CN110926701B - 动平衡校正方法及使用该方法的自动化设备 - Google Patents

Abstract

一种动平衡校正方法，包括：不平衡质量α与转动件的振动幅值A的关系为：A＝kα+b；转动件转至转速ω，获取初始振动幅值A₀；分别安装质量为m的试重块于转动件上与标准线顺时针角度分别为0°、120°、240°的第一位置、第二位置和第三位置，分别获取转动件的相应的第一振动幅值A₁、第二振动幅值A₂和第三振动幅值A₃；计算出动平衡校正所需配重件的质量α₀及其在转动件上安装的第五位置；安装配重件于转动件上以调整转动件的动平衡。该方法通过测量转动件的振动幅值即可实现校正，且将除了转动件自身的不平衡质量α₀外的其他引起不平衡的因素考虑在内，校正效率和精度高。本发明还提出使用该方法的自动化设备。

Description

动平衡校正方法及使用该方法的自动化设备

技术领域

本发明涉及一种动平衡校正方法。

背景技术

转动件由于重心偏离轴线，在转动时会产生不平衡力，从而引发转动件系统振动的现象，严重时将导致机械故障。进行动平衡校正时，需要确定不平衡量的大小及位置，才能进行补正。目前，转动件安装至现场后通过动平衡校正仪器进行校正。现场动平衡校正仪器通过鉴相传感器获取不平衡的角度位置，因此，需要在待校正设备上安装鉴相传感器，但鉴相传感器的安装调整较为费时、校正效率不高且价格较高。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种效率高、操作简便、成本低的动平衡校正方法。

一种动平衡校正方法，用于校正转动件的不平衡，所述平衡校正方法包括：

建立不平衡关系式，所述转动件存在不平衡质量α，所述不平衡质量α与所述转动件的振动幅值A的关系通过系数k和常数b表示为：A＝kα+b；

转动所述转动件至转速ω，获取所述转动件的初始振动幅值A₀；

停止转动所述转动件，分别安装一质量为m的试重块于所述转动件上的第一位置、第二位置和第三位置，且分别获取所述转动件转动至所述转速ω时的相应的第一振动幅值A₁、第二振动幅值A₂和第三振动幅值A₃；

所述转动件横截面上设有标准线，所述标准线为穿过所述转动件中心的竖直线的中心之上的半径线，所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置分别与所述转动件的中心的连线与所述标准线顺时针角度分别为0°、120°和240°，且分别距离所述转动件的中心的距离均为r；

以下述关于常数b的一元四次方程计算得出满足设定的精度值时常数b的近似值：

通过下述公式计算出所述转动件自身的不平衡质量α₀及其在所述转动件上的第四位置，所述第四位置距离所述转动件的中心距离为r，所述第四位置与所述转动件中心的连线与所述标准线顺时针角度为θ；

系数k满足：

不平衡质量α₀满足：

角度θ满足：

安装质量为α₀的配重件于所述转动件的第五位置上以调整所述转动件的动平衡，其中，所述第五位置距离所述转动件的中心距离为r，且与所述转动件中心的连线与所述标准线顺时针角度γ满足：γ＝180+θ。

进一步地，在所述安装质量为α₀的配重件于所述转动件的第五位置上以调整所述转动件的动平衡的步骤前还包括：求解角度θ，

当

时，所述角度θ满足：0°<θ<90°或270°<θ<360°；否则所述角度θ满足：90°<θ<270°。

进一步地，所述安装质量为α₀的配重件于所述转动件的第五位置上以调整所述转动件的动平衡的步骤包括：

拆下所述试重块，分别以根据两个θ得出的两个所述角度γ安装所述配重件于所述转动件上，并分别获取所述转动件转至所述转速ω时的第四振动幅值A₄和第五振动幅值A₅；

选取与所述第四振动幅值A₄和所述第五振动幅值A₅中的较小的一个对应的所述角度γ，且所述配重件以选取的所述角度γ安装在所述转动件上以调节所述转动件的动平衡。

进一步地，在转动所述转动件至转速ω，获取所述转动件的初始振动幅值A₀的步骤后，还包括：给定所述转动件的允许振动幅值A_max，当判断所述初始振动幅值A₀小于或等于所述允许振动幅值A_max时结束，否则对所述转动件进行动平衡校正。

