CN201780190U - 用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置 - Google Patents

用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置 Download PDF

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CN201780190U CN2010202781239U CN201020278123U CN201780190U CN 201780190 U CN201780190 U CN 201780190U CN 2010202781239 U CN2010202781239 U CN 2010202781239U CN 201020278123 U CN201020278123 U CN 201020278123U CN 201780190 U CN201780190 U CN 201780190U
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何闻
荣左超
沈润杰
贾叔仕
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用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，包括水平动平衡执行单元、竖直动平衡执行单元和控制动平衡执行单元的执行控制器；动平衡执行单元包括固定于转子上的底座，固定在底座上的导轨，与导轨滑动连接的滑块和推动滑块沿导轨往复运动的传动机构，固接在滑块上的动平衡质量块；转子外设有采集由不平衡量引起的转子的周期性振动响应的数据采集装置，数据采集装置与一能获取不同的平衡量引起的振动响应的幅值和相位、并根据幅值和相位计算出转子的原始不平衡量和各滑块的移动方向和移动距离的处理器连接，各执行单元的传动机构受控于执行控制器，处理器使用无线通讯装置和执行控制器通讯。本实用新型具有直接安装于转子上、当转子的质量分布或转速发生改变时能实现自适应动平衡调整，控制准确的优点。

Description

用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于长径比大的转子的三轴向自适应式动平衡执行装置。
技术背景
目前，对转子的动平衡工作大都是在动平衡机上完成的，也有一部分是使用动平衡仪进行现场动平衡来对转子进行动平衡，动平衡的种类主要分为单面动平衡和双面动平衡，在转子的长径比较大时必须进行双面动平衡。使用动平衡机或动平衡仪消除不平衡量时，需要反复的启动和停止，之后在转子的一个面或者两个面上消除或增加一部分质量，实现过程很复杂，所需要的时间也很长，而且只要转子的转速或质量分布发生改变就需要将转子拿到动平衡机上或者使用动平衡仪重新做动平衡。
实用新型内容
为了方便实现动平衡工作，更为了在长径比大的转子的质量分布或转速发生改变时，转子能够实现自适应动平衡，本实用新型提供一种自适应三轴向动平衡装置。
用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，包括固定于的转子的水平方向、分别沿两个轴向调节其动平衡质量块的水平动平衡执行单元和固定于转子的圆柱面、沿竖直方向上下调节其动平衡质量块的竖直动平衡执行单元和控制动平衡执行单元的执行控制器；
所述的动平衡执行单元包括固定于所述的转子上的底座，固定在所述的底座上的导轨，与所述的导轨滑动连接的滑块和推动所述的滑块沿所述的导轨往复运动的传动机构，固接在所述的滑块上的动平衡质量块；
所述的转子外设有采集由不平衡量引起的转子的周期性振动响应的数据采集装置，所述的数据采集装置与一能获取不同的平衡量引起的振动响应的幅值和相位、并根据所述的幅值和相位计算出转子的原始不平衡量和各滑块的移动方向和移动距离的处理器连接，所述的处理器通过无线通讯装置与所述执行控制器通讯。
进一步，所述的转子上表面均匀分布四个水平动平衡执行单元，相对的两个水平动平衡执行单元的导轨共线、滑块的移动方向相反；相邻的两个水平动平衡执行单元的导轨相互垂直；
所述的转子的圆柱表面上均匀分布四个竖直动平衡执行单元，所有的竖直动平衡执行单元的导轨相互平行；
任意一对水平动平衡执行单元必有一对竖直动平衡执行单元与之共面。
进一步，所述的数据采集装置包括设置在所述的转子的旋转驱动机构上、能将旋转驱动机构的转速转换成脉冲序列信号的光电编码器，与所述的光电编码器连接的数据采集卡，与所述的数据采集卡连接、并感应转子是否发生振动并获取振动信号的振动传感器和触发所述的数据采集卡、使其开始采样的触发机构；
将所述的光电编码器输出的脉冲信号作为数据采集卡的外时钟信号，将所述的振动传感器输出的振动信号作为数据采集卡的输入信号，将根据所述的外时钟信号对所述的振动信号进行采样后得到的采样信号作为所述的数据采集卡的输出信号，所述的采样信号输入所述的处理器中。
进一步，所述的振动传感器为电涡流传感器。
进一步，所述的触发机构包括固定于包括固定于所述的机臂上、与水平方向上任一动平衡执行单元的导轨共线的磁钢和与所述的数据采集卡连接的霍尔开关，所述的转子每转一转，所述的霍尔开关与所述的磁钢相遇一次，所述的霍尔开关与所述的磁钢相遇时发出的脉冲触发所述的数据采集卡进行采样。
或者，所述的触发机构开设于转子的圆柱面上的一凹槽，所述的凹槽与所述的下振动传感器对应。
进一步，所述的处理器包括当转子低速转动时、分别获取并记录上、下振动传感器感应的转子的加工误差误差曲线的系统误差记录模块，当转子正常工作时、分别获取并记录上、下振动传感器感应的由转子产生的第一振动信号的第一缓存模块，使水平动平衡执行单元的滑块发生移动、并记录滑块移动方向和距离的执行模块，分别获取并记录水平滑块移动后、上、下振动传感器感应的由转子产生的第二振动信号的第二缓存模块，使竖直动平衡执行单元的滑块发生移动、并记录滑块移动方向和距离的执行模块，分别获取并记录竖直滑块移动后、上、下振动传感器感应的由转子产生的第三振动信号的第三缓存模块，分别将第一、第二、第三振动信号中的加工误差去除、并滤除振动信号的噪声、获取振动信号的幅值和相位的去误差模块，根据第一、第二、第三振动信号的幅值和相位及滑块的质量和移动距离、用影响系数法计算得到转子的上表面和圆柱上的原始不平衡量、并将所述的不平衡量转换为各执行机构的滑块所需移动的方向和距离的计算模块，所述的计算模块获得的滑块所需移动的方向和距离输入所述的执行模块。
