全自動(dòng)動(dòng)平衡校正機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p>　　全自動(dòng)動(dòng)平衡校正機(jī)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電機(jī)在設(shè)計(jì)、選材、制造、裝配等過(guò)程中不可避免的存在各種誤差，這些誤差會(huì)造成電機(jī)中轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心不一致。這樣電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，引起噪聲，影響機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，減少使用壽命。因此必須對(duì)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡。</p><p&g

2、t;　　本文綜合考慮國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化程度不同的各型平衡機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一種可用于中小型電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的R型銑削校正方式雙工位全自動(dòng)平衡機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，多線(xiàn)程協(xié)調(diào)統(tǒng)籌動(dòng)作，信號(hào)動(dòng)作狀態(tài)線(xiàn)圖進(jìn)行程序流程及時(shí)序分析，具有</p><p>　　結(jié)構(gòu)分立及合并方便，生產(chǎn)節(jié)拍精簡(jiǎn)，運(yùn)行可靠，高校正精度等特點(diǎn)。</p><p>　　為保證系統(tǒng)平衡精度，本文在多有文獻(xiàn)論述的測(cè)量系統(tǒng)精度控制的研

3、究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)銑削校正系統(tǒng)的精度控制進(jìn)行目標(biāo)分析和提出應(yīng)用方案。</p><p>　　文章首先詳細(xì)分析各因素對(duì)平衡校正精度的相對(duì)重要性和控制難度，包括R型銑槽動(dòng)不平衡量的多因素影響、相位誤差因素影響、校正平面位置偏差因素影響等，得出：側(cè)吃刀量分散度和銑刀刀尖過(guò)渡刃長(zhǎng)度尺寸公差是轉(zhuǎn)子R型銑削校正精度控制的主要因素，并且相位誤差及校正平面位置偏差也是重要目標(biāo)。</p><p>　　關(guān)鍵詞

4、動(dòng)平衡，全自動(dòng)平衡機(jī)，銑削用量</p><p>　　Automatic dynamic balance correction machine design</p><p>　　Author： Li Zheng</p><p>　　Tutor： Yun Kang </p><p><b>　　Abstract</b>

5、</p><p>　　Because of the inevitable errors in the design, the material selection, the manufacture and the assemble process of the motor; generally, the mass center of the motor rotor will deviate from the ro

6、tating center. When the motor operates at a high speed the vibration and the noise will be generated. The vibration is harmful because it will influence the operation and shorten the life of the motor. It is necessary to

7、 balance each motor rotor.</p><p>　　This thesis comprehensively considered relative merits of diversiform balancing machines of different automatic level at home and abroad, and developed one double working-

8、position type of automated dynamic balancing, which applies to micro-midi electric machine rotor’s R-milling balance correction.</p><p>　　To assure system accuracy, the writer focuses on the accuracy analysi

9、s of balancing correction system and proposition of resolution methods, founded on the accuracy control of balance measurement system which has been discussed in numerous literatures.</p><p>　　Firstly, relat

10、ive importance and control difficulties of various factors which impact on correction accuracy are analyzed in detail. The work reaches results that depth dispersion of side-cut and chamfered corner length tolerance of m

11、illing cutter tool nose are the main factors, as well as phase error and place deviation of correction plane.</p><p>　　Keywords: Dynamic Balancing, Automated Balancing Machine, Milling Dosa</p><p&

12、gt;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題背景及目的1</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況1</p><p>　　1.3課題研究?jī)?nèi)容及要求3</p><p>　　2 轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理

13、4</p><p>　　2.1轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因及其危害4</p><p>　　2.2不平衡的種類(lèi)6</p><p>　　2.2.1靜不平衡6</p><p>　　2.2.2力偶不平衡6</p><p>　　2.2.3動(dòng)不平衡6</p><p>　　2.2.4準(zhǔn)靜不平衡7<

14、/p><p>　　2.3剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理7</p><p>　　2.4撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理8</p><p>　　2.5校正理論研究9</p><p>　　2.5.1全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的組成9</p><p>　　2.5.2 全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的控制流程10</p><p>　　2.5.3

15、 R型銑削模型11</p><p>　　3 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)架13</p><p>　　3.1平衡機(jī)的分類(lèi)13</p><p>　　3.2系統(tǒng)構(gòu)架14</p><p>　　3.2.1平衡機(jī)14</p><p>　　3.2.2去重機(jī)15</p><p>　　3.2.3控制系統(tǒng)

16、15</p><p>　　4 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1平衡機(jī)的傳動(dòng)16</p><p>　　4.2平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)方式16</p><p>　　4.3平衡機(jī)的支撐方式17</p><p>　　4.4伺服電機(jī)的選擇與校核17</p><p>　　4.5

17、主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.6 軸承的選擇20</p><p>　　5 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量理論研究21</p><p>　　5.1測(cè)量原理21</p><p>　　5.1.1直流分量22</p><p>　　5.1.2基波分量23</p><p>　　5.1.