进一步地，所述转速ω为所述转动件工作的额定转速。

进一步地，所述以下述关于常数b的一元四次方程计算得出满足设定的精度值时常数b的近似值的步骤包括：

给定常数b的初始值，并以设定的间距递增得到不同的值依次代入所述关于常数b的一元四次方程，当等号两边的差值小于所述设定的精度值结束，获取此时的值为常数b。

本发明还提出一种自动化设备，包括驱动件和转动件，所述转动件包括主轴，所述主轴与所述驱动件连接，所述驱动件用于驱动所述转动件转动，所述转动件的动平衡是上述的动平衡校正方法进行调整。

进一步地，所述转动件设有多个安装孔，多个所述安装孔距离所述转动件的中心的距离相同。

进一步地，所述自动化设备还包括处理机构，所述处理机构包括传感器、采集卡及处理器，所述传感器以上述的动平衡校正方法测量所述转动件的所述初始振动幅值A₀、所述第一振动幅值A₁、所述第二振动幅值A₂和第三振动幅值A₃，所述采集卡连接所述传感器和所述处理器，所述采集卡用于采集传感器测量的振动信号并传输至所述处理器，所述处理器以上述的动平衡校正方法处理所述采集卡采集的振动信号数据。

本发明还提出一种自动化设备，包括驱动件及转动件，所述驱动件与所述转动件连接，且用于驱动所述转动件转动，所述转动件的动平衡是通过上述的动平衡校正方法进行调整。

相较于现有技术，本发明提供的动平衡校正方法，通过三次分别在所述转动件上的0°、120°和270°安装相同质量的试重块，并获取四个振动幅值：所述初始振动幅值A₀、所述第一振动幅值A₁、所述第二振动幅值A₂和所述第三振动幅值A₃，并得出关于常数b的一元四次方程，并计算得出满足设定的精度值时的常数b，本发明将除了所述转动件自身的不平衡质量α₀外的其他引起不平衡的因素考虑在内，校正准确度高。且仅通过测量所述转动件的振动幅值即可求出校正所需的配重件的质量和安装位置，无需鉴相传感器，简化了校正结构且降低了成本，该方法过程简单、易于实现、适用性广，校正效率和精度高。

附图说明

图1为本发明的实施方式中自动化设备的立体示意图。

图2为图1所述的自动化设备沿II-II线的剖视图。

图3为本发明的动平衡校正的流程图。

图4A、图4B、图4C和图4D为本发明的动平衡校正步骤中不平衡量的矢量分解示意图。

主要元件符号说明

自动化设备 100

旋转机构 10

支撑座 11

轴承 13

驱动件 15

主轴 17

转动件 19

安装孔 191

处理机构 20

传感器 21

采集卡 23

处理器 25

配重件 30

螺纹部 31

如下具体实施方式将连接上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

请同时参阅图1和图2，本发明提供的动平衡校正方法的一实施方式用于调节一自动化设备100的转动件的动平衡。所述自动化设备100包括旋转机构10、处理机构20和配重件30。所述旋转机构10包括支撑座11、轴承13、驱动件15、主轴17和转动件19。所述轴承13设置于所述支撑座11内。所述主轴17转动地穿设于所述轴承13。所述驱动件15设置于所述支撑座11，且与所述主轴17连接。所述驱动件15用于驱动所述主轴17转动。所述转动件19设置于所述主轴17上，且与所述主轴17同步转动。所述转动件19与所述主轴17的转动中心轴共线。

所述处理机构20包括传感器21、采集卡23和处理器25。所述传感器21设置于所述支撑座11的外周壁，且用于测量所述主轴17和所述转动件19的振动信号。一实施例中，所述传感器21采用磁吸方式固定于所述支撑座11，但不限于此。所述采集卡23电连接所述传感器21，且用于采集所述振动信号并将其传输至所述处理器25。所述处理器25用于分析采集卡23采集的信号数据以得出校正不平衡用的所述配重件30质量及其在所述转动件19上的安装位置。

一实施例中，所述转动件19为磨削用的砂轮，所述转动件19大致为圆形柱体结构，但不限于此。例如，其他实施例中，所述转动件19也可以为铣刀、钻头、转接用的安装座等结构。

所述转动件19设有多个安装孔191。多个所述安装孔191的中心分别与所述转动件19转动时的中心轴的距离相等。一实施例中，多个所述安装孔191均匀分布于所述转动件19背离所述主轴17的一侧端面上，但不限于此。例如，其他实施例中，所述安装孔191也可以设置于所述转动件19的周面上。按照所述处理器25分析得出的配重件的质量选择匹配的配重件30，且按照所述处理器25分析得出的安装位置，将所述配重件30安装于所述转动件19的对应的安装孔191。