进一步，所述的传动机构包括步进电机和丝杠机构，丝杠与所述的电机的输出轴连接，丝杆螺母与所述的质量块固接；所述的丝杠的两侧分别上设有限制滑块移动范围的限位开关，所述的丝杠的两端分别通过支承座与底座连接，所述的支承座与所述的丝杆之间设有轴承，所述的支承座固定于所述的底座；所述的步进电机受控于所述的执行控制器。
进一步，所述的旋转驱动机构包括与带动所述的转子旋转的齿轮机构，大齿轮与所述的转子同轴设置，小齿轮与所述的大齿轮啮合传动，所述的光电编码器安装于所述的小齿轮的转轴上。
进一步，所述的处理器通过无线通讯装置与所述的执行控制器通讯，无线通讯装置使用RS232与所述的处理器通讯。
本实用新型的技术构思是：通过在转子上安装动平衡执行单元，通过分析转子的由不平衡量引起的振动响应来获取动平衡执行单元的调整参数，使转子达到动平衡。当转子的转速和质量分布发生变化时，转子的振动响应也相应的发生变化，处理器将重新分析、计算振动响应，重新移动动平衡执行机构的滑块，使转子重新达到动平衡。在转子的上表面安装四个动平衡执行单元用来消除转子的力不平衡，在转子的圆柱面安装四个动平衡执行单元用来消除转子的力偶不平衡。
本实用新型使用霍尔开关作为动平衡测量的相位基准和数据采集卡开始采集数据的触发信号。转子转动时，霍尔开关平时输出的是高电平，在和磁钢相遇时将输出低电平，所以转子每转一转，霍尔开关输出一个脉冲，这个脉冲输入给采集卡，其上升沿作为数据采集卡开始采集数据的基准信号。
也可以通过在转子的圆周面上开设与下振动传感器对应的凹槽来做出数据采集卡的触发机构。当下振动传感器遇到凹槽时，传感器的输出信号发生突变，这个突变的信号即作为触发所述的数据采集卡进行采样的触发信号。
驱动机构动作时，驱动电机的动力经小齿轮，大齿轮传递至转子，从而使转子转动；联接在小齿轮转轴上的光电编码器将小齿轮转轴的转速转换为脉冲序列输出，这个脉冲序列输入给数据采集卡，作为数据采集卡采样的外时钟信号，保证转子不论转速大小，转子每转一转，数据采集卡整周期采样                                                
Figure 166424DEST_PATH_IMAGE001
个点，而且采样点的位置固定；在有不平衡量的情况下，转子会有周期性振动，电涡流传感器安装在转子的外侧，依靠检测其和转子的间隙变化量来测量出转子的对不平衡量的振动响应；电涡流传感器的输出信号输入给数据采集卡，作为数据采集卡的输入信号；数据采集卡接收到基准信号脉冲后启动，进入准备采样的状态，之后每接收到一个外时钟信号脉冲采集一次输入信号，采集完
Figure 145881DEST_PATH_IMAGE001
个点后通过USB总线将数据传输给计算机，完成一次数据采集过程。
由于的转子直径较大，加工完成后的圆度不可能很好，转子在旋转时，转子的加工误差曲线和不平衡量的振动响应曲线同频率且相位也固定，所以在投入使用前，应当将转子的加工误差曲线测量出来并将其作为系统的固有参数记录下来；得到转子加工误差曲线的方法是：是转子在极低的转速下转
Figure 2010202781239100002DEST_PATH_IMAGE002
转，使不平衡量引起的振动的大小几乎为0，系统经过上文所述的数据采集过程后，数据采集卡将采集到转子的加工误差曲线，并传输给处理器。在计算转子的不平衡量时，先将振动信号中的加工误差去除，提高控制的准确性。
本实用新型具有直接安装于转子上、当转子的质量分布或转速发生改变时能实现自适应动平衡调整，控制准确的优点。
附图说明
图1为本实用新型的示意图。
图2为第一种实施方式的示意图。
图3为第二种实施方式的示意图。
图4为动平衡执行单元的剖视图。
图5为本实用新型的控制流程图。
具体实施方式
实施例一
参照附图1、2、4、5，进一步说明本实用新型：
用于实现上述执行方法的动平衡执行装置，包括固定于的转子1的水平方向、分别沿两个轴向调节其动平衡质量块的水平动平衡执行单元2-1和固定于转子的圆柱面、沿竖直方向上下调节其动平衡质量块的竖直动平衡执行单元2-2和控制动平衡执行单元的执行控制器7；
所述的动平衡执行单元包括固定于所述的转子1上的底座21，固定在所述的底座21上的导轨22，与所述的导轨22滑动连接的滑块23和推动所述的滑块23沿所述的导轨22往复运动的传动机构，所述的动平衡质量块24固接与所述的滑块23上，对于水平方向上的四个动平衡执行单元2-1，相对的两个动平衡执行单元2-1的导轨22共线、滑块23的移动方向相反，相邻的两个动平衡执行单元2-1的导轨22相互垂直；对于竖直方向的四个动平衡执行单元2-2，动平衡执行单元2-2的导轨22相互平行、滑块23的移动相同；动平衡执行单元2-1、2-2受控于执行控制器7。
所述的转子1外设有采集由不平衡量引起的转子1的周期性振动响应的采集装置，所述的采集装置与一能获取不同的平衡量引起的振动响应的幅值和相位、并根据所述的幅值和相位计算出转子的原始不平衡量和各滑块的移动方向和移动距离的处理器3连接，所述的处理器3通过无线通讯装置6与所述的执行控制器7通讯。
所述的转子1上均匀分布四个水平动平衡执行单元2-1，相对的两个水平动平衡执行单元2-1的导轨22共线、滑块23的移动方向相反；相邻的两个水平动平衡执行单元2-1的导轨22相互垂直；
所述的转子1的圆柱表面上均匀分布四个竖直动平衡执行单元2-2，所有的竖直动平衡执行单元2-2的导轨22相互平行；
任意一对水平动平衡执行单元2-1必有一对竖直动平衡执行单元2-2与之共面。
所述的采集装置包括设置在所述的转子1的旋转驱动机构上、能将旋转驱动机构的转速转换成脉冲序列信号的光电编码器41，与所述的光电编码器41连接的数据采集卡42，与所述的数据采集卡42连接、并感应转子1是否发生振动并获取振动信号的振动传感器43和触发所述的数据采集卡42、使其开始采样的触发机构；
