处不同角度位置的转子启动力大小，再通过计算，得出所有符合静平衡要求的配重块配平方案，进而确定每个配重区需要增减的配重块数量，调节一次配重块就能达到静平衡要求，用于减少转子旋转时的震动，避免因其周期性的不平衡力对旋转轴承造成损坏，效率高，成本低。根据需要，还可以获得以下满足静平衡性要求的配平方案：（1）可以获得转子静平衡性最好的配重组合方案；（2）可以获得转子总重量最小且满足静平衡性要求的配重组合方案；（3）可以获得转子配重块总成本最小且满足静平衡性要求的配重组合方案。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的转子的静平衡调节方法的执行流程图。
图2为本发明的实施例中不平衡体初始位置的构建示意图。
图3为本发明的实施例中不平衡体旋转α角度位置的构建示意图。
图4为本发明的实施例中的转子系统的结构示意图。
图中标记表示：1-静平衡体，2-不平衡体，3-转子系统，31-第一个配重区，32-第二个配重区，33-第三个配重区，34-第四个配重区，35-圆心，36-配重块。
具体实施方式
参阅图1至图4，一种转子的静平衡调节方法，包括：
步骤S1、测量转子系统3在初始0°位置与α角度位置的旋转阻力，其中α不等于0°且不等于180°；其中以转子系统3的圆心35为坐标原点。本实施例中具体地，α可取值90°。
所述步骤S1具体包括：
步骤S11、设定所述转子的初始位置，其角度位置为0°，在与所述转子圆心为L 1 距离的位置，沿着其圆的切线方向顺时针测得所述转子的启动力F 1 ，逆时针测得所述转子的启动力F 2 ，则当前位置不平衡体造成的旋转阻力为 (F 1 -F 2 )/ 2；
步骤S12、转动所述转子α角度，在与所述转子圆心为L 2 距离的位置，沿着其圆的切线方向顺时针测得所述转子的启动力F 3 ，逆时针测得所述转子的启动力F 4 ，则此位置不平衡体造成的旋转阻力为（F 3 -F 4 ）/2；
使用推力计测量所述启动力，具体操作为：沿着推力方向转动转子至测量的角度位置，用推力计逐渐加力直至转子有轻微转动，每个方向分别测量三次，取其最小值作为该方向的所述启动力。
步骤S2、根据平衡条件以及所述旋转阻力，得到不平衡体2对转子圆心35的力矩；
所述不平衡体的构建方法为：将所述转子系统3的所有零部件简化成一个静平衡体1与一个不平衡体2，建立直角坐标系，以所述转子圆心35为原点，所述不平衡体2的坐标为（x 0 ， y 0 ），所述不平衡体2的质量为m 0 。
所述步骤S2具体为：
根据平衡条件建立方程式：
通过计算求得:
其中与即为所述不平衡体2对转子圆心35的力矩表达式。
步骤S3、预设各个配重区的配重块数量的下限值与上限值；
所述转子系统设有n个配重区，配重区P i 表示第i个配重区，i∈[1,n]，n为大于等于2的整数；第i个配重区的初始配重块数量为p i ，第i个配重区的配重块调节量为q i ；
其中p i 为大于等于0的整数；
本实施例中具体地，n的值为4，即转子系统3的配重区有四个，分别为配重区P 1 、配重区P 2 、配重区P 3 、配重区P 4 ；第一个配重区31的初始配重块36数量为p 1 ，第二个配重区32的初始配重块36数量为p 2 ，第三个配重区33的初始配重块36数量为p 3 ，第四个配重区34的初始配重块36数量为p 4 ；第一个配重区31的配重块36调节量为q 1 ，第二个配重区32的配重块36调节量为q 2 ，第三个配重区33的配重块36调节量为q 3 ，第四个配重区34的配重块36调节量为q 4 。
所述步骤S3具体为：配重区P i 的配重块数量的下限值为0，其上限值为S i ，其中S i 表示第i个配重区能放置的最多配重块数量，q i ∈[-p i , S i -p i ]；
本实施例中具体地，配重区P 1 的配重块36数量的下限值为0，其上限值为S 1 ，配重区P 2 的配重块36数量的下限值为0，其上限值为S 2 ，配重区P 3 的配重块36数量的下限值为0，其上限值为S 3 ，配重区P 4 的配重块36数量的下限值为0，其上限值为S 4 ；q 1 ∈[-p 1 , S 1 -p 1 ]，q 2 ∈[-p 2 , S 2 -p 2 ]，q 3 ∈[-p 3 , S 3 -p 3 ]， q 4 ∈[-p 4 , S 4 -p 4 ]。
步骤S4、调节各个所述配重区的配重块数量，得到配重块组合方式；
所述步骤S4具体为：调节第i个配重区的配重块数量为（p i +q i ），q i 由-p i 开始递增直至其上限值S i -p i ，每次迭代q i 增加1，得到配重块组合方式。
本实施例中具体地，调节第一个配重区31的配重块36数量为（p 1 +q 1 ），调节第二个配重区32的配重块36数量为（p 2 +q 2 ），调节第三个配重区33的配重块36数量为（p 3 +q 3 ），调节第四个配重区34的配重块36数量为（p 4 + q 4 ）；q 1 、q 2 、q 3 、 q 4 的递增规律为：按照四层for循环，以下是使用VB编码示意说明：
