CN110672270A - 一种智能化转轴动平衡调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化转轴动平衡调节器，包括套筒(2)；套筒的内部具有转轴(1)；套筒沿着圆周方向，等间隔交错设置有多个套筒通孔(7)和套筒螺纹孔(12)；套筒的外壁在与每个套筒螺纹孔相对应的位置，安装有一个止动支架(3)；每个止动支架与对应的套筒螺纹孔上，贯穿插入有一个支撑螺栓(11)；支撑螺栓内侧端部固定连接支座(14)一端；支座另一端与弹垫(15)固定连接；弹垫内侧面与转轴外壁直接接触；每个套筒通孔中贯穿通过一个调节螺栓(8)；每个调节螺栓贯穿套筒通孔后，继续穿过一个压电片(10)且调节螺栓的内侧端部与调心块(4)固定连接。本发明利用压电智能材料的固有特性，能够实现装置质心的实时调整。

Description

一种智能化转轴动平衡调节器

技术领域

本发明涉及转动部件动平衡技术领域，特别是涉及一种智能化转轴动平衡调节器。

背景技术

目前，旋转机械的转子在设计上一般都是相对于其旋转轴线轴对称的。一些旋转机械的转子由于工艺或材料的质量分布不均匀，而产生质心偏离轴心及离心力，在使用过程中，由于磨损、污垢杂质等的积累等一系列因素，会产生新的不平衡，导致达不到动力上的完全轴对称。

这种不平衡离心力在转动时产生的力矩，不能在轴中心抵消，从而产生一个力矩偏差，这个偏差会导致轴的弹性变形，轴的弹性变形，会使这个不平衡力矩进一步加大，如此恶性循环，直至造成过大的误差或甚至导致轴破坏。

此外，轴的弹性变形引发另一个问题，即轴的振动。轴的振动会引发噪声，并引起轴承的加速磨损，严重影响旋转部件的性能和使用寿命。

需要说明的是，转子不平衡是一种最常见的故障，据资料统计，旋转机械由于振动原因，使机器失效的约占60％～70％，其中由于不平衡使机器失效的约占30％。现有的动平衡调节技术，首先从加工工艺及选材保证，其次，对于运转过程中的轴类零件只能通过预实验，机械去除一部分材料或增加补偿质量的方法，智能化程度低，且不具备实时性，适用面窄。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种智能化转轴动平衡调节器。

为此，本发明提供了一种智能化转轴动平衡调节器，包括中空的套筒；

套筒的内部具有转轴；

套筒沿着圆周方向，等间隔交错设置有多个套筒通孔和套筒螺纹孔；

套筒的外壁在与每个套筒螺纹孔相对应的位置，安装有一个止动支架；

每个止动支架与对应的套筒螺纹孔上，贯穿插入有一个支撑螺栓；

支撑螺栓的内侧端部固定连接支座的一端；

支座的另一端与弹垫固定连接；

弹垫的内侧面与转轴的外壁直接接触；

每个套筒通孔中贯穿通过一个调节螺栓；

每个调节螺栓贯穿对应的套筒通孔后，继续穿过一个压电片的中心孔，且调节螺栓的内侧端部与一个调心块固定连接。

其中，每个止动支架的中心位置开有支架孔；

每个止动支架的内部具有空腔，该空腔内具有弹簧；

支撑螺栓依次穿过止动支架上的支架孔、弹簧和套筒螺纹孔后，支撑螺栓的内侧端部与支座固定相连。

其中，调心块具有内螺纹，内螺纹与调节螺栓的内侧端部螺纹连接。

其中，止动支架的两侧分别具有一个支脚；

套筒的外壁在与每个套筒螺纹孔相对应的位置两侧，分别具有安装有一个防转孔；

支脚对应插入套筒上的防转孔中。

其中，每个调节螺栓，与套筒的外壁之间，设置有一个止动垫片；

止动垫片套在调节螺栓上。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种智能化转轴动平衡调节器，其利用压电智能材料的固有特性，能够实现装置质心的实时调整，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种智能化转轴动平衡调节器的剖视图；