将所述的光电编码器41输出的脉冲信号作为数据采集卡42的外时钟信号，将所述的振动传感器43输出的振动信号作为数据采集卡42的输入信号，将根据所述的外时钟信号对所述的振动信号进行采样后得到的采样信号作为所述的数据采集卡42的输出信号，所述的采样信号输入所述的处理器3中。
所述的振动传感器43为电涡流传感器。
所述的触发机构包括固定于所述的转子上的磁钢441和与所述的数据采集卡42连接的霍尔开关442，所述的转子1每转一转，所述的霍尔开关442与所述的磁钢441相遇一次，所述的霍尔开关442与所述的磁钢441相遇时发出的脉冲触发所述的数据采集卡42。
所述的处理器3包括当机臂低速转动时、获取并记录机臂的加工误差曲线的系统误差记录模块，当转子1正常工作时、分别获取并记录上、下振动传感器43感应的由转子1产生的第一振动信号的第一缓存模块，使水平动平衡执行单元2-1的滑块发生移动、并记录滑块移动方向和距离的执行模块，分别获取并记录滑块23移动后、上、下振动传感器43感应的由转子1产生的第二振动信号的第二缓存模块，使竖直动平衡执行单元2-2的滑块发生移动、并记录滑块移动方向和距离的执行模块，分别获取并记录滑块23移动后、上、下振动传感器感应的由转子1产生的第三振动信号的第三缓存模块；分别将第一、第二、第三振动信号中对应的加工误差去除、并滤除干扰噪声信号、获取振动信号的幅值和相位的去误差模块，根据第一、第二、第三振动信号的幅值和相位及滑块的质量和移动距离、用影响系数法计算得到转子的不平衡量、并将所述的不平衡量转换为各执行机构的滑块23所需移动的方向和距离的计算模块。
所述的传动机构包括步进电机251和丝杠机构，丝杠252与所述的电机251的输出轴连接，丝杆螺母253与所述的质量块24固接；所述的丝杠252的两侧分别上设有限制滑块移动范围的限位开关254，所述的丝杠的两端分别通过支承座255与底座21连接，所述的支承座255与所述的丝杆254之间设有轴承256，所述的支承座255固定于所述的底座21；所述的步进电机251受控于所述的执行控制器7。
所述的旋转驱动机构包括与带动所述的转子1旋转的齿轮机构，大齿轮51与所述的转子1同轴设置，小齿轮52与所述的大齿轮51啮合传动，所述的光电编码器41安装于所述的小齿轮52的转轴53上。
所述的处理器3通过无线通讯装置6与所述的执行控制器7通讯，无线通讯装置6使用RS232与所述的处理器3通讯。
处理器的执行步骤如下：
（1）、将驱动转子旋转的驱动机构的当前转速转换成脉冲序列信号，保证转子每转一转，不论转子转速高低，脉冲序列中的脉冲数一样，实时记录所述的脉冲序列信号；
（2）、在转子上设定一个标记，使得转子每转一转，标记发出一个脉冲信号，且标记的位置在一个滑块移动方向上；并规定以转子的回转中心为原点，所述的标记和所述的原点的连线为
Figure 987935DEST_PATH_IMAGE003
轴，从所述的原点到所述的标记处的方向为
Figure 2010202781239100002DEST_PATH_IMAGE004
向，并按照右手定则找到
Figure 507778DEST_PATH_IMAGE005
轴和
Figure DEST_PATH_IMAGE006
向、
Figure 464363DEST_PATH_IMAGE007
轴和
Figure DEST_PATH_IMAGE008
向，现规定
Figure 473776DEST_PATH_IMAGE003
轴和轴决定的那个面为上校正面，
Figure 64343DEST_PATH_IMAGE003
轴和
Figure 795539DEST_PATH_IMAGE007
轴决定的那个面为面，
Figure 605549DEST_PATH_IMAGE005
轴和
Figure 404877DEST_PATH_IMAGE007
轴决定的那个面为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
面，
Figure 52896DEST_PATH_IMAGE009
面和面组成圆柱校正面；在转子外面，在靠近转子上表面的位置安装上振动传感器，在靠近转子下表面的位置安装下振动传感器，上振动传感器所在的面为上测试面，下振动传感器所在的面为下测试面；
（3）、转子在投入使用前，需要获取转子的加工误差曲线，并将所述的加工误差曲线作为系统误差保存下来；使机臂在极低的转速下转转，使不平衡量引起的振动的大小几乎为0，以当前脉冲序列信号作为数据采集卡的外时钟信号，以标记发出的脉冲信号作为数据采集卡的触发信号，对所述的机臂加工误差曲线进行整周期采样，采样机臂转动的转数为
Figure 124124DEST_PATH_IMAGE002
，机臂每转一转，数据采集卡整周期采样
Figure 829911DEST_PATH_IMAGE011
个点，上、下振动传感器分别测得的转子的加工误差曲线：第一加工误差曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（
Figure 295571DEST_PATH_IMAGE013
）、第二加工误差曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（
Figure 149126DEST_PATH_IMAGE013
），记录所述的第一、第二加工误差曲线；
（4）、使转子处于正常工作状态，获取转子的不平衡量引起的第一振动信号，以当前脉冲序列信号作为数据采集卡的外时钟信号，以标记发出的脉冲作为数据采集卡的触发信号，对所述的第一振动信号采样，采样机臂转动的转数及每转的采样点数和步骤（3）中一样，分别为
Figure 227941DEST_PATH_IMAGE002
和，上、下振动传感器分别获得第一振动响应曲线
Figure 622199DEST_PATH_IMAGE015
、（
Figure 697471DEST_PATH_IMAGE013
）；去除第一振动响应曲线中对应的加工误差
Figure 642293DEST_PATH_IMAGE017
、（
Figure 57094DEST_PATH_IMAGE013
），
