CN203083773U - 超微型转子动平衡测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机械动力学与振动测试技术领域，尤其是一种超微型转子动平衡测量设备。该设备包括动平衡机，动平衡机包括机架以及设在机架上的支承装置，支承装置包括支承块及设在支承块下部的、刚度可调的支承件，支承装置位于动平衡机的共振点处且该支承装置上设有单自由度阻尼装置，机架上设有用于为待测超微型转子提供旋转动力的电机以及用于测量待测超微型转子的振动信号的振动传感器，振动传感器连接有用于放大、分析和处理所述振动信号并将其上传至对应的计算机的数据采集模块。本实用新型实现了在较低的转速下对超微型转子的动平衡的测量。

Description

超微型转子动平衡测量设备

技术领域

本实用新型涉及机械动力学与振动测试技术领域，尤其是一种超微型转子动平衡测量设备。

背景技术

超微型转子因为其质量小（小于10g）、尺寸小（直径小于10mm）、长径比接近1，其动平衡十分困难。由于工作转速高，对平衡量精度要求高，现有的软支承和硬支承的动平衡方法均无法无效实现超微型转子的不平衡量的测量。

对于软支承动平衡机，平衡转速在系统的共振点以上，要求平衡转速高。除易损伤转子支承表面外，还会因为摩擦系数的变化造成系统的自激振动。由于不平衡量极小，受机架、皮带传动等因素的影响，信噪比低，很难分离不平衡信号。

对于硬支承动平衡机，平衡转速在系统的共振点以下，要求平衡转速低。由于平衡转速低，不平衡量引起的信号过小，信噪比小，同样难以分离不平衡信号。

综上所述，市场上目前还没有可以对超微型转子进行动平衡测量的装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种超微型转子动平衡测量设备，以在较低的转速下实现对超微型转子的动平衡的测量。

为了解决上述问题，本实用新型的超微型转子动平衡测量设备采用以下技术方案：超微型转子动平衡测量设备，包括动平衡机，动平衡机包括机架以及设在机架上的支承装置，支承装置包括支承块及设在支承块下部的、刚度可调的支承件，支承装置位于动平衡机的共振点处且该支承装置上设有单自由度阻尼装置，机架上设有用于为待测超微型转子提供旋转动力的电机以及用于测量待测超微型转子的振动信号的振动传感器，振动传感器连接有用于放大、分析和处理所述振动信号并将其上传至对应的计算机的数据采集模块。

所述电机连接有变频器，变频器与数据采集模块连接，数据采集模块还连接有测量待测超微型转子的转速的转速传感器。

所述电机连接有变频器，所述支承块呈V形，阻尼装置为设在支承装置两侧的油阻尼器。

所述支承件为支承弹簧。

所述振动传感器为非接触式振动传感器。

由于本实用新型的超微型转子动平衡测量设备在工作时是将待测超微型转子置于动平衡机的共振点附近，并且在用于支承待测超微型转子的支承装置上设有所述的阻尼装置，可通过调整阻尼大小调整系统共振时的放大因子，使支承装置变为待测超微型转子不平衡量的机械放大器，即将待测超微型转子的微小不平衡量引起的测量系统振动放大，从而降低动平衡机、电机以及数据采集环境因素等对不平衡信号的影响，从而从源头提高不平衡信号的信噪比。由于有上述机械放大作用的存在，因此可适当的降低待测超微型转子在测试时的平衡转速，从而实现了在较低的转速下对超微型转子的动平衡的测量。

更进一步的，所述变频器实现了对电机转速乃至待测超微型转子的转速的方便调节；支承装置下端设有安装孔，可方便阻尼装置的安装；采用两个支承装置通过调节二者之间的距离以适应不同大小的待测超微型转子；采用非接触式振动传感器减小了动平衡测量系统的附加质量，可提高测量精度，保证支承装置动态特性稳定。

附图说明

图1是本实用新型的超微型转子动平衡测量设备的实施例1的结构原理图；

图2是待测超微型转子的安装示意图；

图3是图2的俯视图

图4是单自由度振动系统幅频特性曲线和相频特性曲线；

图5是用本实用新型的超微型转子动平衡测量设备的实施例1测量的一组数据的曲线图。

具体实施方式

本实用新型的超微型转子动平衡测量设备的实施例1，如图1-5所示，包括动平衡机，动平衡机包括机架51以及设在机架51上的支承装置，本实施例中，支承装置包括呈V形的支承块52以及设在支承块下部的支承件53，支承件53的刚度可以调节，本实施例中，支承件53采用支承弹簧，支承装置具有两个，两个支承装置沿待测超微型转子54的轴向依次设置，支承装置位于动平衡机的共振点处且该支承装置上设有单自由度的阻尼装置，阻尼装置采用油阻尼器55，阻尼装置分别位于支承装置的两侧处，机架51上还设有用于为待测超微型转子54提供旋转动力的电机56以及用于测量待测超微型转子54的振动信号的振动传感器57，电机56连接有变频器58，变频器58用以控制电机56的转速，电机56在工作时通过皮带59为待测超微型转子54提供旋转动力，本实施例中振动传感器57采用非接触式振动传感器，具体为激光测头，振动传感器57连接有用于放大、分析和处理所述振动信号并将其上传至对应的计算机60的数据采集模块61，机架51上还设有用于测量待测超微型转子的转速的转速传感器62，变频器58及转速传感器62也与数据采集模块连接。

