CN1932463A - 高精度平衡测量仪 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量旋转部件不平衡质量的高精度平衡测量仪。它是将磁筒放在比其稍大的磁槽中，两者相对的一面极性相同产生斥力因而使磁筒悬浮，通过套筒联接或绳索的带动使被测部件随磁筒自由滚动，根据重心下垂原理，测出其不平衡质量的分布和大小。从而避免干扰的引入，极大地提高了测量的精度。
Description
技术领域：
本发明是一种用于测量旋转部件的不平衡质量的设备，属于悬浮式高精度平衡测量设备。
技术背景：
旋转物体如果质量不与旋转轴对称平衡，则在旋转中会产生振动。工业生产设备中许多旋转部件如车轮、飞轮、发动机曲轴、电机转子等都需要进行平衡测量。而当前的平衡测量技术，通常采用摆架硬支承测力式结构，虽然可以达到很高精度，但要进一步提高精度，将面临以下问题：滚动球轴承的制造装配误差及磨损会影响精度、摆架刚度限制了力传感器的信号幅值、摆架结构使测量存在盲区、皮带张力和电机转速的波动构成同频或近频干扰等。较为先进的国家自然科学基金资助项目(50275100)；中国工程物理研究院科学技术基金资助项目(20030326)《气浮式高精度双面立式动平衡测量》(作者：陶继忠 殷国富 汪法根)《机械设计JOURNAL OF MACHINE DESIGN》2004 Vol.21 No.9 P.25-27所提出的方案又存在以下问题：1、仍然需要驱动装置，同样会造成干扰。2、精密恒压控制系统、球面内气压场测量与仿真的精度难以保证。3、供气系统耗能大，测量速度慢。因此，目前的技术方案存在技术、设备本身精度低，无法彻底避免干扰的引入，并由于间接测量存在的误差，使测量精度无法进一步提高。
发明内容：
为了克服现有技术、设备本身精度低、引入干扰多、间接测量存在的误差的不足，本发明提供一种高精度平衡测量仪，通过磁悬浮体带动被测部件自由转动，彻底避免干扰的引入，设备本身能进行高精度平衡校正，同时采用直接测量的方法大大降低误差，从而极大提高测量精度。
技术方案：本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由磁场均匀的磁筒和圆弧形磁槽组成，磁体材料为强磁体如稀土强磁体、电磁铁、超导磁体，磁筒放在比其稍大的磁槽中，磁筒外侧极性与磁槽内侧极性相同且相对因而产生互斥作用从而构成悬浮部件。优选的方案是由两组大小相同的磁筒和磁槽组成，两个磁筒由一小口径的轻质支撑圆管连接在一起，其中两个磁筒和轻质支撑圆管的轴心线在同一水平直线上，且与正下方的两个磁槽的轴心线平行，磁筒可在磁槽中无阻力地自由滚动。在其中一个磁筒的外端，连接一个带两根相垂直的指针的指示盘，在同一边的磁槽外端固定一个外侧标有刻度的刻度盘。在轻质支撑圆管上勒有两组较长的轻质高强度环形绳索，用于带动被测部件。在磁筒轴心线的正下方设有一个非接触式标记器如激光标记器。磁体材料为稀土强磁体时，指示盘、磁筒、轻质支撑圆管、轻质高强度环形绳索、被测部件与其他部件无任何接触。被测部件可通过适当口径的套筒直接套接在两个磁筒上，或用两组轻质高强度环形绳索勒起旋转轴的两端，若被测部件中间通孔，则通过适当口径的套筒套接后再由绳索从两端勒起，被测部件在绳索的带动下与磁筒一起自由转动。这时相当于使被测部件悬浮。如果被测部件存在不平衡质量，根据重心下垂原理，当被测部件的旋转静止下来时，不平衡质量就在部件轴心的正下方，通过标记器标记其位置后，再轻轻旋转指示盘90度，则不平衡质量通过绳索的带动也转到了水平位置，测出此时的偏心扭矩即为不平衡质量在重力作用下的偏心扭矩，根据公式：F(力)*S(距离)＝F*S，F＝G，G(重力)＝mg(g为重力加速度)，可算出某一偏心距离S上不平衡质量的大小。经多次测量、去重后，当磁筒可静止在多个不同位置上时，理论上不平衡量为零。卸去被测部件即可进行设备本身平衡校正，方法同上。同时，可方便地在支撑圆管下方安装夹具和切削工具从而构成平衡去重系统。
本发明的有益效果是：测量精度高，一般的实验表明，最小剩余不平衡度达0.5μm(经3到4次测量、去重后理论上不平衡量为零)，测量范围广、类型多(各种复杂形状回旋体如风叶，螺旋浆等)，耗能特别少，测量速度快，无噪音，环保，模块化设计，扩展功能强，结构简单，迁拆方便，生产成本低。