利用自动跟踪相关滤波法消除干扰信号、并获取第一振动响应曲线的幅值和相位分别为：
Figure 61959DEST_PATH_IMAGE019
Figure DEST_PATH_IMAGE020
Figure 624528DEST_PATH_IMAGE021
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（5）、分别移动上校正面内的
Figure 169779DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 642348DEST_PATH_IMAGE005
轴向上的动平衡执行单元的滑块，并记录两个轴向上滑块移动的位移量分别为、（轴向的两个滑块移动距离等效，使用时只需移动其中的任意一个即可，
Figure 210241DEST_PATH_IMAGE005
轴向的两个滑块移动距离也等效，使用时只需移动其中的任意一个即可），其中如果位移量为正表示向正方向移动，为负表示向负方向移动；
上、下振动传感器分别获取转子当前的不平衡量引起的第二振动信号，以当前脉冲序列信号作为数据采集卡的外时钟信号，以标记发出的脉冲作为数据采集卡的触发信号对所述的第二振动信号采样，采样机臂转动的转数及每转的采样点数和步骤（3）中一样，分别为
Figure 556909DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 969436DEST_PATH_IMAGE011
，上、下振动传感器分别获得第二振动响应曲线
Figure 59752DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure DEST_PATH_IMAGE024
（）；去除第二振动响应曲线中的加工误差
Figure 617958DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure DEST_PATH_IMAGE026
（
Figure 642415DEST_PATH_IMAGE013
），利用自动跟踪相关滤波法消除干扰信号、并获取第二振动响应曲线的幅值和相位：
Figure 270842DEST_PATH_IMAGE027
Figure DEST_PATH_IMAGE028
Figure 697144DEST_PATH_IMAGE029
Figure DEST_PATH_IMAGE030
（6）、移动上校正面内的、
Figure 631788DEST_PATH_IMAGE005
轴向的动平衡执行单元的滑块，使两个轴向上滑块回到初始位置，之后移动圆柱校正面内的动平衡执行单元的滑块，使
Figure 63906DEST_PATH_IMAGE009
面上的动平衡执行单元的滑块分别移动位移
Figure 22678DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，使
Figure 944367DEST_PATH_IMAGE010
面上的动平衡执行单元的滑块分别移动位移
Figure 553203DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，其中如果位移量正值表示向正方向移动，负值表示向负方向移动，保持试验转速不变，上、下振动传感器分别获取转子当前的不平衡量引起的第三振动信号，以当前脉冲序列信号作为数据采集卡的外时钟信号，以标记发出的脉冲作为数据采集卡的触发信号对所述的第三振动信号采样，采样机臂转动的转数及每转的采样点数和步骤（3）中一样，分别为
Figure 851329DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 924327DEST_PATH_IMAGE011
，并对第三振动信号进行采样获得第三振动响应曲线
Figure 954600DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure DEST_PATH_IMAGE036
（
Figure 113049DEST_PATH_IMAGE013
）；去除第三振动响应曲线中的加工误差
Figure 886970DEST_PATH_IMAGE037
、（
Figure 876791DEST_PATH_IMAGE013
），利用自动跟踪相关滤波消除干扰信号、并获取第三振动响应曲线的幅值和相位：
Figure 77966DEST_PATH_IMAGE039
Figure DEST_PATH_IMAGE040
Figure 723711DEST_PATH_IMAGE041
Figure DEST_PATH_IMAGE042
（7）使圆柱校正面内的四个竖直动平衡执行单元的滑块移动到初始位置；
（8）、根据步骤（4）、步骤（5）和步骤（6）得出的第一、第二、第三振动响应曲线的幅值和相位，以及各滑块的移动方向和位移量，使用影响系数法计算出转子的上校正和圆柱校正面上的原始不平衡量：
Figure 98060DEST_PATH_IMAGE043
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 225546DEST_PATH_IMAGE045
，，，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 33336DEST_PATH_IMAGE051
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为竖直方向动平衡执行单元滑块的回转半径，m为移动部分质量，移动部分包括滑块、丝杆螺母、动平衡质量块和联接用的螺栓螺母；
设初始不平衡量
Figure 997750DEST_PATH_IMAGE053
在
Figure 540727DEST_PATH_IMAGE003
轴和
Figure 833168DEST_PATH_IMAGE005
轴上的分量分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 814899DEST_PATH_IMAGE055