一实施例中，所述安装孔191为螺纹孔结构，但不限于此。所述配重件30凸设螺纹部31，所述螺纹部31能够与所述安装孔191螺纹连接以使所述配重件30固定于所述转动件19。

请参阅图3，动平衡校正方法的目的在于得到动平衡调节所需的所述配重件30的质量、及所述配重件30在所述转动件19的安装位置。所述动平衡校正方法包括下述步骤：

步骤1，建立不平衡关系式，所述转动件19存在不平衡量

所述不平衡量

的模为不平衡质量α。所述不平衡量

与所述转动件19的振动幅值A的关系通过系数k和常数b表示为：

步骤2，转动所述转动件19至转速ω。所述传感器21测得所述转动件19的初始振动幅值A₀。

在初始状态下，所述转动件19自身产生初始不平衡量

所述初始不平衡量

与初始振动幅值A₀的关系为：

其中，α₀为初始不平衡质量，且等于所述初始不平衡量

的模。

一实施例中，所述转速ω为所述转动件19工作的额定转速，但不限于此。

所述转动件19的横截面上设有标准线，所述标准线为穿过所述转动件19的中心的竖直线的中心之上的半径线。

步骤3，给定所述转动件19的允许振动幅值A_max，当判断所述初始振动幅值A₀小于或等于所述允许振动幅值A_max时结束，否则进行配重以使所述转动件19动平衡。

若所述初始振动幅值A₀小于或等于所述允许振动幅值A_max，表示转动件19无需校正。所述初始振动幅值A₀大于所述允许振动幅值A_max，则表示转动件19需要进行动平衡校正。

步骤4，将所述转动件19停止旋转，分别安装一质量为m的试重块于所述转动件19上的第一位置、第二位置和第三位置，且分别获取所述转动件19转动至所述转速ω时的相应的第一振动幅值A₁、第二振动幅值A₂和第三振动幅值A₃。所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置分别与所述转动件19的中心的连线与所述标准线顺时针角度分别为0°、120°和240°，且分别距离所述转动件19的中心的距离均为r。具体步骤包括：

步骤41，停止转动所述转动件19，安装一质量为m的试重块于所述转动件19上的第一位置。所述第一位置与所述转动件19的中心的连线与所述标准线顺时针角度为0°。转动所述转动件19至所述转速ω。所述传感器21测得所述转动件19的第一振动幅值A₁。

所述转动件19产生第一不平衡量

第一不平衡量

的模为第一不平衡质量α₁。第一不平衡量

与第一振动幅值A₁的关系为：

步骤42，停止转动所述转动件19，安装一质量为m的试重块于所述转动件19上的第二位置。所述第二位置与所述转动件19的中心的连线与所述标准线顺时针角度为120°。转动所述转动件19至所述转速ω。所述传感器21测得所述转动件19的第二振动幅值A₂。

所述转动件19产生第二不平衡量

第二不平衡量

的模为第二不平衡质量α₂。第二不平衡量

与第二振动幅值A₂的关系为：

步骤43，停止转动所述转动件19，安装一质量为m的试重块于所述转动件19上的第三位置。所述第三位置与所述转动件19的中心的连线与所述标准线顺时针角度为240°。转动所述转动件19至所述转速ω。所述传感器21测得所述转动件19的第三振动幅值A₃。

所述转动件19产生第三不平衡量

第三不平衡量

的模为第三不平衡质量α₃。第三不平衡量

与第三振动幅值A₃的关系为：

一实施例中，所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置分别为所述转动件19的对应安装孔191处。

步骤5，所述处理器25根据所述初始振动幅值A₀、所述第一振动幅值A₁、所述第二振动幅值A₂、所述第三振动幅值A₃及所述试重块的质量m，计算得出初始平衡质量α₀及初始不平衡量

在所述转动件19的第四位置。所述第四位置与所述转动件19的中心的连线与所述标准线的顺时针角度记为θ。

图4A为所述转动件自身的不平衡量的矢量分解图。图4B、图4C和图4D分别为所述试重块安装于所述转动件19上第一位置、第二位置和第三位置时所述转动件的不平衡量的矢量分解图。

