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型號:濟南銀箭
更新時間:2013-09-03
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王經(jīng)理(先生)
平衡機http://www.xdxsk.com/在國外應用已相當普及,專用平衡機的種類很多。我國由于平衡機起步晚,技術上不但落后于,
而且某些專用平衡機幾乎是空白,如風機,電機、木工機械、空調(diào)機等專用設備平衡機。對平衡機而言,機械系統(tǒng)是
平衡機中關鍵的部分,它性能好壞直接關系到轉(zhuǎn)子(工件)平衡精度及工作效率。只有針對不同工件設計專用機械
系統(tǒng),才能把轉(zhuǎn)子振動減少到zui低限度。所以本文提出專用動平衡機機械系統(tǒng)的設計,對提高旋轉(zhuǎn)機械的性能和使用
壽命具有重要意義。
2、力學原理
①轉(zhuǎn)子兩面平衡原理:
設有不平衡量的剛性轉(zhuǎn)子M繞定軸Z作勻速轉(zhuǎn)動,如圖1所示,由于轉(zhuǎn)子是不平衡的,可以分解為由若干個偏心薄圓
盤所組成,各圓盤的重心都不在轉(zhuǎn)動軸線上,當轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時,各圓盤均產(chǎn)生一個慣性力,即F1、F2·····FN
等組成一個空間慣性力系。這些慣性力雖然大小,方向、位置不相同,但它們都通過轉(zhuǎn)動軸,都和轉(zhuǎn)動軸線垂直。
假定轉(zhuǎn)子的左右兩端面作為校正面,將每個慣性力都分解為通過A、B兩點的平行力,如第i個慣性力 分解 ,其中
: 作用于A點的端面上, 作用于B點的端面上,l為轉(zhuǎn)子左右兩個端面的距離,li為第i個慣性力至左端面的距離。
同樣,把每個慣性力都向左、右兩個端面分解,按平面匯交力系,各自得到一個通過匯交點的合力,即顯然,這兩個作用在左、右端面上合力 與 和轉(zhuǎn)子的所有慣性力是等效的。因此,在左、右兩端面上進行平衡校正,適當?shù)丶又鼗蛉ブ鼐涂梢韵齊A、RB,使轉(zhuǎn)子得到平衡。
由此可見,任何一個不平衡剛性轉(zhuǎn)子都可在兩個與轉(zhuǎn)軸垂直的平面上進行平衡校正,這就是剛性轉(zhuǎn)子兩面平衡原理,專用動平衡機機械系統(tǒng)設計就是根據(jù)這個平衡原理進行設計。
②硬支承平衡機機械特性和校正平面解算:
硬支承平衡機是七十年代發(fā)展起來的新品種,其支承剛度大,故轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率很高,且遠遠高于平衡轉(zhuǎn)速,因此轉(zhuǎn)子支承振幅很小,轉(zhuǎn)子慣性力可忽略不計。轉(zhuǎn)子不平衡量是力形式作用在支承上,只要測出支承所受力,就能得到不平衡量,然后通過標準轉(zhuǎn)子加試運轉(zhuǎn)進行調(diào)整,再根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸,無需啟動機器就能調(diào)整好系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)子和支承系統(tǒng)尺寸已知,左、右兩校正面的不平衡量為m1r1及m2r2,其對應的離心力,兩軸承處動反力為及 ,這些力都是矢量;若轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn),則這些力皆為零。
硬支承平衡機就是根據(jù)動反力 來確定兩校正面上離心力 與 ,從而確定兩校正面上的不平衡量。由于是在測量軸承處,而校正是選定的兩校正面上,它們之間的關系是動力平衡的關系。因些轉(zhuǎn)子的慣性力可省略不計,故支承反力和不平衡力是平衡。
由此可見,由不平衡量m1r1及m2r2產(chǎn)生的離心力 僅與兩軸承處的動反力 與 和軸承及校正面位置尺寸A、B、C有關。軸承處動反力通過傳感器測出,各位置尺寸通過鍵盤輸入計算機,由計算機進行平面分離解算加以調(diào)整。
3、專用動平衡機機械結構設計
平衡機機械系統(tǒng)主要由兩大系統(tǒng)組成:驅(qū)動系統(tǒng)(它驅(qū)動被測轉(zhuǎn)子(工件)達到所需的平衡轉(zhuǎn)速)、擺架系統(tǒng)(它支承被平衡工件,并使之在不平衡力作用下產(chǎn)生振動)。
①驅(qū)動系統(tǒng)