18、3諧波分量24</p><p>　　5.1.4異頻分量和噪聲24</p><p>　　5.2動(dòng)不平衡量的測(cè)量數(shù)學(xué)模型25</p><p>　　5.3數(shù)字信號(hào)處理方法27</p><p>　　5.3.1干擾信號(hào)分類(lèi)27</p><p>　　5.3.2不平衡量提取方法28</p><p>

19、;　　5.3.3數(shù)字濾波方法29</p><p>　　6 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)38</p><p>　　6.1測(cè)量系統(tǒng)的組成38</p><p>　　6.2系統(tǒng)部分硬件39</p><p>　　6.2.1振動(dòng)傳感器39</p><p>　　6.2.2參考信號(hào)測(cè)量傳感器41</p>&

20、lt;p>　　6.2.3電荷放大器43</p><p>　　6.2.4增益控制45</p><p>　　6.2.5中心頻率跟蹤的窄帶濾波器設(shè)計(jì)45</p><p>　　6.2.6壓電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)51</p><p>　　6.2.7數(shù)據(jù)采集卡51</p><p>　　6.2.8程控放大電路的設(shè)計(jì)52

21、</p><p>　　7 總結(jié)與展望54</p><p><b>　　致 謝56</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)57</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1課題背景及目的</p

22、><p>　　轉(zhuǎn)子由于設(shè)計(jì)、材質(zhì)不均勻以及制造安裝誤差等原因，往往造成其中心慣性主軸或多或少地偏離其旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，這種情況稱(chēng)為轉(zhuǎn)子具有不平衡量。當(dāng)具有不平衡量的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期的激振力，從而引起振動(dòng)和噪音。振動(dòng)會(huì)加速軸承等零件的磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致事故;此外，振動(dòng)還會(huì)通過(guò)軸承、機(jī)座傳到基礎(chǔ)，惡化附近的工作環(huán)境。由振動(dòng)故障診斷結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，引起振動(dòng)過(guò)大的激振力中有90%是轉(zhuǎn)子不平衡力，可見(jiàn)此問(wèn)題比較突出，

23、所以必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡，使其達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　動(dòng)平衡是旋轉(zhuǎn)類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)、制造過(guò)程中必須解決的一個(gè)基本共性問(wèn)題，其優(yōu)劣程度直接決定著產(chǎn)品的工作性能、使用壽命以及產(chǎn)品質(zhì)量等。而且，產(chǎn)品的動(dòng)平衡測(cè)量及校正往往處于產(chǎn)品零件生產(chǎn)工序的末端，此前已經(jīng)過(guò)初步鑄造到最終成形等多道復(fù)雜工序，其平衡性能和工作效率等指標(biāo)將直接影響到產(chǎn)品的最終質(zhì)量評(píng)定、總體生產(chǎn)效率以及企業(yè)的成本控制。</p><

24、p>　　由于目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的全自動(dòng)平衡機(jī)，通過(guò)軟硬件的改進(jìn)，在信號(hào)采集、濾波等處理上提升性能，以提高測(cè)量系統(tǒng)及整機(jī)精度的研究頗多；此項(xiàng)研究偏重于去重校正系統(tǒng)部分的研究，力圖通過(guò)樣機(jī)實(shí)際生產(chǎn)制造的細(xì)節(jié)，提出一些理論觀點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，供全自動(dòng)動(dòng)動(dòng)平衡測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)研究相關(guān)人員討論參考，促進(jìn)我國(guó)全自動(dòng)平衡機(jī)的推廣和應(yīng)用。</p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況</p><p>　　平衡機(jī)發(fā)展

25、迄今已經(jīng)有一百多年的歷史。1870年，加拿大人Henry Martinson申請(qǐng)了平衡技術(shù)的專(zhuān)利，拉開(kāi)了平衡校正產(chǎn)業(yè)的序幕。1907年，F(xiàn)ranz Lawaczek博士把改良的平衡技術(shù)傳入德國(guó)，經(jīng)過(guò)Heynan的改進(jìn)才應(yīng)用于工業(yè)，1915年，第一臺(tái)雙面平衡機(jī)面世。直到上世紀(jì)末40年代，所有的平衡工序都是在采用純機(jī)械的平衡設(shè)備上進(jìn)行的。轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)速通常取振動(dòng)系統(tǒng)的共振轉(zhuǎn)速，以使振幅最大。在這種方式下測(cè)量轉(zhuǎn)子平衡，測(cè)量誤差較大，也不安全。

26、隨著電子技術(shù)的發(fā)展和剛性轉(zhuǎn)子平衡理論的普及，五十年代后大部分平衡設(shè)備都采用了電子測(cè)量技術(shù)，平面分離電路技術(shù)的平衡機(jī)有效地消除了平衡工件左右面的相互影響，同時(shí)濾波技術(shù)的發(fā)展也使動(dòng)平衡技術(shù)有了很大的提高。七十年代硬支承平衡機(jī)的出現(xiàn)可以認(rèn)為是平衡機(jī)發(fā)展史上的一次飛躍。它采用靜態(tài)下的平衡尺寸設(shè)定，消除了傳統(tǒng)軟支承平衡機(jī)需頻繁的動(dòng)態(tài)調(diào)整的不便，形成了永久定標(biāo)的平衡機(jī)。八十年代，壓電傳感器技術(shù)又給平衡機(jī)的發(fā)展帶來(lái)一次革命。從發(fā)展趨勢(shì)看，采用這種技術(shù)

27、的平衡機(jī)在除高速、小型轉(zhuǎn)子的平衡以外的平衡領(lǐng)域基本取代了軟支承平衡機(jī)。九十年代以后，集成電路及電腦技術(shù)的突飛猛</p><p>　　傳統(tǒng)平衡機(jī)的主要功能是測(cè)量，校正工作常用其它設(shè)備或用手工完成。這種動(dòng)平衡稱(chēng)重和去重相分離的傳統(tǒng)校正策略，效率比較低、精度差、質(zhì)量不穩(wěn)定和加工成本高。從八十年代開(kāi)始，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，由于先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用，出現(xiàn)了包括土料、測(cè)量、加工、質(zhì)量評(píng)價(jià)和分篩等多工位組

