CN110985450B - 一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端 - Google Patents
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Abstract
一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，包括结构相同的上、下侧高精度双波减速电机，高精度双波减速电机包括定子和动子，动子安装在短轴上，短轴与椭圆凸轮连接，椭圆凸轮内置于减速齿盘内，减速齿盘与电机外壳啮合，电机外壳和法兰电机端盖连接，减速齿盘与电机输出轴固定连接；电机输出轴和中心轴上下端连接，中心轴与内质量块连接；上侧电机输出轴通过和法兰轴套和外质量块上端连接，外质量块下端通过轴承与下侧法兰电机端盖过盈配合连接；内、外质量块在上、下电机驱动下形成同大小反方向的不平衡量，完成转子的质量调整，本发明满足风机转子的大平衡容量，高精度在线动平衡要求。
Description
技术领域
本发明涉及转子在线动平衡技术领域，具体涉及一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端。
背景技术
风机转子的不平衡主要是由于转子质量分布不均引起，在转子工作时，不平衡量产生的离心惯性力打破原有的平衡力系，产生机械振动等不良效应，从而影响机械精度和寿命。为保证转子安全、平稳运行，通过在转子上直接添加或去除一定质量实现质量重新分布的工艺过程称为动平衡。一般转子平衡方法主要有离线动平衡、现场动平衡和在线动平衡。目前，大部分风机转子所做动平衡为离线动平衡和现场动平衡，离线动平衡即指将风机转子拆卸放置于平衡机上完成动平衡工作，十分不便。而利用便携式仪表进行现场动平衡的方式虽不需要拆卸转子但仍需停机，而因一两个转子导致整个系统停机会降低生产效率。在线动平衡技术很好的弥补了上述两种平衡方式的不足，一般在线动平衡可根据平衡终端装载位置不同分为端面式和内置式两种，而根据其驱动方式不同又可分为电机驱动式、电磁力驱动式和喷液式等。
电机驱动式在线动平衡装置是利用永磁电机或直流无刷电机驱动平衡质量块，完成质量的重新分配。一般电机驱动式在线动平衡装置结构较为简单，主要部件有驱动电机、减速机构、自锁机构等。减速机构将驱动电机输出轴的高转速降低，以保证动平衡的效率和精度，自锁机构用以改善装置自锁能力差的缺点，该类型动平衡装置在实际应用中十分广泛。但由于该装置机构复杂，难以保证长期工作的稳定性和自身的传动精度，且普通电机在强磁场环境下易受干扰，因此该装置仍存在一定程度的不足。
为解决一般电机驱动式动平衡装置存在的问题，中国专利(公开号CN108134537A)公开了一种内置式压电型在线动平衡执行装置，该装置的驱动原理采用压电材料的逆压电效应，通过外加两相激励电压激励压电陶瓷激发固定在端盖上的定子产生振动，使位于动子和定子之间的摩擦层与动子发生相对位移，带动与其固定连接的输出轴转动，实现转子的驱动。该驱动原理是通过定子在受激励变形而产生摩擦力驱动转子转动的，因此在断电后可实现自锁。虽然该装置存在响应速度快、不受电磁干扰等优点，但装置本身存在的对中性差、转速稳定性不高、平衡能力有限、装置自身存在一定的不平衡的缺点难以被忽略，因此使用场合仍十分局限。
发明内容
为了克服上述现有技术的技术缺点，本发明目的在于提供一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，满足风机转子的大平衡容量，高精度在线动平衡要求。
为了达到以上目的，本发明采取技术方案如下：
一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，包括结构相同的上、下侧高精度双波减速电机；
所述的下侧高精度双波减速电机包括第一定子28和第一动子33，利用压电材料在外接激励电压下第一定子28产生的变形驱动第一动子33转动，第一动子33安装在第一短轴26上，第一短轴26与第一椭圆凸轮24连接，第一椭圆凸轮24内置于第一减速齿盘23内形成过渡连接，第一减速齿盘23与第一电机外壳31内齿轮222啮合，第一电机外壳31和第一法兰电机端盖22连接，第一减速齿盘23与第一电机输出轴1固定连接；
