CN116878736A - 一种机械设计运动平衡检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械设计运动平衡检测装置和检测方法，属于机械部件测试设备技术领域，包括支撑机架、悬臂和振动组件，其中，支撑机架的内部设置有动力装置，悬臂的中部设置在动力装置的动力输出轴上，另外，悬臂的顶部中央设置有动平衡测试仪，动平衡测试仪用于现场振动数据测量、振动和单双面动平衡分析。为了模拟实验工件在极端工况环境下的耐受度，在悬臂端部还设置有振动组件，振动组件的尾端插设在悬臂端部，振动组件首端铰接有测试组件，以对测试组件产生振动，同时，在振动组件侧部设置有转向电机，转向电机与测试组件同轴传动连接，以便使得测试组件发生偏转以模拟工件真实的工作环境。

Description

一种机械设计运动平衡检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及机械部件测试设备技术领域，具体涉及一种机械设计运动平衡检测装置和检测方法。

背景技术

平衡机是用于测定转子不平衡的仪器，用于检测工件不平衡的位置，根据平衡机测出的数据可以对转子的不平衡量进行校正，从而改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。

目前，平衡机拖动转子的传动方式主要有圈带拖动、联轴节拖动和自驱动。圈带拖动是利用橡胶环形带或丝织环形带，由电机皮带轮拖动转子，联轴节拖动是利用万向节将平衡机主轴与转子相联接。联轴节拖动的特点是适合外表不规则的转子，可以传递较大的扭矩，适合拖动风机等风阻较大的转子，自驱动则是利用转子自身的动力旋转。

然而，这三种传动方式在不改变原有传动机构的条件下，很难进一步提高工件的转速，而某些工件如果转速过低实际上很难暴露出其存在的缺陷，而如果强行提高转速，则可能导致电机直接烧毁，圈带和万向节也会由于疲劳损伤而变形损毁，因此，需要一种新的平衡检测装置来提高检测效果，帮助设计人员定型产品。

发明内容

为此，本发明提供一种机械设计运动平衡检测装置和检测方法，通过改进传动系统提高工件转速，从而解决由于工件转速过低而导致检测效果有限的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面；

本发明公开了机械设计运动平衡检测装置，带动实验工件高速转动，包括：

支撑机架，内部设置有动力装置；

悬臂，中部设置在所述动力装置的动力输出轴上，顶部设置有动平衡测试仪；

振动组件，尾端插设在所述悬臂端部，首端铰接有测试组件，侧部设置有转向电机，所述测试组件与所述转向电机同轴传动连接；

所述测试组件包括：

装配架，两侧对称设置有转轴，所述转轴与所述转向电机同轴传动连接；

初速电机，底部安装在所述装配架内，动力输出端设置有离合器；

旋转卡盘，中心处装入有所述实验工件，底部与所述离合器同轴传动连接，外部装有气动轴承；

其中，设备在最初运行时，首先由所述初速电机通过所述离合器带动旋转卡盘转动，而后，所述动力装置启动、并带动所述悬臂转动，使得所述测试组件围绕所述支撑机架公转，最后，所述离合器松开，使得所述旋转卡盘高速自转。

在一个可能的实现方式中，所述悬臂包括：

双轴电机，两端输出轴分别设置有一个丝杠；

旋转套件，中部设置有所述双轴电机，两端活动插设有伸缩杆，所述伸缩杆的中心处插入有所述丝杠，且所述伸缩杆为棱柱体。

在一个可能的实现方式中，所述振动组件包括振动器和铰接架，所述转向电机设置在铰接架侧面，所述铰接架尾部与振动器首端传动连接、以带动所述铰接架振动，所述振动器尾端固定设置在所述伸缩杆端部。

