CN1295488C - 平衡盘及数字校正方法 - Google Patents

Abstract

一种平衡盘及数字校正法涉及机械旋转转子上的动平衡机构及其校正方法。平衡盘包括固定连接的主、附盘体及盘体上的环形槽和安装在槽中的平衡块。盘体上有均匀的刻度，每一平衡块表面上有一刻度线。数字校正法包括安装平衡盘、输入原始数据、测不平衡量和相位角、计算并显示平衡块要移动到的新位置的数据、移动并固定平衡块、观察校正结果。本发明校正时间短、方便；校正精度高、简单易行。

Description

平衡盘及数字校正方法

技术领域：

本发明涉及机械转子上的平衡机构及校正方法。

技术背景：

为了保证高速旋转机械的工作质量和设备的安全性，必须对其进行动平衡。目前市场上有了一些电脑现场动平衡仪产品，可以在很短时间内，测量出旋转部件不平衡量的大小和方向。但完成这一步后，下面用户还需要使该旋转部件恢复到预定的精密平衡状态，此一操作称为“校正”。目前校正的办法有“加重法”、“去重法”、“电脑自动平衡仪法”等几种。注意到对于磨床砂轮、皮革削匀机刀辊等一类高速旋转部件，由于加工过程中砂轮或刀辊不断被磨损，即随时在破坏原来的平衡状态，因此动平衡测试和校正作业需要经常进行，如何缩短校正时间？成为了能否推广现场衡技术的关键之一。很显然，采用“加重法”或“去重法”一般是很费时间的；而有一种功能较完善的被称为“电脑自动平衡仪”、“全自动随机动平衡系统”之类的仪器，将这种仪器装在被平衡的高速转子上，通过电脑控制，可以实施在线测量和校正同时进行。但这种仪器的价格昂贵，且每台设备上都必须装上一套，仪器不能共用，这必然会大大增加仪器的购置成本，因此除个别特殊精密的重要磨床在使用外，难以大量推广。目前在各种磨床及削匀机等设备上，为了对砂轮或刀辊的不平衡量进行校正，还使用了一种被称为“平衡盘”的结构，该盘装于被平衡转子的校正面上，其结构特点为：与同转轴线同轴有一圈倒梯形的环槽，在环槽的某处开出被扩大的缺口，因此从该缺口处可以往槽内装入若干个钢块——“平衡块”。通过“平衡块”中心部位的螺丝，可以将各“平衡块”固定在槽中的任意位置。当不论用静平衡方式或动平衡测试获知转子不平衡量的大小和方向之后，则靠人的经验去尝试移动梯形环槽内的“平衡块”，或通过环槽的缺口放进或从中拿出若干个平衡块。这种完全凭经验的校正方法，不但很难达到预期的校正精度，而且还经常需要多次重复测量——校正这一过程，从而会浪费不少时间。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种平衡盘及数字校正方法，使测量与校正的计算分析一体化：实现在价廉实用的前提下，显著提高校正精度和缩短校正时间。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

平衡盘包括主盘体，与主盘体同轴固定连接的附盘体；主盘体与附盘体的轴线上有通孔；在主盘体与附盘体的相对面处的外表面到平衡盘内，有截面为梯形的环形槽，该环形槽内装有质量相同的两块平衡块，每一平衡块通过螺钉在环形槽内滑动或固定：在与环形槽相邻的平衡盘的环形表面上有0——360°的均匀刻度：每一平衡块的表面上有一指向0——360°的刻度线。