请同时参阅图4A、图4B、图4C和图4D，应用向量的合成与分解原理，可以得到：

所述试重块的质量不变，因此有：

计算

的模，可以得到下述公式：

公式1：

公式2：

公式3：

公式4：

公式1、公式2、公式3和公式4相加，可以得到公式5：

公式3和公式4相减，可以得到公式6：

公式2乘以2减公式3与公式4的和，可以得到公式7：

因此，有公式8：

将公式1、公式2、公式3和公式4带入公式8并简化能够得到公式9：

由公式5和公式9可得到公式10：

公式10为关于未知的常数b的一元四次方程，利用计算机求出常数b的近似值。

一实施例中，利用计算机采用试错逼近法求出常数b，但不限于此。例如，其他实施例中，也可以采用通解法等计算求出b。

具体地，给定常数b的初始值，并以设定的间距递增得到不同的值依次代入公式10，当公式10的等号两边的差值小于一设定的精度值结束，获取此时的值为常数b。

所述常数b的初始值可以为0、1或0.3等数值；所述设定的间距可以为0.2、0.5等；所述设定的精度值可以为0.001、0.005等。所述常数b的初始值、所述设定的间距和所述设定的精度可以根据工况要求进行设定，本申请不作限定。

将求出的b值代入公式5求出系数k：

计算得出初始不平衡质量α₀为：

计算出的所述初始不平衡质量α₀为所需所述配重件30的质量。

步骤6，求解角度θ，当

时，所述角度θ满足：0°<θ<90°或270°<θ<360°；否则所述角度θ满足：90°<θ<270°。

其中，

解出角度θ的值有两个，当所述处理器25判断

成立时，角度θ在(0°，90°)∪(270°，360°)的范围内取值唯一。当所述处理器25判断

不成立时，角度θ在(90°，270°)的范围内取值唯一。

步骤7，拆下质量为m的试重块，并安装质量为α₀的配重件30于所述转动件19的第五位置以调节所述转动件19的动平衡。所述第五位置与所述转动件19的中心连线与所述标准线顺时针角度γ满足：γ＝180+θ。

根据步骤6中的方法确定的角度θ确认所述角度γ，在所述转动件19的角度γ处安装质量为α₀的配重件30以调节所述转动件19的动平衡。

可以理解，所述试重块和所述配重件30可以在多个不同质量的块状结构的零件中选取。

一实施例中，所述转动件19为所述主轴17上安装的负载结构，但不限于此。可以理解，其他实施例中，所述转动件19也可以为包括所述主轴17的一个整体结构，所述驱动件15与所述主轴17连接以使所述驱动件15驱动所述转动件19转动。该动平衡校正方法也可以应用于校正与所述驱动件15连接的包括所述主轴17的所述转动件19整体在无负载时自身的动平衡。

可以理解，其他实施例中，所述步骤6也可以省略，此时，所述步骤7也可以为：拆下所述试重块，分别以根据两个θ得出的两个所述角度γ安装所述配重件于所述转动件19上，并分别获取所述转动件19转至所述转速ω时的第四振动幅值A₄和第五振动幅值A₅；选取与所述第四振动幅值A₄和所述第五振动幅值A₅中的较小的一个对应的所述角度γ，且所述配重件以选取的所述角度γ安装在所述转动件19上以调节所述转动件19的动平衡。

相较于现有技术，本发明提供的动平衡校正方法，通过三次分别在所述转动件19上的0°、120°和270°安装相同质量的试重块，并获取四个振动幅值：所述初始振动幅值A₀、所述第一振动幅值A₁、所述第二振动幅值A₂和所述第三振动幅值A₃，并得出关于常数b的一元四次方程，并计算得出满足设定的精度值时的常数b，本发明将除了所述转动件19自身的不平衡质量α₀外的其他引起不平衡的因素考虑在内，校正准确度高。且仅通过测量所述转动件19的振动幅值即可求出校正所需的配重件30的质量和安装位置，无需鉴相传感器，简化了校正结构且降低了成本，该方法过程简单、易于实现、适用性广，校正效率和精度高。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化等用在本发明的设计，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种动平衡校正方法，用于校正转动件的不平衡，所述平衡校正方法包括：