所述的上侧高精度双波减速电机包括第二定子11和第二动子10，利用压电材料在外接激励电压下第二定子11产生的变形驱动第二动子10转动，第二动子10安装在第二短轴14上，第二短轴14与第二椭圆凸轮8连接，第二椭圆凸轮8内置于第二减速齿盘7内形成过渡连接，第二减速齿盘7与第二电机外壳17内齿轮222啮合，第二电机外壳17和第二法兰电机端盖6连接，第二减速齿盘7与第二电机输出轴5固定连接；
所述的第一电机输出轴1和中心轴4下端连接，中心轴4上端与自润滑铜套18内表面过盈连接，自润滑铜套18外表面与第二电机输出轴5过盈连接；中心轴4与内质量块20连接；
所述的第二电机输出轴5和法兰轴套19连接，法兰轴套19和外质量块3上端连接，外质量块3下端与轴套21连接，轴套21与第一轴承2外圈过盈配合连接，第一轴承2内圈与第一法兰电机端盖22过盈配合连接。
所述的第一减速齿盘23与第一椭圆凸轮24过盈配合，第一减速齿盘23的齿牙444内侧与第一椭圆凸轮24长径端接触，第一椭圆凸轮24顺时针转动一圈，第一减速齿盘24的齿牙444逆时针移动两个齿距，第一椭圆凸轮24逆时针转动一圈，第一减速齿盘23的齿牙444顺时针移动两个齿距；第二减速齿盘7与第二椭圆凸轮8配合要求相同。
所述的第一减速齿盘23、第二减速齿盘7延伸端圆柱面设置高精度分度尺555，分度数为360，圆周最小分辨率为1°。
所述的第一电机外壳31、第二电机外壳17内部有与第一减速齿盘23、第二减速齿盘7啮合的齿牙，第一电机外壳31的齿牙数为52，多于第一减速齿盘23齿牙数50，减速传动比为1:26；第二电机外壳17的齿牙数为52，多于第二减速齿盘7齿牙数50，减速传动比为1:26；
所述的第一电机外壳31、第二电机外壳17外端有周向均匀的螺纹孔333，电机外壳内部有设计有解码器111，用于读取高精度分度尺555参数，形成全闭环，控制电机位置和精度。
所述的自润滑铜套18材料为软质黄铜，内圈和外圈均含有石墨材料。
所述的中心轴4由四个半径相同、轴端长度相同且与内质量块20内表面贴合的短轴段666，将中心轴4分隔为五个长轴段888，短轴段666表面有均匀分布的螺纹孔777。
所述的外质量块3呈轴瓦型，其轴向两端有第一周向沉头螺纹孔999；所述的内质量块20呈轴瓦型，沿轴向分布四列第二周向沉头螺纹孔1000。
本发明与现有在线动平衡终端相比，具有以下优点：
1、本发明上、下侧高精度双波减速电机采用齿轮减速机构，将外齿轮与电机外壳合并为一个整体，通过内置椭圆凸轮带动减速齿盘转动与电机外壳齿牙啮合，解决了压电动子转速过高的问题，减速增矩，使动平衡终端的平衡能力得以提升，以适用于需要更大平衡容量的场合，同时可以实现更高精度的质量块位置控制。
2、双谐波的减速齿轮由于沿直径方向两侧齿牙同时啮合，无冲击现象，因此运行平稳，传动精度高，且椭圆凸轮可以适当增加半径降低齿隙，机构传动空程小。
3、本发明在电机外壳内壁安装有解码器，通过读取高精度分度尺参数从而实现实时转速测量、位置和转速控制等功能，构建了在线动平衡全闭环系统，因此，十分适用于高精度在线动平衡场合。
4、本发明用于调整质量分布的质量块设计呈轴瓦型，与两端高精度双波减速电机通过螺栓连接，既保证了平衡能力，又保证了优良对中性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明减速齿盘的示意图。
图3为本发明电机外壳示意图。
图4为本发明中心轴4的示意图。
图5为本发明外质量块3的示意图。
图6为本发明内质量块20的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参照图1、图2、图3、图4、图5和图6，一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，包括结构相同的上、下侧高精度双波减速电机；
所述的下侧高精度双波减速电机包括第一定子28和第一动子33，利用压电材料在外接激励电压下第一定子28产生的变形驱动第一动子33转动，第一动子33安装在第一短轴26上，第一短轴26与第一椭圆凸轮24通过平键连接，第一椭圆凸轮24内置于第一减速齿盘23内形成过渡连接，第一减速齿盘23与第一电机外壳31内齿轮222啮合，第一电机外壳31和第一法兰电机端盖22连接，第一减速齿盘23与第一电机输出轴1通过螺栓固定连接；