在一个可能的实现方式中，所述振动器为高频振动器或电磁振动器。

在一个可能的实现方式中，所述离合器包括：

轴承座，中心处转动设置有离合片，所述离合片的中心处设置有花键孔；

升降装置，顶部与轴承座传动连接，以带动所述轴承座上下移动，所述花键孔套设在花键轴上，所述花键轴与所述初速电机同轴传动连接。

在一个可能的实现方式中，所述旋转套件的底部设置有数量不少于两个的万向轮，所述万向轮设置在所述支撑机架的顶部。

在一个可能的实现方式中，所述支撑机架包括：

架体，顶部设置有导槽，所述导槽为封闭的圆形，且所述万向轮适于沿导槽移动，中部设置有散热孔；

移动部件，顶部设置在所述架体的底部。

在一个可能的实现方式中，还包括连接件，所述连接件包括旋转具、仪器安装位、悬臂固定槽和连接轴，所述动平衡测试仪安装在仪器安装位上，所述仪器安装位位于所述旋转具的顶部，所述旋转具的中部设置有悬臂固定槽，所述悬臂固定槽内插设安装有旋转套件。

所述悬臂固定槽底部固定安装有连接轴，所述连接轴与所述动力装置同轴传动连接。

在一个可能的实现方式中，所述动力装置为伺服电机或步进电机，所述初速电机为无刷电机。

本发明具有如下优点：

本技术方案应用角动量守恒原理，首先给工件一个自转的初速度，然后启动动力装置，动力装置通过悬臂带动旋转卡盘围绕动力装置公转，由于旋转卡盘所受的合外力矩为零，就可以使得旋转卡盘保持高速转动，并由此带动旋转卡盘上的工件高速转动，相比较现有技术，技术方案具有更高的转换效率，可以使得工件维持超高速旋转，并配合动平衡测试仪可以充分暴露工件本身存在设计缺陷或工艺缺陷，从而为工程人员获得可靠的实验数据。

根据本发明的第二方面，

本发明公开检测方法，应用以上所述的机械设计运动平衡检测装置，包括以下步骤：

一、将实验工件安装到所述旋转卡盘上，所述初速电机通过离合器带动旋转卡盘转动，从而使得实验工件旋转；

二、启动所述动力装置，带动悬臂旋转，同时，所述离合器解开，使得旋转卡盘在惯性作用下继续旋转，同时所述旋转卡盘转速随所述悬臂旋转而快速提高；

三、启动振动组件，使得所述装配架高频振动，并在振动的同时，由所述转向电机带动装配架做九十度旋转；

四、动平衡测试仪分别在步骤二和步骤三时，对实验工件进行测量。

本发明具有如下优点：

旋转类工件的工况条件比较复杂，不仅需要高速旋转，同时还要考虑到作用在零件上的高频振动。可能对工件造成的不利影响，因此在实验过程中，就需要考虑到在工件可能产生径向跳动以及轴向窜动并由此而导致的工件变形的问题，有鉴于此，本发明利用振动组件通过旋转卡盘使得工件产生振动，同时利用转向电机带动装配架，做九十度旋转模拟工件在径向跳动以及轴向窜动的工况条件，从而使得工件的测量数据更加全面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的机械设计运动平衡检测装置立体图；

图2为本发明提供的测试组件俯视图；

图3为本发明提供的图2在B-B处的剖视图；

图4为本发明提供的图2在A-A处的剖视图；

图5为本发明提供的悬臂内部结构示意图；

图6为本发明提供的连接件立体图；

图7为本发明提供的支撑机架立体图；

图中：1支撑机架；1.1架体；1.2导槽；1.3散热孔；2悬臂；2.1双轴电机；2.2丝杠；2.3旋转套件；2.4伸缩杆；3动力装置；4转向电机；5振动组件；5.1振动器；5.2铰接架；6测试组件；6.1装配架；6.2转轴；6.3初速电机；6.4离合器；6.41轴承座；6.42升降装置；6.43离合片；6.44花键孔；6.5旋转卡盘；6.6气动轴承；7动平衡测试仪；8实验工件；10连接件；10.1旋转具；10.2仪器安装位；10.3悬臂固定槽；10.4连接轴。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