，初始不平衡量
Figure DEST_PATH_IMAGE056
在
Figure 633820DEST_PATH_IMAGE009
平面和
Figure 347698DEST_PATH_IMAGE010
平面内的分量分别为
Figure 393014DEST_PATH_IMAGE057
、
Figure DEST_PATH_IMAGE058
：
Figure 918717DEST_PATH_IMAGE059
则
Figure 529827DEST_PATH_IMAGE003
方向和
Figure 680185DEST_PATH_IMAGE005
方向上的滑块需要移动的距离分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 9535DEST_PATH_IMAGE061
，且
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 333069DEST_PATH_IMAGE063
Figure 798686DEST_PATH_IMAGE009
平面和
Figure 119946DEST_PATH_IMAGE010
平面内的四个滑块需要移动的距离分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 998909DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure DEST_PATH_IMAGE066
、，且
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，
其中为竖直方向动平衡执行单元滑块的回转半径，m为移动部分质量，移动部分包括滑块、丝杆螺母、动平衡质量块和联接用的螺栓螺母；计算结果为正值时表示向相应坐标轴的正方向移动，为负值时表示向相应坐标轴的负方向移动；
（9）、使各动平衡执行机构的滑块移动至要求的位置；获取当前的振动响应，判断当前振动是否处于振动允许范围内，若是，则保持各滑块的位置；若否，则返回步骤（4）。
步骤（9）中，在移动滑块前，先判断滑块是否会被移动到导轨之外：若是，则发出报警，并提示无法完成动平衡；若否，则移动滑块。
本实用新型的技术构思是：通过在转子上安装动平衡执行单元2-1,2-2，通过分析转子1的由不平衡量引起的振动响应来获取动平衡执行单元的调整参数，使转子1达到动平衡。当转子1的转速和质量分布发生变化时，转子1的振动响应也相应的发生变化，处理器3将重新分析、计算振动响应，重新移动动平衡执行机构的滑块23，使转子1重新达到动平衡。安装在转子的上表面安装四个水平动平衡执行单元2-1用来消除转子的力不平衡，安装在转子的圆柱面安装四个竖直动平衡执行单元2-2用来消除转子的力偶不平衡。
本实用新型使用霍尔开关作为动平衡测量的相位基准和数据采集卡开始采集数据的触发信号。转子转动时，霍尔开关平时输出的是高电平，在和磁钢相遇时将输出低电平，所以转子每转一转，霍尔开关输出一个脉冲，这个脉冲输入给采集卡，其上升沿作为数据采集卡开始采集数据的基准信号；驱动机构动作时，驱动电机的动力经小齿轮，大齿轮传递至机臂，从而使机臂转动；联接在小齿轮转轴上的光电编码器将小齿轮转轴的转速转换为脉冲序列输出，这个脉冲序列输入给数据采集卡，作为数据采集卡采样的外时钟信号，保证转子不论转速大小，转子每转一转，数据采集卡整周期采样
Figure 976781DEST_PATH_IMAGE011
个点，而且采样点的位置固定。在有不平衡量的情况下，转子会有周期性振动，上、下电涡流传感器安装在转子的外侧，依靠检测其和转子的间隙变化量来测量出转子的对不平衡量的振动响应；上、下电涡流传感器的输出信号输入给数据采集卡，作为数据采集卡的输入信号；数据采集卡接收到基准信号脉冲后启动，进入准备采样的状态，之后每接收到一个外时钟信号脉冲采集一次输入信号，采集完
Figure 579801DEST_PATH_IMAGE001
个点后通过USB总线将数据传输给计算机，完成一次数据采集过程。
由于的转子直径较大，加工完成后的圆度不可能很好，转子在旋转时，转子的加工误差曲线和不平衡量的振动响应曲线同频率、同相位，所以在投入使用前，应当将转子的加工误差曲线测量出来并将其作为系统的固有参数记录下来；得到转子加工误差曲线的方法是：是转子在极低的转速下转
Figure 279729DEST_PATH_IMAGE002
转，使不平衡量的大小几乎为0，系统经过上文所述的数据采集过程后，采集卡将采集到转子的加工误差曲线，并传输给处理器。在计算转子的不平衡量时，先将振动信号中的加工误差去除，提高控制的准确性。
在转子上设定一个标记，使得转子每转一转，标记发出一个脉冲信号，且标记的位置在一个滑块移动方向上；并规定以转子的回转中心为原点，所述的标记和所述的原点的连线为
Figure 677212DEST_PATH_IMAGE003
轴，从所述的原点到所述的标记处的方向为
Figure 406134DEST_PATH_IMAGE004
向，并按照右手定则找到轴和
Figure 107560DEST_PATH_IMAGE006
向、
Figure 675944DEST_PATH_IMAGE007
轴和
Figure 954479DEST_PATH_IMAGE008
向，现规定
Figure 899301DEST_PATH_IMAGE003
轴和
Figure 314102DEST_PATH_IMAGE005
轴决定的那个面为上校正面，
Figure 256650DEST_PATH_IMAGE003
轴和
Figure 756902DEST_PATH_IMAGE007
轴决定的那个面为
Figure 239836DEST_PATH_IMAGE009
面，
Figure 774722DEST_PATH_IMAGE005
轴和
Figure 684909DEST_PATH_IMAGE007
轴决定的那个面为面，
Figure 896765DEST_PATH_IMAGE009