28、成的動(dòng)平衡測(cè)量校正一體化設(shè)備，在校正效率、校正精度和校正質(zhì)量穩(wěn)定性等方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為動(dòng)平衡校正技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展主流及方向。</p><p>　　現(xiàn)在，德國(guó)、日本的動(dòng)平衡技術(shù)和設(shè)備在國(guó)際上處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位。其中德國(guó)的申克公司和霍夫曼公司都是在動(dòng)平衡領(lǐng)域中舉世聞名的廠家，他們的產(chǎn)品質(zhì)量在國(guó)際上都享有盛譽(yù)。申克公司的動(dòng)平衡技術(shù)代表著日前的世界水平，其生產(chǎn)的平衡機(jī)具有精度高、性能穩(wěn)定、故障率低、效率高和所平衡

29、的轉(zhuǎn)子覆蓋面寬的優(yōu)勢(shì);對(duì)于陀螺轉(zhuǎn)子的平衡(特別是高精度與微小型轉(zhuǎn)子方面)則占有絕對(duì)“優(yōu)勢(shì)”。霍夫曼公司的實(shí)力與技術(shù)水平雖遠(yuǎn)不及申克公司，但它在通用平衡技術(shù)與特大型轉(zhuǎn)子(幾十噸以上)的衡領(lǐng)域內(nèi)也是獨(dú)占鰲頭。日本的電測(cè)平衡機(jī)于1950年開(kāi)始正式制造。其中國(guó)際計(jì)測(cè)器株式會(huì)社(簡(jiǎn)稱(chēng)KOKUSAI)是一個(gè)專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)零部件及各種電機(jī)在線(xiàn)檢測(cè)儀器和設(shè)備的廠家。其主要產(chǎn)品有:各種半/全自動(dòng)通用、專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)(包括輪胎電機(jī)轉(zhuǎn)子、飛輪、發(fā)動(dòng)機(jī)曲

30、軸、連桿等)、軸類(lèi)零件矯直機(jī)、齒輪嚙合精度測(cè)試儀、線(xiàn)圈測(cè)試儀、電機(jī)綜合性能測(cè)試儀(包括負(fù)載特性試驗(yàn)機(jī))、地震測(cè)試儀等。</p><p>　　國(guó)內(nèi)外動(dòng)平衡理論及設(shè)備的研究始于1958年，與國(guó)外相比有較大的差距，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，也取得了可喜的成就，不僅在剛性和撓性轉(zhuǎn)子平衡理論與方法上，作了大量研究，而且還開(kāi)發(fā)了自己的平衡機(jī)系列產(chǎn)品，從幾克的微型機(jī)到幾百?lài)嵉闹匦蜋C(jī)，高效率的自動(dòng)機(jī)和自動(dòng)線(xiàn)，精度在10-2微米數(shù)量級(jí)的高

31、精度平衡機(jī)和特殊要求的人造衛(wèi)星、導(dǎo)彈專(zhuān)用平衡機(jī)都能自己研制生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)在動(dòng)平衡領(lǐng)域從事研究，并形成實(shí)力的有華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)、第一汽車(chē)制造廠、清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所等，而生產(chǎn)動(dòng)平衡機(jī)的廠家也很多，產(chǎn)品種類(lèi)也比較齊全，測(cè)量系統(tǒng)多是瓦特表式，而少數(shù)公司也采用單片機(jī)或微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，其中規(guī)模比較大的企業(yè)有上海申克試驗(yàn)機(jī)有限公司、上海高橋試驗(yàn)機(jī)有限公司、河北宣化試驗(yàn)機(jī)廠、湖北孝感試驗(yàn)機(jī)廠以及山東濟(jì)

32、南試驗(yàn)機(jī)廠等。</p><p>　　在當(dāng)今隨著科技的迅猛發(fā)展，人們生活的節(jié)奏的不斷加快，計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，人們對(duì)機(jī)器設(shè)備精度要求的不斷提高，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡問(wèn)題必將引起人們的廣泛關(guān)注，也必將得以進(jìn)一步的發(fā)展。[1]</p><p>　　1.3課題研究?jī)?nèi)容及要求</p><p>　　本文綜合考慮國(guó)內(nèi)外全自動(dòng)平衡機(jī)以及自動(dòng)化程度，針對(duì)根據(jù)市場(chǎng)需求，以單面立式硬支撐型飛輪

33、平衡機(jī)為研究對(duì)象，為其設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平衡量的自動(dòng)測(cè)量。</p><p>　　測(cè)量系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)來(lái)自傳感器的不平衡信號(hào)進(jìn)行處理，濾除無(wú)用的直流分量、各次諧波分量、異頻分量和各種干擾噪聲，取出有用的不平衡基波分量，并進(jìn)行運(yùn)算，最終指示出校正面上的不平衡量的大小和方位[2, 3]。因此，測(cè)量性能的好壞直接影響整機(jī)最小可達(dá)剩余不平衡量和不平衡量減低率這兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)。對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的基本要求是，根據(jù)所規(guī)定的平

34、衡精度，要有充分的靈敏度和精確度，在長(zhǎng)期使用中要足夠穩(wěn)定。</p><p>　　2 轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理</p><p>　　機(jī)器中繞軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的零部件，稱(chēng)為機(jī)器的轉(zhuǎn)子。如果一個(gè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布均勻，制造和安裝都合格，則運(yùn)轉(zhuǎn)是平穩(wěn)的。理想情況下，其對(duì)軸承的壓力，除重力之外別無(wú)其他的力，即與轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)一樣，只有靜壓力。這種旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸承都只有靜壓力的轉(zhuǎn)子，稱(chēng)為平衡的轉(zhuǎn)子。如果轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)

35、軸承除有靜壓力外還附加有動(dòng)壓力，則稱(chēng)之為不平衡的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子如果是不平衡的，附加動(dòng)壓力將通過(guò)軸承傳達(dá)到機(jī)器上，引起整個(gè)機(jī)器的振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，加速軸承的磨損，降低機(jī)器的壽命，甚至使機(jī)器控制失靈，發(fā)生嚴(yán)重事故[4,5]?，F(xiàn)代機(jī)器正向高速、高效率、高精度和大型化發(fā)展，創(chuàng)造舒適的工作條件、抑制噪聲、節(jié)約能源都已提到日程上來(lái)。因此，限制和減小各種機(jī)器的振動(dòng)就愈加顯得重要。</p><p>　　2.1轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因及其危