附图说明：
图1为原理图
图2为实施例一的左侧视图
图3为实施例一的经磁筒轴心线的纵剖面构造图
图4为实施例一的右侧视图及磁性挡板(7)形状图
图中，1.磁筒，2.刻度盘，3.指示盘，4.铝合金圆管，5.磁槽，6.方管支柱，7.磁性挡板，8.磁筒底封板，9.钢板式指针，10.标记器导轨，11.激光标记器，12.环形尼龙绳索
具体实施方式：
实施例一，在图3中，两个大小相同的磁场均匀的稀土强磁体磁筒(1)由管壁厚为0.5厘米的铝合金圆管(4)连接在一起，其中两个磁筒(1)和铝合金圆管(4)的轴心线在同一水平直线上，且与正下方的两个半圆形磁槽(5)的轴心线平行，磁筒(1)放在比其稍大的磁槽(5)中，磁筒(1)外侧极性与磁槽(5)内侧极性相同且相对因而产生互斥作用从而构成悬浮部件，磁筒(1)可在磁槽(5)中无阻力地自由滚动。铝合金圆管(4)的一端伸出磁筒底封板(8)并在末端固定一指示盘(3)，同一边的磁槽(5)外端固定一环形刻度盘(2)。如图1所示，指示盘(3)上指针1为画在指示盘上、以圆心为起点的一条直线，且垂直于带刻度的钢板式指针(9)。在磁筒(1)的内端设一环形磁性挡板(7)，用于固定磁筒(1)和铝合金圆管(4)，承受重力。在磁槽(5)内端固定一弧形磁性挡板(7)，与磁筒(1)上的磁性挡板(7)配对，两者相向的一面磁性相同，从而产生斥力，防止悬浮的磁筒(1)左右移动。磁槽(5)分三层，最内层为强磁材料厚2.6厘米，中间层为隔磁钢板厚0.1厘米，最外层为普通钢板厚0.3厘米并与方管支柱(6)焊接在一起，用于承受重量。方管支柱(6)由厚度为0.3厘米的钢板焊合而成。标记器导轨(10)和激光标记器(11)所发出的激光束位于磁筒(1)轴心线正下方，激光器标记器(11)可在标记器导轨(10)上上下移动。环形尼龙绳索(12)的长度、粗细、位置可根据所测物体适当选择，为了防止打滑，还可在铝合金圆管(4)和所测物体的旋转轴上各绕一圈，同时在两个磁筒(1)中间的一段铝合金圆管(4)上打上防滑条纹。
测量步骤：如图1所示，用环形尼龙绳索(12)勒住被测物体两端的旋转轴，如果被测物体轴心位置为孔状，则用适当口径的套筒套接后再勒住套筒两端，被测物体在悬浮的磁筒(1)的带动下自由转动，相当于使被测物体悬浮，根据重心下垂原理，当被测物体转动静止下来时，不平衡质量位于物体旋转轴心的正下方位置A，此时指针1指向刻度A，钢板式指针(9)指示刻度B。移动激光标记器(11)标记后，轻轻拔动指示盘(3)使指针1指向刻度B，则不平衡质量转动到水平位置B，此时的偏心扭矩即为不平衡质量因重力而产生的偏心扭矩，测出指示盘(3)的钢板式指针(9)上，某一偏心距离S上的垂直于钢板式指针(9)的压力F，即为在偏心距离S上不平衡质量产生的重力G，由G＝mg(g为重力加速度)可算出不平衡质量的大小m。
实施例二，将磁筒和磁槽的稀土强磁材料换成电磁铁或超导磁体。其它相同。
Claims (4)
1.一种高精度平衡测量仪，属于一种悬浮式平衡测量仪器，其特征是：由两块磁体的互斥作用使其中之一悬浮，从而带动被测部件自由滚动，根据重心下垂原理，测出其不平衡量的分布和大小。
2.根据权利要求1所述的高精度平衡测量仪，其特征是：由强磁筒体放在比其稍大的圆弧形磁槽中，磁筒和磁槽相对的一面磁极相同，从而产生互斥作用使磁筒悬浮。
3.根据权利要求1所述的高精度平衡测量仪，其特征是：被测部件通过适当口径的套筒套接在磁筒上进行带动，或由勒在磁筒支撑圆管上的轻质高强度环形绳索带动。
4.根据权利要求1所述的高精度平衡测量仪，其特征是：根据自由转动物体重心下垂原理，当被测部件转动静止下来时，不平衡质量位于被测部件旋转轴轴心的正下方，转动90度角度后不平衡质量转动到水平位置，此时的偏心扭矩即为不平衡质量因重力而产生的偏心扭矩，根据公式：F(力)*S(距离)＝F*S，F＝G，G(重力)＝m*g(g为重力加速度)，可算出某一偏心距离S上不平衡质量的大小。
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