请一并参阅图1-图7，本发明公开了一种机械设计运动平衡检测装置，可以带动实验工件8高速转动，包括支撑机架1、悬臂2和振动组件5，其中，支撑机架1的内部设置有动力装置3，动力装置3可以是内燃机或电动机，而悬臂2的中部设置在动力装置3的动力输出轴上，由此可以通过动力装置3带动悬臂2转动。另外，悬臂2的顶部中央设置有动平衡测试仪7，动平衡测试仪7用于对工件的振动数据进行测量、并对其振动和单双面动平衡进行分析。为了模拟实验工件在极端工况环境的耐受度，在悬臂2端部还设置有振动组件5，而振动组件5的尾端插设在悬臂2端部，振动组件5首端铰接有测试组件6，通过振动组件5对测试组件6产生振动，同时，在振动组件5侧部设置有转向电机4，转向电机4与测试组件6同轴传动连接，以便使得测试组件6发生偏转以模拟工件真实的工作环境，从而获得详实的实验数据。

在本实施例中，测试组件6包括装配架6.1、初速电机6.3和旋转卡盘6.5，为了有效固定实验工件8的位置，优选通过旋转卡盘6.5来进行固定，旋转卡盘6.5也就是三爪卡盘。另外为了避免由于旋转卡盘6.5高速自转导致旋转卡盘6.5损坏，优选在旋转卡盘6.5外设置气动轴承，避免旋转卡盘6.5由于转速过快而失效的问题。更进一步的，为了避免旋转卡盘6.5由于转速过快而失效，在旋转卡盘6.5外侧还设置有气动轴承6.6，以防止旋转卡盘6.5由于摩擦出现材料过热失效的问题。

在本实施例中，装配架6.1用于装配各个部件，其两侧对称设置有转轴6.2，转轴6.2与转向电机4同轴传动连接，从而在振动组件5上带动装配架6.1旋转。在此结构基础上，在装配架6.1内还安装有初速电机6.3，初速电机6.3动力输出端设置有离合器6.4，离合器6.4与旋转卡盘6.5同轴传动连接，其中，当设备在最初运行时，首先由初速电机6.3通过离合器6.4带动旋转卡盘6.5转动，而后，动力装置3启动、并带动悬臂2转动，使得测试组件6围绕支撑机架1公转，最后，离合器6.4松开，使得旋转卡盘6.5高速自转。

在本实施例中，应用到了角动量守恒定律，作为物理学的普遍定律之一，主要反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律；其中，在测试组件6匀速公转的情况下，旋转卡盘6.5以及实验工件的和力矩为零，因此可以使得旋转卡盘6.5自身实现高速转动，并且当初速电机6.3给与旋转卡盘6.5一个初速度后，便通过离合器与旋转卡盘6.5脱离传动，因此，也可以避免由于旋转卡盘6.5转速过高导致初速电机6.3损坏的问题。

在一些实施例中，悬臂2包括双轴电机2.1和旋转套件2.3，其中双轴电机2.1的两端输出轴分别设置有一个丝杠2.2，丝杠2.2插设在伸缩杆2.4的中心处，伸缩杆2.4为棱柱体，同时伸缩杆2.4滑动插设在旋转套件2.3两端，旋转套件2.3中部设置有双轴电机2.1，当双轴电机2.1带动丝杠2.2转动时，由于丝杠2.2与伸缩杆2.4组成螺旋副，因此可以使得伸缩杆2.4做伸缩运动，由此来调整悬臂2的转动惯量，继而实现调节旋转卡盘6.5转速的效果。

在一些实施例中，振动组件5包括振动器5.1和铰接架5.2，转向电机4设置在铰接架5.2侧面，铰接架5.2尾部与振动器5.1首端传动连接、以带动铰接架5.2振动，振动器5.1尾端固定设置在伸缩杆2.4端部。具体的，振动器5.1为高频振动器或电磁振动器。其中高频振动器依靠调频电源将电机频率调制成高速旋转并带动偏心轮做圆周运动，从而产生振动，并通过滚道将振动传给端盖乃至机壳。该振动器使用寿命长，效率高，振幅大，激振力强，无失振现象，结构紧凑，使用方便的优点。电磁振动器则利用交流电经可控硅半波整流后进入线圈，使电磁铁产生脉冲电磁力，克服板形弹簧的弹力后吸下连接器形成振动，具有噪音小，结构简单的优点。