36、害</p><p>　　轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因是很多的，但大致可以歸納為以下幾種基本原因：</p><p>　　1、 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱(chēng)</p><p>　　平常我們也可以看到，不同旋轉(zhuǎn)機(jī)器的結(jié)構(gòu)是不同的，有很多旋轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱(chēng)的，其中最典型的例子是曲軸。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排列方式的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作順序的不同，以及氣缸數(shù)目的不同，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)方案的不同，曲軸的結(jié)構(gòu)

37、是多種多樣的；曲軸結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱(chēng)，是有其工作特點(diǎn)所決定的，因此，設(shè)計(jì)上要求必須為曲軸設(shè)計(jì)配重，出廠前還必須對(duì)每根曲軸做平衡試驗(yàn)，剩余不平衡量只有滿(mǎn)足一定的要求方可投入使用。</p><p>　　2、 原材料或毛坯的缺陷</p><p>　　由于材料的缺陷，引起轉(zhuǎn)子的不平衡而導(dǎo)致零部件的失效是機(jī)械工程中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。例如：原材料密度不均勻，鑄造毛坯有氣孔、砂眼、縮孔和組織疏松等缺陷；鍛件有

38、重皮和夾雜物，焊接結(jié)構(gòu)的焊縫不均勻等，都會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不平衡或零件的失效。</p><p>　　3、 轉(zhuǎn)子加工和裝配有誤差</p><p>　　如果轉(zhuǎn)子在加工或裝配過(guò)程中存在誤差，也就改變了轉(zhuǎn)子繞軸線(xiàn)的質(zhì)量分布，也就破壞了轉(zhuǎn)子的不平衡狀態(tài)。例如：轉(zhuǎn)子與軸頸軸線(xiàn)的不同軸；裝配時(shí)徑向間隙不均勻或不同軸；聯(lián)接螺釘擰緊程度不同或由于熱壓配合和焊接所引起的撓曲變形等，都會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不平衡。</p

39、><p>　　4、 機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的不平衡</p><p>　　例如：砂輪、泵、螺旋槳推進(jìn)器、離心機(jī)分離缽等工作時(shí)的不均勻磨損；由于運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中溫度變化而產(chǎn)生的變形，由于機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中離心力所引起的零部件的微小移動(dòng)或彈性變形等，也都會(huì)破壞轉(zhuǎn)子原來(lái)的平衡狀態(tài)[6]。</p><p>　　5、 機(jī)器在維修過(guò)程中產(chǎn)生的不平衡</p><p>　　

40、不同行業(yè)的機(jī)械部門(mén)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，在不同環(huán)境條件下，工作機(jī)械還有不同的精度要求，維修部門(mén)一般設(shè)備落后，技術(shù)力量差，在維修過(guò)程中排除了主要故障的同時(shí)，卻引發(fā)出潛在的隱患的現(xiàn)象也是常見(jiàn)的，特別是對(duì)于轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡是人眼觀察不到，手也感覺(jué)不到的，必須通過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn)才能定結(jié)論，這些也是容易被人們忽視的原因之一。在汽車(chē)維修行業(yè)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸動(dòng)不平衡過(guò)大，而使飛輪殼碎裂報(bào)廢數(shù)個(gè)卻使一些維修人員找不到原因的現(xiàn)象，也不是罕見(jiàn)的[7]；原因是上次維修過(guò)程

41、中傳動(dòng)系組件裝配中出現(xiàn)了錯(cuò)誤操作。若將曲軸飛輪組件進(jìn)一步平衡，問(wèn)題就解決了。因此，隨著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的不斷提高，轉(zhuǎn)子的平衡問(wèn)題，必須引起足夠的重視。</p><p>　　在多數(shù)情況下，機(jī)械振動(dòng)是有害的，其危害性主要有：</p><p>　?。?）、使機(jī)器支撐受到動(dòng)載荷的作用，影響支撐的正常工作。</p><p>　　（2）、動(dòng)、靜部分磨損、基礎(chǔ)松裂，或使機(jī)器油管裂開(kāi)、

42、自動(dòng)調(diào)節(jié)器失效，致使機(jī)器要經(jīng)常修理或過(guò)早損壞。</p><p>　?。?）、擾動(dòng)四周的機(jī)械設(shè)備和儀表，使調(diào)節(jié)裝置和保護(hù)系統(tǒng)有可能發(fā)生誤動(dòng)作而使設(shè)備和儀表無(wú)法正常工作。</p><p>　　（4）、產(chǎn)生噪音，影響工作人員的身心健康。</p><p>　　如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率相同(或接近時(shí))，機(jī)器就會(huì)發(fā)生共振。出現(xiàn)共振時(shí)，振幅迅速增大，機(jī)組將產(chǎn)生劇烈振動(dòng)以至

43、損壞。據(jù)報(bào)導(dǎo)，在1972年6月，日本關(guān)西海南電廠一臺(tái)600MW的汽輪機(jī)組在試車(chē)時(shí)，因振功過(guò)大而造成飛車(chē)，致使機(jī)組全部損壞[8]。</p><p>　　當(dāng)然，還有些其它原因也會(huì)引起機(jī)器振功，例如大型汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子還會(huì)由于油膜振蕩、間隙振蕩等原因引起振動(dòng)。但據(jù)統(tǒng)計(jì)概率來(lái)看，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻引起的扳動(dòng)約占70~80％。因此，失衡轉(zhuǎn)子的平衡校正問(wèn)題在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中是一個(gè)非常突出的問(wèn)題。</p>&