图2为本发明提供的一种智能化转轴动平衡调节器中套筒的剖视图；

图3为本发明提供的一种智能化转轴动平衡调节器中止动支架的剖视放大图；

图4为本发明提供的一种智能化转轴动平衡调节器中止动支架的正对着观察时的外观示意图；

图5为在具体实施例中，为了测量转轴在运动时的位移数据，在转轴表面及端面安装的两个位移传感器的位置示意简图。

图中，1为转轴；2为套筒；3为止动支架；4为调心块；5为内螺纹；

6为中心孔；7为套筒通孔；8为调节螺栓；9为止动垫片；10为压电片；

11为支撑螺栓；12为套筒螺纹孔；13为弹簧；14为支座；15为弹垫。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1至图4，本发明提供了一种智能化转轴动平衡调节器，包括中空的套筒2；

套筒2的内部具有转轴1(即转动轴)；

套筒2沿着圆周方向，等间隔交错设置有多个套筒通孔7和套筒螺纹孔12；

套筒2的外壁在与每个套筒螺纹孔12相对应的位置，安装有一个止动支架3；

每个止动支架3与对应的套筒螺纹孔12上，贯穿插入有一个支撑螺栓11；

支撑螺栓11的内侧端部固定连接支座14的一端；

支座14的另一端与弹垫15固定连接(例如粘接，即胶接)；

弹垫15的内侧面(即朝向转轴1的侧面)与转轴1的外壁直接接触；

每个套筒通孔7中贯穿通过一个调节螺栓8；

每个调节螺栓8贯穿对应的套筒通孔7后，继续穿过一个压电片10的中心孔6，且调节螺栓8的内侧端部与一个调心块4(即调心质量块)固定连接(如螺纹固定连接)。

在本发明中，具体实现上，套筒通孔7和套筒螺纹孔12的数量为三的整数倍，例如为：三、六、九......。，例如套筒通孔7和套筒螺纹孔12分别为三个。

需要说明的是，对于本发明，套筒2位于最外侧，是本发明的主要安装部件，主要起到支撑的作用，其上设置了套筒通孔、套筒螺纹孔，为调节螺栓和支撑螺栓提供安装位置。

在本发明中，具体实现上，每个止动支架3的中心位置开有支架孔31；

每个止动支架3的内部具有空腔33，该空腔33内具有弹簧13；

支撑螺栓11依次穿过止动支架3上的支架孔31、弹簧13和套筒螺纹孔12后，支撑螺栓11的内侧端部与支座14固定相连(如螺纹固定连接)。

需要说明的是，对于本发明，止动支架3和弹簧13位于套筒2的外侧。支撑螺栓11的螺母端面压在止动支架3上，二者之间摩擦力较大，起到防止支撑螺栓11蠕变松动的作用。

对于本发明，支撑螺栓11、弹簧13、支座14、弹垫15、止动支架3构成固定模块，固定模块呈圆周向布置，可实现装置在不同直径的转轴上的安装。

支撑螺栓11与套筒上的套筒螺纹孔12连接，可通过旋进的距离，调整深入套筒内的长度。支撑螺栓11穿过止动支架3、弹簧13及套筒螺纹孔12，其一端固定连接了支座14。

在本发明中，具体实现上，调心块4具有内螺纹5，内螺纹5与调节螺栓8的内侧端部螺纹连接。

在本发明中，止动支架3起到支撑和防转的作用，具体结构为：止动支架3的两侧分别具有一个支脚32；

套筒2的外壁在与每个套筒螺纹孔12相对应的位置两侧，分别具有安装有一个防转孔21；

支脚32对应插入套筒2上的防转孔21中。

在本发明中，弹簧13为大刚度弹性元件，主要作用是吸收转轴1运行中的振动，并维持支撑螺栓11提供的预紧力。弹簧13位于止动支架3形成的空腔33内。

在本发明中，支座14的一端与支撑螺栓11螺纹固定连接，另一端与弹垫15固定连接，连接方式为胶接。支座14的材料为铝或铁氟龙塑料。

在本发明中，弹垫15与转轴1直接接触，通过二者之间的摩擦力，即可实现套筒2及其上部件与转轴1的固定连接。弹垫15安装在支座14的槽内，且固定连接。弹垫15材料为橡胶。

对于本发明，弹垫14直接与转轴1接触，且有一定压力，其压力由支撑螺栓选入量决定。当圆周向的弹垫均与转轴紧密压紧后，整套装置位置即以固定。

由此可见，整套装置的固定是靠支撑螺栓11一端的弹垫15压紧转轴1实现，因此，对于大直径的转轴1，支撑螺栓11选择较小的旋入量，对于小直径的转轴1，支撑螺栓11选择较大的旋入量。