建立不平衡关系式，所述转动件存在不平衡质量α，所述不平衡质量α与所述转动件的振动幅值A的关系通过系数k和常数b表示为：A＝kα+b；

转动所述转动件至转速ω，获取所述转动件的初始振动幅值A₀；

停止转动所述转动件，分别安装一质量为m的试重块于所述转动件上的第一位置、第二位置和第三位置，且分别获取所述转动件转动至所述转速ω时的相应的第一振动幅值A₁、第二振动幅值A₂和第三振动幅值A₃；

所述转动件横截面上设有标准线，所述标准线为穿过所述转动件中心的竖直线的中心之上的半径线，所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置分别与所述转动件的中心的连线与所述标准线顺时针角度分别为0°、120°和240°，且分别距离所述转动件的中心的距离均为r；

以下述关于常数b的一元四次方程计算得出满足设定的精度值时常数b的近似值：

通过下述公式计算出所述转动件自身的不平衡质量α₀及其在所述转动件上的第四位置，所述第四位置距离所述转动件的中心距离为r，所述第四位置与所述转动件中心的连线与所述标准线顺时针角度为θ；

系数k满足：

不平衡质量α₀满足：

角度θ满足：

安装质量为α₀的配重件于所述转动件的第五位置上以调整所述转动件的动平衡，其中，所述第五位置距离所述转动件的中心距离为r，且与所述转动件中心的连线与所述标准线顺时针角度γ满足：γ＝180+θ。

2.如权利要求1所述的动平衡校正方法，其特征在于，在所述安装质量为α₀的配重件于所述转动件的第五位置上以调整所述转动件的动平衡的步骤前还包括，求解角度θ，

当

时，所述角度θ满足：0°<θ<90°或270°<θ<360°；否则所述角度θ满足：90°<θ<270°。

3.如权利要求1所述的动平衡校正方法，其特征在于，所述安装质量为α₀的配重件于所述转动件的第五位置上以调整所述转动件的动平衡的步骤包括：

拆下所述试重块，分别以根据两个θ得出的两个所述角度γ安装所述配重件于所述转动件上，并分别获取所述转动件转至所述转速ω时的第四振动幅值A₄和第五振动幅值A₅；

选取与所述第四振动幅值A₄和所述第五振动幅值A₅中的较小的一个对应的所述角度γ，且所述配重件以选取的所述角度γ安装在所述转动件上以调节所述转动件的动平衡。

4.如权利要求1所述的动平衡校正方法，其特征在于，在转动所述转动件至转速ω，获取所述转动件的初始振动幅值A₀的步骤后，还包括：给定所述转动件的允许振动幅值A_max，当判断所述初始振动幅值A₀小于或等于所述允许振动幅值A_max时结束，否则对所述转动件进行动平衡校正。

5.如权利要求1所述的动平衡校正方法，其特征在于，所述转速ω为所述转动件工作的额定转速。

6.如权利要求1所述的动平衡校正方法，其特征在于，所述以下述关于常数b的一元四次方程计算得出满足设定的精度值时常数b的近似值的步骤包括：

给定常数b的初始值，并以设定的间距递增得到不同的值依次代入所述关于常数b的一元四次方程，当等号两边的差值小于所述设定的精度值结束，获取此时的值为常数b。

7.一种自动化设备，包括驱动件和转动件，所述转动件包括主轴，所述主轴与所述驱动件连接，所述驱动件用于驱动所述转动件转动，其特征在于，所述转动件的动平衡是通过如权利要求1-6任一项所述的动平衡校正方法进行调整。

8.如权利要求7所述的自动化设备，其特征在于，所述转动件设有多个安装孔，多个所述安装孔距离所述转动件的中心的距离相同。

9.如权利要求7所述的自动化设备，其特征在于，所述自动化设备还包括处理机构，所述处理机构包括传感器、采集卡及处理器，所述传感器以如权利要求1-6任一项所述的动平衡校正方法测量所述转动件的所述初始振动幅值A₀、所述第一振动幅值A₁、所述第二振动幅值A₂和第三振动幅值A₃，所述采集卡连接所述传感器和所述处理器，所述采集卡用于采集传感器测量的振动信号并传输至所述处理器，所述处理器以如权利要求1-6任一项所述的动平衡校正方法处理所述采集卡采集的振动信号数据。

10.一种自动化设备，包括驱动件及转动件，所述驱动件与所述转动件连接，且用于驱动所述转动件转动，其特征在于，所述转动件的动平衡是通过如权利要求1-6任一项所述的动平衡校正方法进行调整。

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