44、lt;p><b>　　2.2不平衡的種類(lèi)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子的不平衡可以作如下理解：當(dāng)轉(zhuǎn)子的中心主慣性軸線(xiàn)(慣量主軸)與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)不重合時(shí)，我們就說(shuō)轉(zhuǎn)子上存在不平衡。</p><p>　　轉(zhuǎn)子的不平衡具有四種基本類(lèi)型：靜不平衡、力偶不平衡、動(dòng)不平衡和準(zhǔn)靜不平衡[8]。</p><p>　　2.2.1靜不平衡 </p&g

45、t;<p>　　在轉(zhuǎn)子存在靜不平衡時(shí)，不平衡只是作用在轉(zhuǎn)子的重心所在的徑向平面上。靜不平衡具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　1、 只要當(dāng)轉(zhuǎn)子的中心主慣性軸線(xiàn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)平行位移時(shí)，轉(zhuǎn)子上就會(huì)存在靜不平衡。</p><p>　　2、 轉(zhuǎn)子存在靜不平衡時(shí)，其旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與中心主慣性軸線(xiàn)是平行的。</p><p>　　3、 在轉(zhuǎn)子僅存在靜不平衡的情況下，

46、當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子上只存在通過(guò)重心的不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力，靜不平衡力。而不平衡離心力偶為零。</p><p>　　4、 若轉(zhuǎn)子對(duì)于軸承是左右對(duì)稱(chēng)的，則當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，靜不平衡力作用在兩軸承上的力是大小相等、方向相反，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)作用力。</p><p>　　5、 靜不平衡在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)可以觀察到，并可在重心平面內(nèi)與不平衡量反方向上加一單個(gè)重物進(jìn)行校正。</p><p>

47、　　在宇航領(lǐng)域內(nèi)，靜不平衡常指重心偏移。歷史上，這種靜不平衡最早被覺(jué)察到。由于可以將轉(zhuǎn)子軸頸處在刀口上，不平衡點(diǎn)將移到部，這時(shí)即可用靜止方法觀察到，故用了“靜不平衡”一詞[9]。</p><p>　　2.2.2力偶不平衡 </p><p>　　力偶不平衡也稱(chēng)力矩不平衡。在轉(zhuǎn)子的中心主慣性軸相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)有一角位移、并與軸線(xiàn)相交于重心時(shí)存在的不平衡稱(chēng)為轉(zhuǎn)子的力偶不平衡。通常可用兩個(gè)互為18

48、0 ?、相距一定距離、且大小相等的不平衡質(zhì)量來(lái)表示。宇航領(lǐng)域中常稱(chēng)為“慣性積”。力偶不平衡在靜止?fàn)顟B(tài)下無(wú)法觀察到，只有在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)才能觀察，這時(shí)轉(zhuǎn)子上加有搖擺型振動(dòng)，中心主慣性軸線(xiàn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)是以錐形軌跡運(yùn)動(dòng)[10]。</p><p>　　2.2.3動(dòng)不平衡 </p><p>　　動(dòng)不平衡為力偶不平衡和靜不平衡的復(fù)合，中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)既不平行也不重合是動(dòng)不平衡中最常見(jiàn)的

49、情況。所以，動(dòng)不平衡的特點(diǎn)是：</p><p>　　(1) 不平衡離心力不等于零；</p><p>　　(2) 不平衡離心力偶也不等于零。</p><p>　　動(dòng)不平衡需要在垂直于軸線(xiàn)的兩個(gè)平面內(nèi)校正，必要時(shí)也可將力偶不平衡和靜不平衡分開(kāi)進(jìn)行校正。</p><p>　　2.2.4準(zhǔn)靜不平衡 </p><p>　　準(zhǔn)靜

50、不平衡是用于描述由于不位于重心平面內(nèi)的、以單一不平衡質(zhì)量為代表的不平衡。因?yàn)橹行闹鲬T性軸線(xiàn)與旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)交點(diǎn)不在重心上，所以準(zhǔn)靜不平衡是靜不平衡與力偶不平衡復(fù)合的特例。</p><p>　　若已知準(zhǔn)靜不平衡的精確平面，則可用單個(gè)校正質(zhì)量在這平面內(nèi)校正，否則需要像動(dòng)不平衡那樣在兩個(gè)平面內(nèi)進(jìn)行校正。</p><p>　　2.3剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理</p><p>　　在平衡

51、技術(shù)中，剛性轉(zhuǎn)子是指轉(zhuǎn)子是剛性的，即在重力和因質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的不平衡離心力作用下轉(zhuǎn)軸的變形可以忽略，且平衡狀態(tài)并不改變或只作稍微改變的轉(zhuǎn)子。當(dāng)然，絕對(duì)剛性的轉(zhuǎn)子是不存在的，只有當(dāng)工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于不平衡離心力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的變形很小，以至可以忽略不計(jì)，習(xí)慣上，對(duì)這樣的轉(zhuǎn)子就可以認(rèn)為是剛性轉(zhuǎn)子。</p><p>　　在平衡實(shí)踐中，有些轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速很低，如人造衛(wèi)星的自旋速度等。在這種情況下，由不

52、平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的不平衡離心力不大，這時(shí)也往往是把這類(lèi)轉(zhuǎn)子作為剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)行處理。其動(dòng)平衡原理如下：</p><p>　　1、 不管轉(zhuǎn)子的初始不平衡是如何分布的，總可以在預(yù)選的兩校正平面內(nèi)進(jìn)行平衡校正。因?yàn)檗D(zhuǎn)子上的不平衡重量與所加的平衡重量在旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力都與轉(zhuǎn)速的平方成正比，因此剛性轉(zhuǎn)子的平衡與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。在某一轉(zhuǎn)速下平衡好的剛性轉(zhuǎn)子，其剩余不平衡量的值在其它轉(zhuǎn)速、以至最高工作轉(zhuǎn)速下，也不會(huì)顯著地超過(guò)其允許的剩