数字校正方法按以下步骤进行：

(1)、在旋转部件的校正面上安装平衡盘；

(2)、将数字校正法的程序输入计算机，并进行调试；

(3)、输入原始数据：Gp、Rp、Gb、Rb、α₁、α₂；

其中：Gp——平衡块的质量；

      Rp——平衡块重心离平衡盘轴心的距离；

Gb——标定块的质量，

Rb——标定块重心离平衡盘轴心的距离，

α₁——校正前一块平衡块所处的角度，

α₂——校正前另一块平衡块所处的角度；

(4)、开动机器，旋转部件高速转动，用动平衡仪测出旋转部件不平衡量的大小U₀和相位角θ₀；

(5)、将U₀、θ₀输入计算机，计算并显示出两个平衡块要移动到的新位置的角度α^* ₁、α^* ₂；其中：

${\mathrm{\α}}_1^{*}={\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2$

${\mathrm{\α}}_2^{*}={\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2$

               β₁＝tg^-1(y/x)，左式若x≤0，则β₁的值应加上180°，

${\mathrm{\β}}_2={\cos }^{-1}\left(0.5\sqrt{x^2+y^2}\right)$ 取正值，

               x＝cosα₁+cosα₂-U₀cosθ₀/GpRp，

               y＝sinα₁+sinα₂-U₀sinθ₀/GpRp，

上式应满足x²+y²≤4，否则说明该平衡盘的平衡能力不够，需要采用后面将要介绍的“辅助加重法”来解决校正问题。

其中：β₁、β₂、x、y为中间变量；

(6)停止转动，松开每一平衡块上的螺钉，把平衡块分别从α₁、α₂角度移动到α^* ₁、α^* ₂角度的位置，并对其固定；

(7)、重新启动机器，从动平衡仪的显示屏上观察校正的结果。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明最适合用于经常需要进行动平衡测试与校正作业的一大类机械设备，如磨床砂轮、皮革削匀机刀辊等高速转子动平衡测试后的校正操作，要求与电脑现场动平衡仪配套使用。采用本发明的主要优点在于：

①与传统的“去重法”和“加重法”相比，校正的时间要短得多，方便得多。在测量出不平衡的大小和角度方向后，只需按电脑的指示，将2个附加平衡块移动到新位置上并固定，一次校正的时间一般不会超过1～2分钟。而不论“去重法”或“加重法”所加上或去掉的质量都需要用天平精密计量，角度位置也要求准确，几乎不可避免地要经过重复多次的测试与校正操作，才能达到满意的校正精度，从而使准备和校正的时间施得很长。这里要说明：本发明的“辅助加重法”并不同于通常的“加重法”。因前者的配重不需要精确计量，角度也不必精确，获得精密校正的效果是靠后续的操作——按照电脑的计算，移动两个平衡块从α₁、α₂到α^* ₁、α^* ₂来实现的。从而说明了即使在上述平衡能力不够的特殊情况下，使用本发明，也能够快速、精确地实现预定的校正。

②校正的精度高。由于是通过电脑数字计算，按照理论上使不平衡量为零的要求来定量计算平衡块应该移动到的新位置，从而容易得到很高的校正精度。

③与“电脑自动平衡仪”这一类仪器相比，要经济实用得多，适合大面积推广。例如，对于有多台磨床或皮革削匀机的生产车间，只需一台动平衡仪，每台磨床上配一只平衡盘，就可以大面积解决几台乃至数十台设备的快速精密平衡测试与校正工作，因此容易为企业接受。而每台“电脑自动平衡仪”的价格约为8千到5万元不等，且一台机床上必须配备一台，难以大面积推广。

本发明已做出几种样品，与型现场动平衡仪配套使用，实验情况和用户的试用都证明，本发明取得了预期的良好效果。

校正的一个实例如下：

设系统的各参数为：标定块质量Gb＝9.4g、标定块重心离平衡盘轴心的距离Rb＝40mm、平衡块质量Gp＝13.2g、平衡块重心离平衡盘轴心的距离Rp＝60mm、砂轮半径65mm。在单面平衡时，校正前的不平衡量为U₀＝386gmm，两个平衡块的角度分别为α₁＝0°、α₂＝240°；校正后的两个平衡块的角度经计算机计算分别为α^* ₁＝356°和α^* ₂＝232°，照此调整后的残余不平衡量为Ur＝20gmm。