所述的上侧高精度双波减速电机包括第二定子11和第二动子10，利用压电材料在外接激励电压下第二定子11产生的变形驱动第二动子10转动，第二动子10安装在第二短轴14上，第二短轴14与第二椭圆凸轮8通过平键连接，第二椭圆凸轮8内置于第二减速齿盘7内形成过渡连接，第二减速齿盘7与第二电机外壳17内齿轮222啮合，第二电机外壳17和第二法兰电机端盖6连接，第二减速齿盘7与第二电机输出轴5通过螺栓固定连接；
第一电机输出轴1和中心轴4下端通过平键连接，中心轴4上端与自润滑铜套18内表面过盈连接，自润滑铜套18外表面与第二电机输出轴5过盈连接；中心轴4通过内质量块20上分布在圆柱面上的沉头螺栓与内质量块20连接；
所述的第二电机输出轴5通过法兰轴套19周向分布的螺栓和法兰轴套19连接，法兰轴套19通过周向分布的沉头螺栓和外质量块3上端连接，外质量块3下端通过周向分布的沉头螺栓与轴套21连接，轴套21与第一轴承2外圈过盈配合连接，第一轴承2内圈与第一法兰电机端盖22过盈配合连接。
参照图2，所述的第一减速齿盘23与第一椭圆凸轮24过盈配合，第一减速齿盘23的齿牙444内侧与第一椭圆凸轮24长径端接触，第一椭圆凸轮24顺时针转动一圈，第一减速齿盘24的齿牙444逆时针移动两个齿距，第一椭圆凸轮24逆时针转动一圈，第一减速齿盘24的齿牙444顺时针移动两个齿距；第二减速齿盘7与第二椭圆凸轮8配合要求相同。
所述的第一减速齿盘23、第二减速齿盘7延伸端圆柱面设置高精度分度尺555，分度数为360，圆周最小分辨率为1°。
参照图1，所述的第一电机外壳31、第二电机外壳17内部有与第一减速齿盘23、第二减速齿盘7啮合的齿牙，第一电机外壳31的的齿牙数为52，多于第一减速齿盘23齿牙数50，减速传动比为1:26；第二电机外壳17的齿牙数为52，多于第二减速齿盘7齿牙数50，减速传动比为1:26；
参照图3，所述的第一电机外壳31、第二电机外壳17外端有周向均匀的螺纹孔333，电机外壳内部有设计有解码器111，用于读取高精度分度尺555参数，形成全闭环，控制电机位置和精度。
所述的自润滑铜套18材料为软质黄铜，内圈和外圈均含有石墨材料，使用时，无需润滑油。
参照图4，所述的中心轴4由四个半径相同、轴端长度相同且与内质量块20内表面贴合的短轴段666，将中心轴4分隔为五个长轴段888，短轴段666表面有均匀分布的螺纹孔777，动平衡终端在工作时，需要同风机转子一起高速旋转，因此中心轴4轴向对称的结构可以降低自身不平衡量，且每隔一段增加半径大的短轴段666有利于增加中心轴4的刚性。
参照图5，所述的外质量块3呈轴瓦型，其轴向两端有第一周向沉头螺纹孔999用于和法兰轴套19、轴套21固定连接；参照图6，所述的内质量块20呈轴瓦型，沿轴向分布四列第二周向沉头螺纹孔1000与中心轴4固定连接；连接质量块两端的上、下侧高精度双波减速电机以质量块内侧为定位基准，且整体结构采用轴瓦型结构，解决了对装式结构对中性不良的问题，同时该种结构可以极大的增加加重半径，增强动平衡终端的平衡能力。
本发明的工作原理为：
利用压电材料在外接激励电压下第一定子28、第二定子11产生的变形驱动第一动子33、第二动子10转动，第一动子33、第二动子10的转动，带动同轴连接的第一椭圆凸轮24、第二椭圆凸轮8转动，与第一椭圆凸轮24、第二椭圆凸轮8过渡连接的第一减速齿盘23、第二减速齿盘7则在其驱动下，作与之反向的转动，而椭圆凸轮每转一圈，相应的减速齿盘反向转动两个齿距，实现减速目的，将原本压电驱动技术产生的低转速进一步降低，转矩进一步增加，使得装置的可控性和平衡容量进一步得到提升，而为了更精确的控制内质量块20、外质量块3在工作时的具体位置，在第一电机外壳31、第二电机外壳17的内壁加装了解码器111，在工作过程中，控制端通过实时读取高精度分度尺555的参数，获取内质量块20、外质量块3的位置以及转速，从而实现更高精度的动平衡控制；内质量块20和外质量块3由上、下高精度双波减速电机分别控制，因此通过调整内质量块20、外质量块3的位置就可以实现风机转子质量的重新分布，完成风机转子系统的动平衡过程。
Claims (8)
1.一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：包括结构相同的上、下侧高精度双波减速电机；