53、余不平衡量。</p><p>　　2 轉(zhuǎn)子的不平衡由靜不平衡和動(dòng)不平衡組成，兩者可分別進(jìn)行校正。但若轉(zhuǎn)子的初始不平衡量不大，由初始不平衡所產(chǎn)生的離心力在平衡機(jī)的容限范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)靜、動(dòng)不平衡的特點(diǎn)，就可以直接對(duì)轉(zhuǎn)子作動(dòng)不平衡校正，而無(wú)需事先對(duì)轉(zhuǎn)子作靜平衡。這是因?yàn)殪o止平衡好的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍可能不平衡，面在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)平衡好的轉(zhuǎn)子，在靜止時(shí)一定是平衡的。</p><p>　　剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理較

54、為簡(jiǎn)單，但它是轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的基礎(chǔ)，在熟悉剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理后，其它類(lèi)型的轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡也就不難掌握。</p><p>　　2.4撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理</p><p>　　在平衡技術(shù)中，把凡是不符合剛性轉(zhuǎn)子定義的轉(zhuǎn)子，統(tǒng)稱(chēng)為撓性轉(zhuǎn)子。具體地講，對(duì)于工作轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子自身的第一臨界轉(zhuǎn)速，這時(shí)的轉(zhuǎn)子都應(yīng)稱(chēng)為撓性轉(zhuǎn)子。例如套裝式葉輪的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大多數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。特別是隨著近代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，出

55、現(xiàn)了一些長(zhǎng)徑比很大的轉(zhuǎn)子，如大型化工設(shè)備中的某些轉(zhuǎn)子、燃汽輪轉(zhuǎn)子等，這些轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速很低，但工作轉(zhuǎn)速很高，因此部有可能在高于二階或三階臨界轉(zhuǎn)速下工作。在這種工作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子已呈現(xiàn)撓曲狀，因此，這時(shí)若再如剛性轉(zhuǎn)子那樣，平衡時(shí)不考慮轉(zhuǎn)子的撓曲變形，那末平衡后往往就得不到預(yù)期的效果，而且有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)愈平衡情況愈糟。</p><p>　　撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理簡(jiǎn)述如下：</p><p>　　1、

56、失衡撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)撓度隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。因此，撓性轉(zhuǎn)子不僅要求在工作轉(zhuǎn)速下平衡，而且要在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)。</p><p>　　2、 在接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，撓性轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)上各點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)最大撓度時(shí)所形成的彈性曲線(xiàn)可近似地視為轉(zhuǎn)子在這一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)的振型。振型可用函數(shù)的形式表示，且振型函數(shù)具有正交性。因此，撓性轉(zhuǎn)子平衡時(shí)可以按振型逐階地進(jìn)行。如果逐階平衡好了，這時(shí)轉(zhuǎn)子在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)也就平衡了。<

57、;/p><p>　　3、 撓性轉(zhuǎn)子上平衡配重塊的加置，不但應(yīng)使軸承處的動(dòng)反力為零，而且還應(yīng)使轉(zhuǎn)子所受的撓矩為零(或最小)，這樣轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的撓曲變形為零(或最小)，使得因撓曲產(chǎn)生的附加不平衡離心力為零(或最小)。因此，就不能像剛性轉(zhuǎn)子那樣只在兩個(gè)校正面內(nèi)加置。這時(shí)，只有根據(jù)起始不平衡量的軸向位置和大小，在其所在的軸向平面上對(duì)側(cè)位置處加上平衡配重，就可以不使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生撓曲變形，轉(zhuǎn)子也達(dá)到平衡。</p><

58、;p>　　4、由于不平衡離心力所引起的轉(zhuǎn)子振動(dòng)必然會(huì)引起軸承的振動(dòng)。因此為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，實(shí)際測(cè)量時(shí)可以用通過(guò)檢測(cè)軸承處的振動(dòng)來(lái)推估轉(zhuǎn)子上的不平衡狀況。</p><p>　　此外，在撓性轉(zhuǎn)子的平衡工藝中，特別是在平衡大容量的汽輪機(jī)組時(shí)，可以將每個(gè)轉(zhuǎn)子在安裝l~2級(jí)葉輪后先在低速下進(jìn)行平衡校正，使轉(zhuǎn)子的撓矩減至最小。裝好葉輪后再對(duì)每個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速平衡校正，這樣用每個(gè)平衡好的轉(zhuǎn)子組裝后的汽輪機(jī)組一般就不需再進(jìn)行現(xiàn)

59、場(chǎng)平衡(軸系平衡 [11]。</p><p><b>　　2.5校正理論研究</b></p><p>　　2.5.1全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的組成</p><p>　　本課題研制的全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)采用 R型銑削去重 ,系統(tǒng)由平衡機(jī)本體、 測(cè)控</p><p>　　系統(tǒng)、 上位機(jī)三大部分構(gòu)成 ，如圖所示。</p>&

60、lt;p>　　圖2.1 系統(tǒng)組成圖</p><p>　　全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)本體包括機(jī)械本體、 動(dòng)力部分 (伺服電機(jī))、 執(zhí)行機(jī)構(gòu) (含三個(gè)步進(jìn)電機(jī))及檢測(cè)傳感裝置 ,主要功能是實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)動(dòng)平衡檢測(cè)加工所需的支承、 驅(qū)動(dòng)、 動(dòng)作及檢測(cè)等;測(cè)控系統(tǒng)由測(cè)量控制卡、 步進(jìn)電機(jī)控制卡及系統(tǒng)動(dòng)作協(xié)調(diào)控制卡、 PLC等構(gòu)成 ,主要完成不平衡信號(hào)的采集與整理、 工件不平衡量(幅值和相位)提取、 工件旋轉(zhuǎn)速度的調(diào)節(jié)和控制以及與