附图说明：

图1为平衡盘的第一种结构的主视图；

图2为图1中的A-A剖视图；

图3为平衡盘的第二种结构的主视图；

图4为图3中的B-B剖视图；

图5为数字校正方法的计算机软件流程图。

在图1至图4中：

1——主盘体；2——附盘体；3——平衡块；

4——连接主、附盘体的螺钉；5——固定平衡块的螺钉；

6——刻度；7——刻线；8——标定和应用“辅助加重法”时加装配重的螺孔；

具体实施方式：

第一种结构的平衡盘：主盘体的外形为圆柱形，主盘体内有大端在底部的圆台形开口孔，其轴线上的通孔周围有圆柱形凸台；附盘体的外形为圆台形，该圆台形位于主盘体的圆台形开口孔内，其上的开口圆孔与主盘体内的圆柱形凸台配合，附盘体的小端端面与主盘体的圆台形孔底相对；主盘体的圆台形开口孔的内表面与附盘体的圆台形外表面构成径向截面为梯形的环形槽，槽中有两块平衡块；在附盘体的表面上有0°～360°刻度。

第二种结构的平衡盘：主、附盘体的外形均为半径相同的圆柱体；主盘体右侧表面上有圆柱形凸台，附盘体的轴线上的圆通孔与主盘体的圆柱形凸台配合，使其附盘体的左侧面与主盘体的右侧面接触，并通过螺钉将主、附盘面固定连接：在主、附盘面的外表面接触处有径向截面为等腰梯形的环形槽，槽中有两块平衡块；在与该环形槽相邻的主盘体的柱面上有0°～360°的刻度；在附盘体的右侧面上有方形的圆柱形槽。

上述两种结构中：主盘体1和附盘体2的装配件用螺钉4联结，二者形成一圈倒梯形的环形槽，槽中事先放入2个“平衡块”3，每个平衡块的质量为Gp(克)是相同的。松掉平衡块中间的螺钉5，则该平衡块可以在槽中自由滑动；拧紧螺钉5，平衡块则被固定在槽中的预定位置。平衡块重心的半径为Rp。盘体圆周上刻有0～360°的刻度6，平衡块3中部有一刻线7与盘体上的刻度正对着，因此两个平衡块3的位置以α₁、α₂角度表示，都可以从盘体的角度刻度中读出。另外在平衡盘主盘体安装“标定块”的半径Rb上，从0°开始，均匀分布一圈螺孔8，共12个(或18个)，作为安装配重之用。(注：利用国内外的任何现场动平衡仪测量转子不平衡时，都必须将已知质量的“标定块”安装在校正面的某已知半径Rb上进行标定，Rb值在设计平衡盘时可由设计者自行决定，是个已知量。)

在数字校正方法中，当转子存在的不平衡量很大时，例如安装新砂轮或新刀辊，这个时候仅靠“平衡盘”中两个平衡块的调整，将不足以对转子实现充分有效的校正，这种情况称为“平衡块的平衡能力不够”。“数字校正法”提供的算法(参看附图的图5)，可以直接作出平衡能力不够的提示，以提醒操作者采取相应的措施。为了解决平衡能力不够的问题，“数字校正法”中还包括一项补充措施，为便于叙述称为“辅助加重法”。

当转子存在的不平衡量很大时，除了与数字校正方法相同的步骤外，还包括以下不同步骤：

(1)、将U₀、θ₀输入计算机后，当x²+y²＞4时，计算机自动计算并显示出“平衡力不够”的提示；

(2)、停止旋转部件，在平衡盘上半径为Rb的圆周上θ₀+180°附近的螺孔中加装配重，以抵消大部分的不平衡量；

(3)、重新启动旋转部件，从动平衡仪的显示屏上读出旋转部件不平衡量的大小U₀和相位角θ₀；

(4)、将U₀、θ₀输入计算机，计算机计算并显示出两平衡块需要移动到新位置的角度α^{* 1}、α^* ₂数值；

如果对校正效果不够满意，还可重复上述相关的步骤，直达到满意为止。

Claims (5)