所述的下侧高精度双波减速电机包括第一定子(28)和第一动子(33)，利用压电材料在外接激励电压下第一定子(28)产生的变形驱动第一动子(33)转动，第一动子(33)安装在第一短轴(26)上，第一短轴(26)与第一椭圆凸轮(24)连接，第一椭圆凸轮(24)内置于第一减速齿盘(23)内形成过渡连接，第一减速齿盘(23)与第一电机外壳(31)内齿轮(222)啮合，第一电机外壳(31)和第一法兰电机端盖(22)连接，第一减速齿盘(23)与第一电机输出轴(1)固定连接；
所述的上侧高精度双波减速电机包括第二定子(11)和第二动子(10)，利用压电材料在外接激励电压下第二定子(11)产生的变形驱动第二动子(10)转动，第二动子(10)安装在第二短轴(14)上，第二短轴(14)与第二椭圆凸轮(8)连接，第二椭圆凸轮(8)内置于第二减速齿盘(7)内形成过渡连接，第二减速齿盘7与第二电机外壳(17)内齿轮(222)啮合，第二电机外壳(17)和第二法兰电机端盖(6)连接，第二减速齿盘(7)与第二电机输出轴(5)固定连接；
第一电机输出轴(1)和中心轴(4)下端连接，中心轴(4)上端与自润滑铜套(18)内表面过盈连接，自润滑铜套(18)外表面与第二电机输出轴(5)过盈连接；中心轴(4)与内质量块(20)连接；
所述的第二电机输出轴(5)和法兰轴套(19)连接，法兰轴套(19)和外质量块(3)上端连接，外质量块(3)下端与轴套(21)连接，轴套(21)与第一轴承(2)外圈过盈配合连接，第一轴承(2)内圈与第一法兰电机端盖(22)过盈配合连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的第一减速齿盘(23)与第一椭圆凸轮(24)过盈配合，第一减速齿盘(23)的齿牙(444)内侧与第一椭圆凸轮(24)长径端接触，第一椭圆凸轮(24)顺时针转动一圈，第一减速齿盘(23)的齿牙(444)逆时针移动两个齿距，第一椭圆凸轮(24)逆时针转动一圈，第一减速齿盘(23)的齿牙(444)顺时针移动两个齿距；第二减速齿盘(7)与第二椭圆凸轮(8)配合要求相同。
3.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的第一减速齿盘(23)、第二减速齿盘(7)延伸端圆柱面设置高精度分度尺(555)，分度数为360，圆周最小分辨率为1°。
4.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的第一电机外壳(31)、第二电机外壳(17)内部有与第一减速齿盘(23)、第二减速齿盘(7)啮合的齿牙，第一电机外壳(31)的齿牙数为52，多于第一减速齿盘(23)齿牙数50，减速传动比为1:26；第二电机外壳(17)的齿牙数为52，多于第二减速齿盘(7)齿牙数50，减速传动比为1:26。
5.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的第一电机外壳(31)、第二电机外壳(17)外端有多个螺纹孔(333)，多个螺纹孔(333)在周向均匀分布，电机外壳内部有设计有解码器(111)，用于读取高精度分度尺(555)参数，形成全闭环，控制电机位置和精度。
6.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的自润滑铜套(18)材料为软质黄铜，内圈和外圈均含有石墨材料。
7.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的中心轴(4)由四个半径相同、轴端长度相同且与内质量块(20)内表面贴合的短轴段(666)，将中心轴(4)分隔为五个长轴段(888)，短轴段(666)表面有均匀分布的螺纹孔(777)。
8.根据权利要求1所述的一种适用于风机转子的大平衡容量高精度在线动平衡终端，其特征在于：所述的外质量块(3)呈轴瓦型，其轴向两端有第一周向沉头螺纹孔(999)；所述的内质量块(20)呈轴瓦型，沿轴向分布四列第二周向沉头螺纹孔(1000)。
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