61、上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊等功能;上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的協(xié)調(diào) 、 管理和維護(hù)工作;鑒于平衡機(jī)工作場(chǎng)所電磁環(huán)境惡劣 ,上位機(jī)采用工控機(jī) ,并與測(cè)控系統(tǒng)中的 PLC共同放置于一個(gè)綜合控制機(jī)柜中。上位機(jī)一方面要接收各控制卡上傳的數(shù)據(jù) ,另一方面將設(shè)定參數(shù)、 分析處理的結(jié)果傳送給相應(yīng)控制卡。主要功能包括工件標(biāo)定、 誤差分析與補(bǔ)償、 平衡參數(shù)智能分析、 故障診斷、 控制協(xié)調(diào)及用戶(hù)界面等 ,上位機(jī)與各控制卡的通訊采用 RS232串行總線(xiàn)。</p>

62、;<p>　　2.5.2 全自動(dòng)平衡機(jī)系統(tǒng)的控制流程</p><p>　　對(duì)全自動(dòng)平衡機(jī)的工作過(guò)程實(shí)施控制 ,主要是對(duì)工件 (轉(zhuǎn)子 )不平衡量的測(cè)量及校正兩個(gè)階段實(shí)施控制 ,達(dá)到全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的目的?？刂七^(guò)程的流程圖見(jiàn)圖 2。其中 ,測(cè)量夾具夾/松操作、 旋轉(zhuǎn)夾具夾/松操作、 銑刀轉(zhuǎn)/停操作均由 PLC控制 ,而負(fù)責(zé)工件旋轉(zhuǎn)、 進(jìn)給的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)和負(fù)責(zé)帶動(dòng)銑刀快進(jìn)/退、 工進(jìn)/退的步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)則由

63、步進(jìn)電機(jī)控制卡給出。由圖 2.2可以看出 ,全自動(dòng)平衡機(jī)的工作過(guò)程主要包含兩個(gè)步驟: (1)不平衡量測(cè)量 ,信號(hào)處理 ,判斷工件是否合格 ,是則打印測(cè)試報(bào)告并結(jié)束 ,否則進(jìn)行步驟 2; (2)按控制策略去重 ,并轉(zhuǎn)步驟 1,檢測(cè)工件是否已達(dá)標(biāo)。</p><p>　　在步驟1中工件的轉(zhuǎn)速、 旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間是本步驟控制的重點(diǎn)。因?yàn)楣ぜ霓D(zhuǎn)速會(huì)影響不平衡量的測(cè)量精度及旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間 (在加速度一定的情況下 ) ,旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)

64、間決定了流水線(xiàn)的吞吐率。在工件加速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中 ,分析測(cè)量信號(hào) ,一旦測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定若干周期即停止旋轉(zhuǎn) ,并在減速過(guò)程中并行執(zhí)行其他控制動(dòng)作的方法 ,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)是一個(gè)合理可行的控制方法。</p><p>　　在步驟2中 ,建立去重模型是關(guān)鍵 ,決定了去重時(shí)間 (能否一次完成 )和精度。各工步間的配合、 優(yōu)化也是控制策略必須考慮的問(wèn)題。</p><p>　　另外 ,不同類(lèi)工件進(jìn)行動(dòng)平衡前 ,標(biāo)定

65、操作也是控制過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié);各工步的并行安排、 優(yōu)化配合是提高系統(tǒng)效率、 節(jié)能降耗的保證。</p><p>　　圖2.2 控制流程圖</p><p>　　2.5.3 R型銑削模型</p><p>　　R型銑削由于去除不平衡量大、 定位容易等優(yōu)點(diǎn) ,在全自動(dòng)平衡機(jī)中應(yīng)用最廣泛。R型銑削去重模型示意圖如圖 2.3。不平衡量通常的表示方法為“ 克·毫米 ”

66、,是一個(gè)矢量 ,指轉(zhuǎn)子校正平面一個(gè)點(diǎn)上的質(zhì)量與該點(diǎn)到轉(zhuǎn)子軸心距離的乘積。由于去重質(zhì)量為在圓周、徑向的分布 ,顯然采用去重質(zhì)量乘以其質(zhì)心到轉(zhuǎn)子軸心距離會(huì)有較大的誤差 ,實(shí)際上應(yīng)是去重面上各點(diǎn)不平衡矢量的積分。同時(shí)考慮轉(zhuǎn)子圓周上其他因素的影響 (如溝槽面的不規(guī)整度、表面的粗燥度等) ,去掉的不平衡量不可能是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的拱形條塊 ,本系統(tǒng)采用的去重模型可表示為:W = k· ρ·1·h· α·x

67、2,式中 , k表示調(diào)整系數(shù);ρ表示轉(zhuǎn)子去重部分的密度; l表示銑削長(zhǎng)度; h表示銑削深度;α表示去重圓心角 (α= 2arcsind2R, d為銑刀厚度) ; x表示不平衡量的矢量半徑,考慮徑向分布的影響 x = (R - h /2);分析去重模型可以得出 ,銑削去重可按進(jìn)給控制方式不同分為控制銑削深度和控制銑削長(zhǎng)度兩種加工方法 ,實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可根據(jù)工件具體要求做出選擇 ,并由軟件實(shí)施相應(yīng)控制策略。如果第一次去重操作未能使工件動(dòng)平衡