由此，基于以上技术方案可知，对于本发明，当支撑螺栓11旋入套筒2上的套筒螺纹孔12，连接支座14和弹垫15，继续旋入，带动弹垫15直至与转轴1压紧，套筒2及其上部件与转轴1实现固定。支撑螺栓11的旋入量，决定了弹垫15与转轴1之间的压力和摩擦力。

在本发明中，每个调节螺栓8，与套筒2的外壁之间，设置有一个止动垫片9；

止动垫片9套在调节螺栓8上。

在本发明中，调节螺栓8通过套筒2上的套筒通孔7，并穿过压力片10上的中心孔6，其端部与调心块4固定连接。当调节螺栓8与调心块4连接时，因为调心块4上的螺纹深度设置了预设余量，最终可通过旋紧调节螺栓8，使套筒2、压电片10、调心块4压紧并固定连接在一起。

对于本发明，调节螺栓8、压电片10和调心块4固定连接，构成了质心调节模块，通过调整调心块的空间位置，调整整套装置的质心。质心调节装置采用圆周向布置。

其中，调节螺栓8的作用在于固定压电片40和调心块4。调节螺栓8穿过套筒通孔7，并穿过压电片10的中心孔6，与调心块4固定相连。调节螺栓8并绕套筒呈周向布置，个数与于套筒通孔7的个数对应相同。

其中，压电片10的作用在于利用其逆压电效应，即通电时可产生形变，致使调节螺栓伸长，实现调心块的位置有所调整。

其中，调心块4固定安装在调节螺栓一端，绕转轴呈周向布置，其位置可调整整套装置的质心。当压电片10通电时，因为调节螺栓8初始预紧，在逆压电效应作用下，调节螺栓8被拉长，进而带动调心块4位置的变化，进而调整质心位置。

由此，对于本发明，当外部电源向压电片10供电时，因压电效应，压电片10将产生形变，又因为调节螺栓8旋紧即存在预紧力，当压电片10收缩时，调节螺栓8收缩，带动调心块4背离转轴1轴心方向向外运动；当压电片10扩张时，驱动调节螺栓8伸长，并带动调心块4向转轴1方向运动。

在本发明中，需要说明的是，压电片10为一种压电材料制成的大小及尺寸适合本发明中使用的装置，主要使用堆叠压电陶瓷。具体实现上，压电片10可以为昆山日盛、哈尔滨溶智纳芯生产的“PZT叠堆压电陶瓷致动器”，目前市面中存在的压电陶瓷致动器或促动器，均可满足使用要求。

具体实现上，压电片10在本专利中作用是：通过控制压电片10的伸缩，是图1中调心块4的上下位置，从而调整质心。

需要说明的是，关于压电片的逆压电效应，具体技术原理为：压电体受到外电场作用而发生形变，其形变量与外电场强度成正比，这种现象称为逆压电效应。压电片10(一种压电陶瓷材料，常用的压电陶瓷是由锆钛酸铅PZT材料做成的)在电场的作用下，由于感应极化作用而产生应变，并且应变大小与电场平方成正比。由此可以计算并得出为压电片10施加不同的电压以控制压电片10的形变量(伸缩量)。由于此为现有公知的技术，在此不展开具体表述。

需要说明的是，对于本发明，周向布置的多个调心块4之间无关联关系，即可单独实时运动，因此可实现质心在轴截面内的二维调整，即实现了动平衡的实时调节和补偿。

为了更加清楚地理解本发明，下面说明本发明的一种具体实施例，可以如下：

首先，根据转轴1运转时采集到的实时数据(位移数据)，可以分析偏心位置最大或动平衡最差的截面；

需要说明的是，转轴1运动时，可以使用两个位移传感器(第一位移传感器101和第二位移传感器102)测量转轴1表面及端面位移变化，位移传感器的位置如图5所示，

第一位移传感器101位于转轴1表面，第二位移传感器102位于转轴1端面。转轴1转动时，两个位移传感器实时测量数据，当第一位移传感器101达到位移最大值，且第二位移传感器102位移达到最小值时，第一位移传感器101与转轴1接触的点延转轴长度方向的面为最大或动平衡最差的截面。此时，两个位移传感器输出电信号，通过采集卡可实时采集数据。