在一些实施例中，离合器6.4包括轴承座6.41和升降装置6.42，其中，轴承座6.41的中心处转动设置有离合片6.43，离合片6.43的中心处设置有花键孔6.44，上端设置摩擦面，用于和旋转卡盘6.5摩擦传动，由于离合片6.43转动设置在轴承座6.41内，而升降装置6.42的顶部与轴承座6.41传动连接，以带动轴承座6.41上下移动，当轴承座6.41上移时，摩擦面与旋转卡盘6.5的底部摩擦传动连接，从而带动旋转卡盘6.5旋转，另一方面，花键孔6.44则套设在花键轴6.45上，花键轴6.45与初速电机6.3同轴传动连接，由此来带动旋转卡盘6.5转动。

在一些实施例中，旋转套件2.3的底部设置有数量不少于两个的万向轮2.5，万向轮2.5设置在支撑机架1的顶部，从而给起到支撑旋转套件2.3提高稳定性的效果。

在本实施例中，旋转套件2.3通过连接件10安装在动力装置3上，其中连接件10包括旋转具10.1，仪器安装位10.2，悬臂固定槽10.3和连接轴10.4，悬臂固定槽10.3底部固定安装有连接轴10.4，连接轴10.4与动力装置3同轴传动连接。动平衡测试仪7安装在仪器安装位10.2上，仪器安装位10.2位于旋转具10.1的顶部，旋转具10.1的中部设置有悬臂固定槽10.3，悬臂固定槽10.3内插设安装有旋转套件2.3，由此动力装置3即可通过转具10.1带动悬臂转动。此外，在本实施例中动力装置3为伺服电机或步进电机，初速电机6.3为无刷电机。

在一些实施例中，支撑机架1包括架体1.1和移动部件，其中，移动部件可以为移动板车，并且移动部件设置在设置在架体1.1的底部。架体1.1的顶部设置有导槽1.2，导槽1.2为封闭的圆形，且万向轮2.5适于沿导槽1.2移动，中部设置有散热孔1.3，防止支撑机架1由于万向轮2.5与导槽1.2摩擦而温度过高的问题。

基于同一发明构思，本发明还公开了一种检测方法，并应用到上述提到的机械设计运动平衡检测装置，包括以下步骤：

一、将实验工件8安装到旋转卡盘6.5上，初速电机6.3通过离合器6.4带动旋转卡盘6.5转动，从而使得实验工件8旋转；

二、启动动力装置3，带动旋转悬臂2，同时，离合器6.4解开，旋转卡盘6.5在惯性作用下继续旋转，同时旋转卡盘6.5随悬臂2转速提高，并且调节悬臂2的臂展长度也可以起到加快旋转卡盘6.5自转速度的效果；

三、启动振动组件5，使得装配架6.1高频振动，并在振动的同时，由转向电机4带动装配架6.1，做九十度旋转，通过转向电机4对装配架6.1进行调整可以较好的模拟出工件在水平或竖直状态下，由于振动产生轴向或径向跳动的情况，从而得到工件在高速旋转情况下，对振动的耐受度的具体数据；

四、通过动平衡测试仪7，分别在步骤二和步骤三时，对实验工件8进行测量，由此利用振动组件5通过旋转卡盘6.5使得实验工件8产生振动，同时利用转向电机4带动装配架6.1做九十度旋转，从而模拟工件在径向跳动以及轴向窜动的工况条件，从而使得工件的测量数据更加充分详实。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种机械设计运动平衡检测装置，带动实验工件（8）高速转动，其特征在于，包括：