For q 1 = -p 1 To S 1 -p 1
For q 2 = -p 2 To S 2 -p 2
For q 3 = -p 3 To S 3 –p 3
For q 4 = -p 4 To S 4 –p 4
转到步骤S5;
转到步骤S6;
Next q 4
Next q 3
Next q 2
Next q 1
开始时q 1 、q 2 、q 3 、 q 4 都先取其最小值，即每个配重区的配重块的数量都先清零，转到步骤S5进行一次转动合力矩计算，再转到步骤S6；然后回到步骤S4时，q 1 、q 2 、q 3 、q 4 按照上述规律进行每次递增1，直至q 1 、q 2 、q 3 、 q 4 都取到其最大值，最后转到步骤S5进行一次转动合力矩计算。
步骤S5、计算所述配重块组合方式中各个配重块以及所述不平衡体的转动合力矩；
所述第i个配重区在所述转子的位置角度为θ i ，每个所述配重区的位置角度各不相同，所述第i个配重区的配重块重心到所述转子圆心的距离为d i ，所述第i个配重区的配重块总质量为m i ，所述第i个配重区的单个配重块的质量为z i ；
本实施例中具体地，第一个配重区31在所述转子的位置角度为θ 1 ，其配重块36重心到所述转子圆心35的距离为d 1 ，其配重块36总质量为m 1 ，其单个配重块36的质量为z 1 ；
第二个配重区32在所述转子的位置角度为θ 2 ，其配重块36重心到所述转子圆心35的距离为d 2 ，其配重块36总质量为m 2 ，其单个配重块36的质量为z 2 ；
第三个配重区33在所述转子的位置角度为θ 3 ，其配重块36重心到所述转子圆心35的距离为d 3 ，其配重块36总质量为m 3 ，其单个配重块36的质量为z 3 ；
第四个配重区34在所述转子的位置角度为θ 4 ，其配重块36重心到所述转子圆心35的距离为d 4 ，其配重块36总质量为m 4 ，其单个配重块36的质量为z 4 ；
每个所述配重区的位置角度各不相同，比如θ 1 取值165°，θ 2 取值235.03°，θ 3 取值270°，θ 4 取值304.97°。
所述步骤S5具体为: 计算所述配重块组合方式中各个配重块以及所述不平衡体的转动合力矩，使用以下公式：
其中 , ， ，
M即为所述转动合力矩。
本实施例中具体地，
其中 , ， ，
,
，
，
, ， ， , ， 。
所述d i 的计算公式为：
其中所述第i个配重区的单个配重块的厚度为t i ，所述第i个配重区的配重块放置点与所述转子圆心的距离为D i 。
本实施例具体地，
其中第一个配重区31的单个配重块36的厚度为t 1 ，其配重块36放置点与所述转子圆心35的距离为D 1 ；第二个配重区32的单个配重块36的厚度为t 2 ，其配重块36放置点与所述转子圆心35的距离为D 2 ；第三个配重区33的单个配重块36的厚度为t 3 ，其配重块36放置点与所述转子圆心35的距离为D 3 ；第四个配重区34的单个配重块36的厚度为t 4 ，其配重块36放置点与所述转子圆心35的距离为D 4 。
步骤S6、如果得到的所述转动合力矩在预设合力矩范围值以内，即满足静平衡要求，保存所述配重块组合方式以及所述转动合力矩；如果所述转动合力矩不处于所述预设范围值，则转到步骤S4；
本实施例具体地，预设的合力矩范围值为[M1,M2]，如果M1≤M≤M2，那就保存对应的配重块36组合方式即q 1 、q 2 、q 3 、q 4 ，以及M、，此时的配重块36组合方式即满足静平衡要求，根据此q 1 、q 2 、q 3 、q 4 对转子系统3的相应配重区的配重块36数量进行调整。
如果M不在[M1,M2]内，则转到步骤S4，进行迭代计算。
在所述步骤S6后还包括：
步骤S7、当计算完全部的所述配重块组合方式的转动合力矩后，通过筛选，其中所述转动合力矩绝对值最小的配重块组合方式即为最优配平方案。
本实施例中，在所有保存的配重块组合方式q 1 、q 2 、q 3 、q 4 ，对应的M绝对值最小，即为本实施例的最优配平方案。
所述筛选方法为：以转动合力矩的绝对值由小到大的顺序，对保存的配重组合方式进行排列，最后得到优选的配平方案。
这样以M的绝对值做从小到大排列，可以获得静平衡优选的配平方案，比如取前十项的配平方案。在此基础上就可以从分析每个配平方案的转子系统3配重区的配重块36重量，从中选出转子系统3总重量最小且满足静平衡性要求的配重组合方案。以及在此优选的配平方案中，分析每个配平方案的转子系统3配重区的配重块36总成本，从中选出转子系统3的配重块36总成本最小且满足静平衡性要求的配重组合方案。
本发明的转子的静平衡调节方法，通过测量转子两个不同角度位置处顺时针和逆时针的启动力大小，可以计算出不平衡体相应的转动力矩大小。再通过优化求解，计算出最优的配重组合，并确定每个配重位置所需要增减的配重块数量，调节一次配重块，就达到转子的静平衡要求。本发明的各个参数的具体值，工作人员根据实际的转子情况选择后，依照本发明的调节方法，获得使转子静平衡的配平方案。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：包括：