面和面组成圆柱校正面；在转子外面，在靠近转子上表面的位置安装上振动传感器，在靠近转子下表面的位置安装下振动传感器，上振动传感器所在的面为上测试面，下振动传感器所在的面为下测试面；数据采集卡每次都采集转臂的
Figure 632825DEST_PATH_IMAGE002
个整转的信号，上、下测试面上转子加工误差曲线分别为
Figure 107669DEST_PATH_IMAGE012
、（
Figure 182165DEST_PATH_IMAGE013
），上、下测试面上测得第一振动信号分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 699734DEST_PATH_IMAGE016
（
Figure 661873DEST_PATH_IMAGE013
），上、下测试面上第二振动信号分别为
Figure 290301DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 388707DEST_PATH_IMAGE071
（
Figure 77177DEST_PATH_IMAGE013
），上、下测试面上第三振动信号分别为
Figure 526613DEST_PATH_IMAGE035
、（
Figure 693152DEST_PATH_IMAGE013
），移动部分的质量均为
Figure 911644DEST_PATH_IMAGE073
，移动部分包括动平衡质量块、丝杆螺母、滑块以及用于联接的螺栓螺母。
（1）消除加工误差，得到由于不平衡量引起的振动信号：
Figure 771016DEST_PATH_IMAGE017
（
Figure 442168DEST_PATH_IMAGE013
）
（
Figure 688659DEST_PATH_IMAGE013
）
Figure 718932DEST_PATH_IMAGE025
（
Figure 877381DEST_PATH_IMAGE013
）
Figure 385722DEST_PATH_IMAGE026
（
Figure 596384DEST_PATH_IMAGE013
）
Figure 797559DEST_PATH_IMAGE037
（
Figure 443304DEST_PATH_IMAGE013
）
Figure 755336DEST_PATH_IMAGE038
（
Figure 740610DEST_PATH_IMAGE013
）
（2）使用自动跟踪相关滤波法消除干扰信号并得到转子的第一振动信号的振动幅值和相位：
设上测试面上第一振动响应信号的表达式为
Figure DEST_PATH_IMAGE074
、下测试面上第一振动信号的表达式为
Figure 237319DEST_PATH_IMAGE075
（
Figure 370360DEST_PATH_IMAGE013
），其中
Figure DEST_PATH_IMAGE076
、
Figure 548401DEST_PATH_IMAGE077
为不平衡信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
、
Figure 512814DEST_PATH_IMAGE079
为干扰噪声；
设
Figure DEST_PATH_IMAGE080
，
Figure 118108DEST_PATH_IMAGE081
（）
Figure DEST_PATH_IMAGE082
Figure 392281DEST_PATH_IMAGE083
对
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 217060DEST_PATH_IMAGE085
从求和：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
Figure 38572DEST_PATH_IMAGE087
对，其中
Figure 558415DEST_PATH_IMAGE089
，在采样周期足够多的情况下：
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure 231842DEST_PATH_IMAGE091
对，其中
Figure 382200DEST_PATH_IMAGE093
，在采样周期足够多的情况下：
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，
Figure 773867DEST_PATH_IMAGE095
所以，
Figure 831822DEST_PATH_IMAGE097
所以
Figure DEST_PATH_IMAGE098
， 
Figure 563018DEST_PATH_IMAGE099
所以上测试面第一振动信号的振动的幅值和相位分别为：
Figure 884277DEST_PATH_IMAGE019
Figure 435345DEST_PATH_IMAGE020
同样地，使用上文所述的自动跟踪相关滤波消除干扰信号并得到转子的下测试面上第一振动响应信号的振动幅值和相位分别为：
Figure 17778DEST_PATH_IMAGE022
同样地，使用上文所述的自动跟踪相关滤波消除干扰信号并得到转子的上、下测试面上的第二、第三振动响应信号的振动幅值和相位分别为：
Figure 244360DEST_PATH_IMAGE027
Figure 548303DEST_PATH_IMAGE028
Figure 151322DEST_PATH_IMAGE029
Figure 591531DEST_PATH_IMAGE030
Figure 192277DEST_PATH_IMAGE039
Figure 717936DEST_PATH_IMAGE040
Figure 124646DEST_PATH_IMAGE041
Figure 684941DEST_PATH_IMAGE042
（3）使用影响系数法计算转子的不平衡量：
可以将上、下测试面的第一、第二、第三振动信号写成向量形式：