支撑机架（1），内部设置有动力装置（3）；

悬臂（2），中部设置在所述动力装置（3）的动力输出轴上，顶部设置有动平衡测试仪（7）；

振动组件（5），尾端插设在所述悬臂（2）端部，首端铰接有测试组件（6），侧部设置有转向电机（4），所述测试组件（6）与所述转向电机（4）同轴传动连接；

所述测试组件（6）包括：

装配架（6.1），两侧对称设置有转轴（6.2），所述转轴（6.2）与所述转向电机（4）同轴传动连接；

初速电机（6.3），底部安装在所述装配架（6.1）内，动力输出端设置有离合器（6.4）；

旋转卡盘（6.5），中心处装入有所述实验工件（8），底部与所述离合器（6.4）同轴传动连接，外部装有气动轴承（6.6）；

其中，设备在最初运行时，首先由所述初速电机（6.3）通过所述离合器（6.4）带动旋转卡盘（6.5）转动，而后，所述动力装置（3）启动、并带动所述悬臂（2）转动，使得所述测试组件（6）围绕所述支撑机架（1）公转，最后，所述离合器（6.4）松开，使得所述旋转卡盘（6.5）高速自转。

2.如权利要求1所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述悬臂（2）包括：

双轴电机（2.1），两端输出轴分别设置有一个丝杠（2.2）；

旋转套件（2.3），中部设置有所述双轴电机（2.1），两端活动插设有伸缩杆（2.4），所述伸缩杆（2.4）的中心处插入有所述丝杠（2.2），且所述伸缩杆（2.4）为棱柱体。

3.如权利要求2所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述振动组件（5）包括振动器（5.1）和铰接架（5.2），所述转向电机（4）设置在铰接架（5.2）侧面，所述铰接架（5.2）尾部与振动器（5.1）首端传动连接、以带动所述铰接架（5.2）振动，所述振动器（5.1）尾端固定设置在所述伸缩杆（2.4）端部。

4.如权利要求3所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述振动器（5.1）为高频振动器或电磁振动器。

5.如权利要求1所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述离合器（6.4）包括：

轴承座（6.41），中心处转动设置有离合片（6.43），所述离合片（6.43）的中心处设置有花键孔（6.44）；

升降装置（6.42），顶部与轴承座（6.41）传动连接，以带动所述轴承座（6.41）上下移动，所述花键孔（6.44）套设在花键轴（6.45）上，所述花键轴（6.45）与所述初速电机（6.3）同轴传动连接。

6.如权利要求2所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述旋转套件（2.3）的底部设置有数量不少于两个的万向轮（2.5），所述万向轮（2.5）设置在所述支撑机架（1）的顶部。

7.如权利要求6所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述支撑机架（1）包括：

架体（1.1），顶部设置有导槽（1.2），所述导槽（1.2）为封闭的圆形，且所述万向轮（2.5）适于沿导槽（1.2）移动，中部设置有散热孔（1.3）；

移动部件，顶部设置在所述架体（1.1）的底部。

8.如权利要求1所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，还包括连接件（10），所述连接件（10）包括旋转具（10.1）、仪器安装位（10.2）、悬臂固定槽（10.3）和连接轴（10.4），所述动平衡测试仪（7）安装在仪器安装位（10.2）上，所述仪器安装位（10.2）位于所述旋转具（10.1）的顶部，所述旋转具（10.1）的中部设置有悬臂固定槽（10.3），所述悬臂固定槽（10.3）内插设安装有旋转套件（2.3）；

所述悬臂固定槽（10.3）底部固定安装有连接轴（10.4），所述连接轴（10.4）与所述动力装置（3）同轴传动连接。

9.如权利要求1所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，所述动力装置（3）为伺服电机或步进电机，所述初速电机（6.3）为无刷电机。

10.一种检测方法，应用如权利要求1所述的机械设计运动平衡检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

一、将实验工件（8）安装到所述旋转卡盘（6.5）上，所述初速电机（6.3）通过离合器（6.4）带动旋转卡盘（6.5）转动，从而使得实验工件（8）旋转；

二、启动所述动力装置（3），带动悬臂（2）旋转，同时，所述离合器（6.4）解开，使得旋转卡盘（6.5）在惯性作用下继续旋转，同时所述旋转卡盘（6.5）转速随所述悬臂（2）旋转而快速提高；

三、启动振动组件（5），使得所述装配架（6.1）高频振动，并在振动的同时，由所述转向电机（4）带动装配架（6.1）做九十度旋转；

四、动平衡测试仪（7）分别在步骤二和步骤三时，对实验工件（8）进行测量。