1、一种平衡盘，其特征在于该平衡盘包括主盘体，与主盘体同轴固定连接的附盘体：主盘体与附盘体的轴线上有通孔；在主盘体导附盘体的相对面处的外表面到平衡盘内，有截面为梯形的环形槽，该环形槽内装有质量相同的两块平衡块，每一平衡块通过螺钉在环形槽内滑动或固定；在与环形槽相邻的平衡盘的环形表面上有0°～360°的均匀刻度；每一平衡块的表面上有一指向0°～360°的刻度线。

2、根据权利要求1所述的平衡盘，其特征在于平衡盘上有加配重的螺孔。

3、根据权利要求1所述的平衡盘，其特征在于主盘体的外形为圆柱形，主盘体内有大端在底部的圆台形开口孔，其轴线上的通孔周围有圆柱形凸台；附盘体的外形为圆台形，该圆台形位于主盘体的圆台形开口孔内，其上的开口圆孔与主盘体内的圆柱形凸台配合，附盘体的小端端面与主盘体的圆台形孔底相对；主盘体的圆台形开口孔的内表面与附盘体的圆台形外表面构成径向截面为梯形的环形槽，槽中有两块平衡块；在附盘体的表面上有0°～360°刻度。

4、根据权利要求1所述的平衡盘，其特征在于主、附盘体的外形均为半径相同的圆柱体；主盘体右侧表面上有圆柱形凸台，附盘体的轴线上的圆通孔与主盘体的圆柱形凸台配合，使其附盘体的左侧面与主盘体的右侧面接触，并通过螺钉将主、附盘面固定连接；在主、附盘面的外表面接触处有径向截面为等腰梯形的环形槽，槽中有两块平衡块：在与该环形槽相邻的主盘体的柱面上有0°～360°的刻度；在附盘体的右侧面上有万形的圆柱形槽。

5、一种数字校正方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

(1)、在旋转部件的校正面上安装平衡盘；

(2)、将数字校正法的程序输入计算机，并进行调试；

(3)、输入原始数据：Gp、Rp、Gb、Rb、α₁、α₂；

其中：

Gp——平衡块的质量，

Rp——平衡块重心离平衡盘轴心的距离，

Gb——标定块的质量，

Rb——标定块重心离平衡盘轴心的距离，

α₁——校正前某一块平衡块所处的角度，

α₂——校正前另一块平衡块所处的角度；

(4)、开动机器，旋转部件高速转动，用动平衡仪测出旋转部件不平衡量的大小U₀和相位角θ₀：

(5)、计算机计算如下中间变量β₁、β₂、x、y：

     x＝cosα₁+cosα₂-U₀cosθ₀/GpRp，

     y＝sinα₁+sinα₂-U₀sinθ₀/GpRp

     β₁＝tg^-1(y/x)，

${\mathrm{\β}}_2={\cos }^{-1}\left(0.5\sqrt{x^2+y^2}\right),$ β₂取正值，

(6)、计算机进行如下判断：

①如果x≤0，则β₁的值应加上180°；

②如果x²+y²≤4则按照第(7)、(9)、(10)款处理；如果x²+y²＞4，计算机将显示“平衡能力不够”的提示，则按照第(8)款处理。

(7)、计算机计算并显示出两个平衡块要移动到的新位置的角度α₁ ^*、α₂ ^*：

${\mathrm{\α}}_1^{*}={\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2,$

${\mathrm{\α}}_2^{*}={\mathrm{\β}}_1-{\mathrm{\β}}_2,$

(8)、分如下步骤进行：

①停止机器转动，在平衡盘上半径为Rb的圆周上θ₀+180°附近的螺孔中加装配重，以抵消大部分的不平衡量；

②计算机重复第(4)、(5)、(6)各项计算和判断。

(9)机器停止转动，松开每一平衡块上的螺丝，把平衡块分别移动到α₁ ^*、α₂ ^*角度的位置，并对其固定；

(10)、重新启动机器，从动平衡仪的显示屏上观察校正的结果。

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