Figure 253325DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 531860DEST_PATH_IMAGE045
Figure 414365DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 829166DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 68703DEST_PATH_IMAGE049
设初始时转子上校正面和圆柱校正面上的不平衡量分别为
Figure 817217DEST_PATH_IMAGE053
、
Figure DEST_PATH_IMAGE100
，对应的上、下测试面的振动响应信号分别为第一振动响应信号
Figure 148841DEST_PATH_IMAGE101
、
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，若上校正面和圆柱校正面上的不平衡量对上、下测试面的影响系数分别是
Figure 330467DEST_PATH_IMAGE103
、
Figure DEST_PATH_IMAGE104
、
Figure 380331DEST_PATH_IMAGE105
、，则
Figure 729273DEST_PATH_IMAGE107
                  （1）
上校正面上
Figure DEST_PATH_IMAGE108
轴向、
Figure 180983DEST_PATH_IMAGE005
轴向动平衡执行单元的滑块移动位移（其中
Figure 736915DEST_PATH_IMAGE003
为
Figure 764914DEST_PATH_IMAGE003
轴向的移动距离，
Figure 8813DEST_PATH_IMAGE005
为轴向的移动距离，设定正值表示向正方向移动，负值表示向负方向移动），则在由于上校正面上的滑块移动产生力不平衡量的为
Figure 488522DEST_PATH_IMAGE050
，保持试验转速不变，则此时上、下测试面的振动响应信号为第二振动信号：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
                     (2)
使上校正面上的
Figure 179266DEST_PATH_IMAGE108
轴向、
Figure 215356DEST_PATH_IMAGE005
轴向动平衡执行单元的滑块移动到初始位置，并使面上的动平衡执行单元的滑块分别移动位移
Figure 87683DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 537379DEST_PATH_IMAGE032
，并使
Figure 755871DEST_PATH_IMAGE010
面上的动平衡执行单元的滑块分别移动位移
Figure 615242DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 286395DEST_PATH_IMAGE034
（设定正值表示向正方向移动，负值表示向负方向移动），则在由于圆柱校正面上的滑块移动产生力偶不平衡量的为
Figure 256625DEST_PATH_IMAGE051
，其中
Figure 329623DEST_PATH_IMAGE052
为竖直方向动平衡执行单元滑块的回转半径，m为移动部分质量，移动部分包括滑块、丝杆螺母、动平衡质量块和联接用的螺栓螺母，保持试验转速不变，则此时上、下测试面的振动响应信号为第三振动信号：
Figure 359896DEST_PATH_IMAGE111
                   (3)
由(1)和(2)可得
                     (4)
由(1)和(3)可得
Figure 518345DEST_PATH_IMAGE113
                     (5)
将(5)代入(1)可得原始不平衡量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE114
                   (6)
将(4)和(5)代入(6)可得：
Figure 354583DEST_PATH_IMAGE043
       (7)
（4）使圆柱校正面内的四个动平衡执行单元的滑块移动到初始位置;
（5）计算三轴向动平衡执行单元的滑块的移动距离和方向;
设初始不平衡量
Figure 547667DEST_PATH_IMAGE053
在轴和
Figure 66690DEST_PATH_IMAGE005
轴上的分量分别为
Figure 644302DEST_PATH_IMAGE054
、，初始不平衡量
Figure 63968DEST_PATH_IMAGE056
在
Figure 931430DEST_PATH_IMAGE009
平面和
Figure 53013DEST_PATH_IMAGE010
平面内的分量分别为
Figure 892793DEST_PATH_IMAGE057
、
Figure 435769DEST_PATH_IMAGE058
，则初始不平衡量向量可以转化为复数形式：
Figure 56107DEST_PATH_IMAGE059
则
Figure 709942DEST_PATH_IMAGE003
方向和方向上的滑块需要移动的距离分别为
Figure 446003DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure 225740DEST_PATH_IMAGE061
，且
，
Figure 559955DEST_PATH_IMAGE063
平面和
Figure 774085DEST_PATH_IMAGE010
平面内的四个滑块需要移动的距离分别为、
Figure 704180DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 822178DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 576507DEST_PATH_IMAGE067