采用该设备对超微型转子进行动平衡测量时，可将转子装配完毕后开启动平衡机以及电机，然后调整支承装置的刚度以及阻尼装置的阻尼系数，其中对支承装置的刚度的调节是通过对支承件的刚度调节来实现的，通过电机调整待测超微型转子的平衡转速，使待测超微型转子的共振频率和振幅达到设定值；接下来通过振动传感器测量待测超微型转子的振动信号并通过数据采集模块将所述振动信号放大、分析和处理后上传给计算机，其中变频器及转速传感器也与该数据采集模块连接，最后通过计算机处理得出测量结果，其计算过程如下：

$F_e={\mathrm{me\ω}}^2\≈\frac{{\mathrm{men}}^2}{100},$

其中Fe为待测超微型转子的离心力，e为待测超微型转子的偏心距，ω为转子的角速度，n为转子的转速；

$X_0=\frac{F_e}{\sqrt{{[k-{\mathrm{\ω}}^2(m+M)]}^2+{\left(\mathrm{\ωc}\right)}^2}},$

其中X₀为待测超微型转子在两端之间的振动位移，k为支承装置的刚度，M为支承装置的总质量，m为待测超微型转子的质量，c为阻尼装置的阻尼系数，则待测超微型转子两端处的振动加速度：

$\stackrel{\·\·}{X}=\frac{{\mathrm{me\ω}}^2}{\sqrt{{(\frac{k}{{\mathrm{\ω}}^2}-m-M)}^2+{\left(\frac{c}{\mathrm{\ω}}\right)}^2}}.$

单自由度振动系统的典型曲线见图4。转子和V型支承装置就是一个典型的单自由度振动系统，转子的振动符合图4所示的振动趋势，根据图形可见，在曲线的左半部分，振动曲线变化幅度比较大，有一个明显的共振区出现。采用共振法，就是将平衡机的平衡转速放在共振区内，调整阻尼器使系统的共振放大因子β的取值为1~2，此时系统的灵敏度较高，避免了过共振后系统灵敏度的大幅降低，同时也保证系统能够稳定工作。

当待测超微型转子的平衡转速在共振点附近时，其振幅为阻尼和平衡转速的函数。控制平衡转速和阻尼就可以实现不平衡量的准确测量。因此，选择具有合适质量和刚度的V型支承装置，使支承装置具有合适的共振频率和阻尼系数。则通过调整平衡转速就可以调整转子动平衡检测系统的灵敏度。

图5所示是采用实施例1的设备测量的一组数据的曲线图，如图所示，两条曲线中的一条为采用本实用新型的方法对标准超微型转子（理论上没有不平衡量）进行测量后得到的曲线（不加重），另一条是在标准超微型转子进行加重并使其具有一定不平衡量后进行测量得到的曲线（加重），从图上可看的出来，在转速位于1000-1300之间时，便能够清楚的测量得出标准超微型转子的不平衡量。

Claims (5)

1.超微型转子动平衡测量设备，其特征在于，包括动平衡机，动平衡机包括机架以及设在机架上的支承装置，支承装置包括支承块及设在支承块下部的、刚度可调的支承件，支承装置位于动平衡机的共振点处且该支承装置上设有单自由度阻尼装置，机架上设有用于为待测超微型转子提供旋转动力的电机以及用于测量待测超微型转子的振动信号的振动传感器，振动传感器连接有用于放大、分析和处理所述振动信号并将其上传至对应的计算机的数据采集模块。

2.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测量设备，其特征在于，所述电机连接有变频器，变频器与数据采集模块连接，数据采集模块还连接有测量待测超微型转子的转速的转速传感器。

3.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测量设备，其特征在于，所述电机连接有变频器，所述支承块呈V形，阻尼装置为设在支承装置两侧的油阻尼器。

4.根据权利要求3所述的超微型转子动平衡测量设备，其特征在于，所述支承件为支承弹簧。

5.根据权利要求1所述的超微型转子动平衡测量设备，其特征在于，所述振动传感器为非接触式振动传感器。

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