接着，可以根据转轴1直径，将支撑螺栓11旋出一部分；

接着，将套筒2及其上部件整体套入转轴1；

接着，旋入支撑螺栓11，直至弹垫15与转轴1紧密接触；

接着，转轴1起动，带动套筒2及其上部件旋转；

接着，测试套筒2的实时数据(位移数据)，并根据偏心量计算每一处调心块4的调整量；

需要说明的是，测量套筒2表面及端面位移变化，即测量测量套筒2表面及端面的位移数据，具体的方法同上述转轴1表面及端面位移变化，也是采用两个位移传感器，分别安装在套筒2表面及端面进行测量。并且，基于测试获取的位移数据，通过现有偏心量的数学计算方法，可以获得结构的偏心量。

接着，外部电源通入压电片10，实时测试动加速度数据，并反馈至外部电源，直至实现动平衡的调整。

需要说明的是，在转动过程中，压电片10受到套筒2与压电片10接触面提供的指向轴心的力，根据压电片10的压电效应，压电片10在受不同大小的外力作用时，会产生不同大小的电压。其中，根据实时采集数据观察，当三个压电片的输出电压差值在预设允许范围以内时，则已实现动平衡。

需要说明的是，对于本发明，本发明利用支撑螺栓带动弹垫与转轴压紧，以实现套筒及其上部件与转轴的连接，可适应不同直径转轴的连接。本发明通过压电智能材料驱动均布的调心质量，以实现质心的实时调整，智能化程度高。

基于以上技术方案可知，为实现转动轴在运转期间质心的实时调整，以满足动平衡的要求，本发明使用环装套筒套装在转轴上，利用支撑螺栓挤压固定，利用压电片带动调心质量块微动调节质心。通过调整支撑螺栓的旋入深度，可使本发明适用于不同直径的转轴，利用压电片的逆压电效应，可实现整体质心和动平衡误差的实时调节。本发明可实现自闭环控制，效率高，易于实现，操作简单。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种智能化转轴动平衡调节器，其利用压电智能材料的固有特性，能够实现装置质心的实时调整，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种智能化转轴动平衡调节器，其特征在于，包括中空的套筒(2)；

套筒(2)的内部具有转轴(1)；

套筒(2)沿着圆周方向，等间隔交错设置有多个套筒通孔(7)和套筒螺纹孔(12)；

套筒(2)的外壁在与每个套筒螺纹孔(12)相对应的位置，安装有一个止动支架(3)；

每个止动支架(3)与对应的套筒螺纹孔(12)上，贯穿插入有一个支撑螺栓(11)；

支撑螺栓(11)的内侧端部固定连接支座(14)的一端；

支座(14)的另一端与弹垫(15)固定连接；

弹垫(15)的内侧面与转轴(1)的外壁直接接触；

每个套筒通孔(7)中贯穿通过一个调节螺栓(8)；

每个调节螺栓(8)贯穿对应的套筒通孔(7)后，继续穿过一个压电片(10)的中心孔(6)，且调节螺栓(8)的内侧端部与一个调心块(4)固定连接。

2.如权利要求1所述的智能化转轴动平衡调节器，其特征在于，每个止动支架(3)的中心位置开有支架孔(31)；

每个止动支架(3)的内部具有空腔(33)，该空腔(33)内具有弹簧(13)；

支撑螺栓(11)依次穿过止动支架(3)上的支架孔(31)、弹簧(13)和套筒螺纹孔(12)后，支撑螺栓(11)的内侧端部与支座(14)固定相连。

3.如权利要求1所述的智能化转轴动平衡调节器，其特征在于，调心块(4)具有内螺纹(5)，内螺纹(5)与调节螺栓(8)的内侧端部螺纹连接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的智能化转轴动平衡调节器，其特征在于，止动支架(3)的两侧分别具有一个支脚(32)；

套筒(2)的外壁在与每个套筒螺纹孔(12)相对应的位置两侧，分别具有安装有一个防转孔(21)；

支脚(32)对应插入套筒(2)上的防转孔(21)中。

5.如权利要求1至4中任一项所述的智能化转轴动平衡调节器，其特征在于，每个调节螺栓(8)，与套筒(2)的外壁之间，设置有一个止动垫片(9)；

止动垫片(9)套在调节螺栓(8)上。

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