，且
Figure 641415DEST_PATH_IMAGE068
，
其中
Figure 453699DEST_PATH_IMAGE052
为竖直方向动平衡执行单元滑块的回转半径；计算结果为正值时表示向相应坐标轴的正方向移动，为负值时表示向相应坐标轴的负方向移动。
实施例二
参照图2、3、4、5
本实施例与实施例二的区别之处在于：所述的触发机构开设于转子的圆柱面上的凹槽，所述的凹槽与所述的下振动传感器对应。
本实施例的技术构思是：通过在转子的圆周面上开设与振动传感器对应的凹槽来做出数据采集卡的触发机构。当振动传感器遇到凹槽时，传感器的输出信号发生突变，这个突变的信号即作为触发所述的数据采集卡进行采样的触发信号。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。 

Claims (10)

1.用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：包括固定于的转子的水平方向、分别沿两个轴向调节其动平衡质量块的水平动平衡执行单元和固定于转子的圆柱面、沿竖直方向上下调节其动平衡质量块的竖直动平衡执行单元和控制动平衡执行单元的执行控制器，各执行单元受控于所述的执行控制器；
所述的动平衡执行单元包括固定于所述的转子上的底座，固定在所述的底座上的导轨，与所述的导轨滑动连接的滑块和推动所述的滑块沿所述的导轨往复运动的传动机构，固接在所述的滑块上的动平衡质量块；
所述的转子外设有采集由不平衡量引起的转子的周期性振动响应的数据采集装置，所述的数据采集装置与一能获取不同的平衡量引起的振动响应的幅值和相位、并根据所述的幅值和相位计算出转子的原始不平衡量和各滑块的移动方向和移动距离的处理器连接。
2.如权利要求1所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的转子上均匀分布四个水平动平衡执行单元，相对的两个水平动平衡执行单元的导轨共线、滑块的移动方向相反；相邻的两个水平动平衡执行单元的导轨相互垂直；
所述的转子的圆柱表面上均匀分布四个竖直动平衡执行单元，所有的竖直动平衡执行单元的导轨相互平行；
任意一对水平动平衡执行单元必有一对竖直动平衡执行单元与之共面。
3.如权利要求2所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的数据采集装置包括设置在所述的转子的旋转驱动机构上、能将旋转驱动机构的转速转换成脉冲序列信号的光电编码器，与所述的光电编码器连接的数据采集卡，与所述的数据采集卡连接、并感应转子是否发生振动并获取振动信号的振动传感器和触发所述的数据采集卡、使其开始采样的触发机构；
将所述的光电编码器输出的脉冲信号作为数据采集卡的外时钟信号，将所述的振动传感器输出的振动信号作为数据采集卡的输入信号，将根据所述的外时钟信号对所述的振动信号进行采样后得到的采样信号作为所述的数据采集卡的输出信号，所述的采样信号输入所述的处理器中。
4.如权利要求3所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的振动传感器为电涡流传感器。
5.如权利要求4所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的触发机构包括固定于所述的转子上的磁钢和与所述的数据采集卡连接的霍尔开关，所述的转子每转一转，所述的霍尔开关与所述的磁钢相遇一次，所述的霍尔开关与所述的磁钢相遇时发出的脉冲触发所述的数据采集卡进行采样。
6.如权利要求4所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的触发机构开设于转子的圆柱面上的一凹槽，所述的凹槽与所述的下振动传感器对应。
7.如权利要5或6所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的处理器包括当转子低速转动时、分别获取并记录上、下振动传感器感应的转子的加工误差误差曲线的系统误差记录模块，当转子正常工作时、分别获取并记录上、下振动传感器感应的由转子产生的第一振动信号的第一缓存模块，使水平动平衡执行单元的滑块发生移动、并记录滑块移动方向和距离的执行模块，分别获取并记录水平滑块移动后、上、下振动传感器感应的由转子产生的第二振动信号的第二缓存模块，使竖直动平衡执行单元的滑块发生移动、并记录滑块移动方向和距离的执行模块，分别获取并记录竖直滑块移动后、上、下振动传感器感应的由转子产生的第三振动信号的第三缓存模块，分别将第一、第二、第三振动信号中的加工误差去除、并滤除振动信号的噪声、获取振动信号的幅值和相位的去误差模块，根据第一、第二、第三振动信号的幅值和相位及滑块的质量和移动距离、用影响系数法计算得到转子的上表面和圆柱上的原始不平衡量、并将所述的不平衡量转换为各执行机构的滑块所需移动的方向和距离的计算模块。
8.如权利要求7所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的传动机构包括步进电机和丝杠机构，丝杠与所述的电机的输出轴连接，丝杆螺母与所述的质量块固接；所述的丝杠的两侧分别上设有限制滑块移动范围的限位开关，所述的丝杠的两端分别通过支承座与底座连接，所述的支承座与所述的丝杆之间设有轴承，所述的支承座固定于所述的底座；所述的步进电机受控于所述的执行控制器。
9.如权利要求8所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的旋转驱动机构包括与带动所述的转子旋转的齿轮机构，大齿轮与所述的转子同轴设置，小齿轮与所述的大齿轮啮合传动，所述的光电编码器安装于所述的小齿轮的转轴上。
10.如权利要求9所述的用于离心机的三轴向自适应式动平衡执行装置，其特征在于：所述的处理器通过无线通讯装置与所述的执行控制器通讯。
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