驅(qū)動系統(tǒng):包括電機、傳動裝置(變速裝置)、制動裝置、傳動方式(聯(lián)軸節(jié))等。主軸的一端安裝角度盤,用來指示工件不平衡相位。另外主軸上還裝有光電傳感器,用來產(chǎn)生基準信號。為了使被平衡工件達到所需的轉(zhuǎn)速,先確定電動機拖動功率及傳遞的轉(zhuǎn)矩,按傳動元件的尺寸參數(shù),結合被平衡工件的規(guī)格、類型,及平衡精度要求,設計裝卸夾具,確定工件與主軸聯(lián)接方式。
總之,驅(qū)動系統(tǒng)要保證被平衡工件在測量過程中有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速;避免驅(qū)動系統(tǒng)零部件在測量過程中,對工件振動特性產(chǎn)生不良影響。
②擺架系統(tǒng)
擺架系統(tǒng):包括軸承(滾輪)、擺架、彈性元件等。軸承與擺架連成一體,通過彈性元件與支承架聯(lián)接,工件安裝在兩支承架之間與擺架組成振動系統(tǒng),旋轉(zhuǎn)時,由于工件不平衡,在離心力作用下被迫振動,通過傳感器將擺架的振動量轉(zhuǎn)換為電訊號,輸入測量回路。
在擺架系統(tǒng)的結構設計中,先要選擇適當?shù)闹С蟹绞酱_定框架的結構形式,以及與之相適應的元件。且又要保證平衡工件要求在平衡機的重量范圍內(nèi),擺架應有一定足夠尺寸的剛度。同時,鑒于要確保平衡機有較高的靈敏度,又要求擺架重量適當。所以擺架系統(tǒng)設計是平衡機結構設計中關鍵的一個環(huán)節(jié)。
③自由度不平衡轉(zhuǎn)子振動系統(tǒng)計算
平衡機振動系統(tǒng)的設計計算,是平衡機機械結構設計中心問題,為了是平衡振動系統(tǒng)有較好相頻和幅頻特性,以保證平衡測量的穩(wěn)定性和精度,振動系統(tǒng)應滿足兩個基本要求。
a.在激振力可能達到的范圍內(nèi),激振力與位移的關系是線性的。
b.振動系統(tǒng)固有頻率 與平衡轉(zhuǎn)速對應的轉(zhuǎn)動頻率ω必須符合規(guī)定:ω<0.3 。
1)運動方程:
本文以三自由度的機械振動系統(tǒng)為例,其轉(zhuǎn)子及支承力學模型如圖3所示:轉(zhuǎn)子運動以系統(tǒng)質(zhì)點O方向平動,繞質(zhì)點O在YZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和Z軸旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)子以角速度ω進行平衡,由于轉(zhuǎn)子不平衡引起彈性系統(tǒng)一起振動,振動系統(tǒng)隨質(zhì)心沿Y方向的平動為 ,繞質(zhì)心YZ平動時的轉(zhuǎn)動θ。假定轉(zhuǎn)子質(zhì)量M,擺架軸系附件質(zhì)量 ,簧板剛度K,校正平面的徑向慣性力mrω2轉(zhuǎn)子在YOZ平面運動時振動固有頻率
2)簧板剛度:
①取值范圍:
硬支承平衡機轉(zhuǎn)子振動頻率遠遠小于其固有頻率,質(zhì)心的位移和轉(zhuǎn)角又很小,質(zhì)量為M的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運動中的慣性力可以略去不計,支承上測得的彈性力近似于m不平衡量引起徑向力,有一定誤差。為了使誤差限制在一定范圍內(nèi),設計硬支承平衡機時,應使質(zhì)量M的慣性力和不平衡量m引起徑向力之比不大于誤差率σ,即:
②簧板厚度:
左右彈性支承采用兩片等厚度的矩形簧板支承,簧板兩端用螺釘分別固連于底板及擺架上
③數(shù)據(jù)分析:
由于篇幅有限制,本文以風機專用為例,給出有些相關數(shù)據(jù):
工件(風輪)質(zhì)量:M=50Kg
擺架軸系附件質(zhì)量:M’ =35Kg
彈性系統(tǒng)總剛度:2K=119.5Mpa
當平衡轉(zhuǎn)速n =1200r/min時,轉(zhuǎn)動頻率:ω=(2πn)/60=125.6 rad/s
誤差率 ≈0.01(當 =0.01時)
4、總結:
①按照本文提供相關數(shù)據(jù)設計制造的專用動平衡機,測量線性好,比一般平衡機工作效率更高,操作更方便、精度更高。
②經(jīng)實踐證明:專用機械系統(tǒng)配SANF-60型微機箱,一次不平衡量減少率URR ≥95\%,zui小可達剩余不平衡量emar≤0.3g.mm/kg。
③本系統(tǒng)設計對提高旋轉(zhuǎn)機械性能和使用壽命有很大參考價值,同時也對開發(fā)全自動平衡機有一定借鑒作用。
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