步骤S1、测量转子系统在初始0°位置与α角度位置的旋转阻力，其中α不等于0°且不等于180°；
步骤S2、根据平衡条件以及所述旋转阻力，得到不平衡体对转子圆心的力矩；
步骤S3、预设各个配重区的配重块数量的下限值与上限值；
步骤S4、调节各个所述配重区的配重块数量，得到配重块组合方式；
步骤S5、计算所述配重块组合方式中各个配重块以及所述不平衡体的转动合力矩；
步骤S6、如果得到的所述转动合力矩在预设合力矩范围值以内，即满足静平衡要求，保存所述配重块组合方式以及所述转动合力矩；如果所述转动合力矩不处于所述预设范围值，则转到步骤S4。
2.根据权利要求1所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：所述不平衡体的构建方法为：将所述转子系统的所有零部件简化成一个静平衡体与一个不平衡体，建立直角坐标系，以所述转子圆心为原点，所述不平衡体的坐标为（x 0 ，y 0 ），所述不平衡体的质量为m 0 。
3.根据权利要求2所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：
步骤S11、设定所述转子的初始位置，其角度位置为0°，在与所述转子圆心为L 1 距离的位置，沿着其圆的切线方向顺时针测得所述转子的启动力F 1 ，逆时针测得所述转子的启动力F 2 ，则当前位置不平衡体造成的旋转阻力为 (F 1 -F 2 )/ 2；
步骤S12、转动所述转子α角度，在与所述转子圆心为L 2 距离的位置，沿着其圆的切线方向顺时针测得所述转子的启动力F 3 ，逆时针测得所述转子的启动力F 4 ，则此位置不平衡体造成的旋转阻力为（F 3 -F 4 ）/2。
4.根据权利要求3所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：使用推力计测量所述启动力，具体操作为：沿着推力方向转动转子至测量的角度位置，用推力计逐渐加力直至转子有轻微转动，每个方向分别测量至少三次，取其最小值作为该方向的所述启动力。
5.根据权利要求3所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
根据平衡条件建立方程式：
通过计算求得:
其中与即为所述不平衡体对转子圆心的力矩表达式。
6.根据权利要求5所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：所述转子系统设有n个配重区，配重区P i 表示第i个配重区，i∈[1,n]，n为大于等于2的整数；第i个配重区的初始配重块数量为p i ，第i个配重区的配重块调节量为q i ；
所述步骤S3具体为：配重区P i 的配重块数量的下限值为0，其上限值为S i ，其中S i 表示第i个配重区能放置的最多配重块数量，q i ∈[-p i , S i -p i ]；
所述步骤S4具体为：调节第i个配重区的配重块数量为（p i +q i ），q i 由-p i 开始递增直至其上限值S i -p i ，每次迭代q i 增加1，得到配重块组合方式。
7.根据权利要求6所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：
所述第i个配重区在所述转子的位置角度为θ i ，每个所述配重区的位置角度各不相同，所述第i个配重区的配重块重心到所述转子圆心的距离为d i ，所述第i个配重区的配重块总质量为m i ，所述第i个配重区的单个配重块的质量为z i ；
所述步骤S5具体为: 计算所述配重块组合方式中各个配重块以及所述不平衡体的转动合力矩，使用以下公式：
其中 , ， ，
M即为所述转动合力矩。
8.根据权利要求7所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：所述d i 的计算公式为：
其中所述第i个配重区的单个配重块的厚度为t i ，所述第i个配重区的配重块放置点与所述转子圆心的距离为D i 。
9.根据权利要求1所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：在所述步骤S6后还包括：
步骤S7、当计算完全部 的所述配重块组合方式的转动合力矩后，通过筛选，其中所述转动合力矩绝对值最小的配重块组合方式即为最优配平方案。
10.根据权利要求9所述的一种转子的静平衡调节方法，其特征在于：
所述筛选为：以转动合力矩的绝对值由小到大的顺序，对保存的配重组合方式进行排列，最后得到优选的配平方案。
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