CN1435682A

CN1435682A - 三点称重式静平衡

Info

Publication number: CN1435682A
Application number: CN 02145944
Authority: CN
Inventors: 贺良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2003-08-13

Abstract

三点称重式静平衡是一种完全不同于现在使用的平衡方法。属于机电一体化领域。原理是将被测工件中心放置在由三组传感器组成的支面内，并和分布在同一圆周上三传感器中心同心。根据理论力学中平面平行力系合成法，利用三个传感器传出电压信号，经放大，模数转换，通过计算机算出工件的偏心量，同时计算出加重或去重的位置及重量。主要用于测量工件的不平衡量。

Description

三点称重式静平衡

具有一定转速的转动件，由于材质不均匀和零件外形误差，使通过转子重心的主惯性轴与旋转轴线不重合。(参看图1)、因此在旋转时转子产生不平衡离心力，其值由下式计算。

C = \frac{G}{g} e {(\frac{πn}{30})}^{2} (kg)

C：离心力e：偏心距h：转速g：重力加速度G：工件重量由上式可看出，当重型或高速转子，由于有很小的偏心距就会产生很大的离心力。从上式又可看出，当零件的重量及转速确定后，偏心距e决定离心力。而偏心距即是转子重心主惯性轴与旋转轴线的距离。因此静平衡的目地就是使旋转轴线与主惯性轴线尽量重合。从图(1)中可看出如在A处去重，或在B处加重，都可以达到平衡的目的。目前在用的方法有两种。(一)重力法(见图2)将穿过零件形心的轴，放置在水平导轨上待其静止后画出A点。此时A点与重心形心在一条直线OA上。延长AO找到B点。如在B点上加重或在A点上去重后。将工件转动，使零件在任一位置不转动则达到了重心与形心的重合。(二)软支撑离心式静平衡(图3)主轴(2)由弹性框架(3)支撑当主轴(2)带动工件转动时工件的不平衡量将产生离心力。从而造成主轴(2)振动。通过传感器产生与振动量成比例的电压信号。由传感器(2)感应出震动的角度。这样就能测出不平衡量值的大小及方向。

以上二种方法目前国内外都广泛使用，但存在使用范围小，速度慢等缺点尤其是对大型工件。

本发明的平衡方法与上述两种方法有本质的不同。以上两种方法在检测时都要求工件转动，而本法检测时工件是静止的，是用计算机算出不平衡量的大小及方向。

三点称重式静平衡

根据理论力学原理，可把工件重力看作地球对其吸引力。

如把工件看作由许多质点组成，则工件重力就是分布在这些质点上的一个力系。这个力系是一个铅垂的平行力系，此力系的合力就是工件的重力。其位置就是物体的重心，

静平衡的目的就是把工件的旋转中心与工件重心重合。由于工件几何中心已定，所以能找到工件的中心位置就可以算出偏心量。从而算出去重(增重)的大小及方向。

若有一旋转体(图4)用三组力传感器支撑，三组传感器分布如图。则三组传感器感应出电压信号，计算机根据三组电压信号即可算出旋转体的重心。计算方法有多种现举两种计算方法为例。

(一)合力法(图4)

设三组传感器A、B、C、对几何中心的坐标为A(X1、Y1、)，B(X2、Y2、)C(X3、Y3)，所受力为P1、P2、P3。对于A、B两点，必有一点D为A、B、合力其大小等于P1+P2位置在A、B两点连线上，D点对A点、B点距离为A、B两点所受力成反比，即

λ = \frac{P_{1}}{P_{2}}

D点坐标为

X 4 = \frac{X_{1} + λ X_{2}}{1 + λ}, Y 4 = \frac{y_{1} + {λy}_{2}}{1 + λ}

求出D点坐标及受力大小后，再用D与C之间找到合力E。方法和求D点一样。E点坐标就是旋转体重心。求出E点坐标后可求OE长，

OE = \sqrt{{(X_{5} - 0)}^{2} + {(y_{5} - 0)}^{2}}

OE就是偏心距。偏心角度＝

延长OE与旋转体指定配重圆上可得到F、G两点，若加重可在G点处配重，减重可在F点钻孔。

(二)翻转力距法(图5)假设直角坐标中心与工件中心重合。三组传感器位置A、B、C如所示，三组传感器受力为P1、P2、P3。对于X轴则存在三个翻转力距OA·P1，BF·P2，CG·P3而BF＝OB·sinφ1，CG＝OC·sinφ2。对于X轴力距平衡条件为OA·P1+BF·P2+CG·P3＝0由于工件不平衡，那么对X轴两侧应加上一附加力距

Δy＝OA·P₁-(BF·P₂+CG·P₃)对于y轴平衡条件为OF·P2+OG·P3＝0，OF＝OB·cosφ1，OG＝OC、cosφ2同理可求出对于Y轴附加力距为

Δx＝OF·P₂-OG·P₃两个附加力距的合力距为OO′其大小为

{OO}^{'} = \sqrt{{(Δy)}^{2} + {(Δx)}^{2}}

其方向为

这样就可求出不平衡量值的大小及方向。延长OO′可在要求指定圆上配重即可达到平衡目的。以上两种平衡方法流程图参看图(6)三种平衡方法优缺点参看表(1)附图说明：图(1)静平衡原理：旋转体围绕旋转轴转动，由于工件不平衡，工件主惯性轴

与旋转轴存在一偏心距e，e就是工件的不平衡量。图(2)传统静平衡法之一，重力静平衡：将穿过工件的心轴放置在两个平衡导

轨上，待其静止后，重心和O点在一条直线上，如果在A处去重或在B

处加重即可使工件平衡。图(3)传统静平衡之二，软支撑静平衡：与工件几何中心同心的轴在转动时，

将产生震动，由两个传感器感应出振动的大小及方向，从而检测出工

件不平衡的大小及方向。图(4)三点承重式静平衡算法之一，合力法：A·B·C为三支撑点座标，P₁、P₂、

P3为三传感器传出的电压。D点为A、B两点合力坐标，重力为P₁+P₃，

E点为工件重心座标，重力为P₁+P₂+P₃，F点为去重位置，G点为加重

位置。图(5)三点称重式静平衡算法之二，翻转力矩法：OA、OB、OC为三点对圆心

力矩，OF与OG是OB，OC对y轴力矩，OA，BF、CG是对X轴的力矩。

ΔX与ΔY为如平衡时应加的附加力矩，O O’为工件重心对形心的偏心

距。图(6)三点称重式静平衡工作流程图：由三个传感器传出的电压信号，经放大

大后进入计算机，通过摸数转换后，计算机算出不平衡值，经打印机打

印出结果。

Claims

利用支撑工件的传感器传出电压信号，经放大及模数转换，将信号输入到计算机，依据理论力学原理，计算出工件的不平衡量及加重或去重的一种方法。

其特征是：1、利用三组传感器支撑被测物体感应电压信号。

2、利用计算机算出不平衡量，及配重大小和方向。