68、達(dá)標(biāo) ,第二次乃</p><p>　　圖2.3 R型銑削模型圖</p><p>　　3 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)架</p><p>　　本文針對(duì)根據(jù)市場(chǎng)需求，以單面立式硬支撐型飛輪平衡機(jī)為研究對(duì)象，為其設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平衡量的自動(dòng)測(cè)量與校正。根據(jù)現(xiàn)有資料，對(duì)其系統(tǒng)構(gòu)架與機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的修改與完善，本章將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)論述。</p><p

69、><b>　　3.1平衡機(jī)的分類(lèi)</b></p><p>　　平衡機(jī)是用于測(cè)定轉(zhuǎn)子不平衡的機(jī)器。按其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行使正，以改善被平衡轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分市，使轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸頸的振動(dòng)或作用于軸承的力減小到規(guī)定的范圍內(nèi)。平衡機(jī)的主要功能是測(cè)量，有時(shí)還附有校正裝置，以提高效率。</p><p>　　由于平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)，工作原理，測(cè)量和顯示方式及平衡對(duì)象的不同，平衡機(jī)的種類(lèi)也很多，目

70、前國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)方法。但是如同轉(zhuǎn)子的不平衡一般分為靜不平衡和動(dòng)不平衡一樣，平衡機(jī)也相應(yīng)地分為靜平衡機(jī)和動(dòng)平衡機(jī)兩大類(lèi)。不言而喻，靜平衡機(jī)是用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的靜不平衡，而動(dòng)平衡機(jī)是用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡，并且也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的靜不平衡或偶不平衡的特殊情況。</p><p>　　按照不平衡量測(cè)量原理，平衡機(jī)又分為重力式平衡機(jī)和離心力式平衡機(jī)兩類(lèi)。重力式平衡機(jī)是在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠轉(zhuǎn)子重力矩作用測(cè)量轉(zhuǎn)子靜不平衡

71、的平衡機(jī)；而離心力式平衡機(jī)是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠測(cè)量由轉(zhuǎn)子不平衡離心力所引起支撐系統(tǒng)的振動(dòng)或支撐所受的動(dòng)載荷確定轉(zhuǎn)子不平衡的平衡機(jī)。重力式平衡機(jī)又可分為滾動(dòng)式和天平式兩種[12]。</p><p>　　習(xí)慣上所說(shuō)的動(dòng)平衡機(jī)系指離心力式雙面平衡機(jī)而言。離心力式平衡機(jī)按其結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)還有如下一些習(xí)慣分類(lèi)方法：</p><p>　　按平衡機(jī)轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的力學(xué)特性分類(lèi)有軟支撐平衡機(jī)和硬支撐平衡

72、機(jī)。軟支撐平衡機(jī)系指平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)固有頻率的平衡機(jī)；而硬支承平衡機(jī)系指平衡轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)固有頻率的平衡機(jī)[13]。</p><p>　　按平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)的狀態(tài)分類(lèi)有臥式平衡機(jī)和立式平衡機(jī)。臥式平衡機(jī)系指在平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子的軸線(xiàn)為水平狀態(tài)的平衡機(jī)；而立式平衡機(jī)系指在平衡機(jī)上轉(zhuǎn)子的軸線(xiàn)為豎立狀態(tài)的平衡機(jī)。</p><p>　　按平衡機(jī)用途分類(lèi)有通用平衡機(jī)，專(zhuān)用平衡機(jī)，質(zhì)量定心機(jī)和

73、現(xiàn)場(chǎng)平衡儀。通用平衡機(jī)系指在平衡機(jī)規(guī)定的轉(zhuǎn)子重量范圍內(nèi)，能平衡形狀；尺寸不同的多種轉(zhuǎn)子的平衡機(jī)；而專(zhuān)用平衡機(jī)是指在平衡機(jī)規(guī)定的轉(zhuǎn)子重量范圍內(nèi)，只能平衡單一種類(lèi)轉(zhuǎn)子的平衡機(jī)；質(zhì)量定心機(jī)是在轉(zhuǎn)子毛坯階段改變轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布使轉(zhuǎn)子的軸線(xiàn)盡量與中心主慣性軸一致，從而減小轉(zhuǎn)子的初始不平衡量的機(jī)器；現(xiàn)場(chǎng)平衡儀是在現(xiàn)場(chǎng)用于對(duì)已安裝好的整機(jī)或機(jī)組進(jìn)行平衡測(cè)試的儀器。由于幾乎所有的測(cè)振儀均可用于現(xiàn)場(chǎng)平衡，所以現(xiàn)場(chǎng)平衡儀一般系指專(zhuān)門(mén)用于現(xiàn)場(chǎng)平衡的，可同時(shí)測(cè)量振

74、幅與相位的儀器，而不包括可用于現(xiàn)場(chǎng)平衡的其他測(cè)量?jī)x器。</p><p>　　按所平衡轉(zhuǎn)子的力學(xué)特性分類(lèi)，有剛性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)和柔性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)(即通常所說(shuō)的高速平衡機(jī)。</p><p>　　按測(cè)量方法，電路特點(diǎn)和不平衡量顯示裝置等分類(lèi)，有機(jī)械式平衡機(jī)、電子式平衡機(jī)、閃光式平衡機(jī)、相敏檢波式平衡機(jī)和瓦特表式平衡機(jī)等。 </p><p><b>　　3.2系統(tǒng)構(gòu)架&

75、lt;/b></p><p><b>　　3.2.1平衡機(jī)</b></p><p>　　一般平衡機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡量的檢測(cè)。而作為全自動(dòng)機(jī)器中的平衡機(jī)不僅要檢測(cè)不平衡量，而且還要具備自動(dòng)定位的功能，這就對(duì)平衡機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。平衡機(jī)可以分為機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)等部分。</p><p>　　從支撐方式上劃分

76、，平衡機(jī)可以分為軟支撐平衡機(jī)和硬支撐平衡機(jī)兩種形式，其中軟支撐平衡機(jī)可以認(rèn)為振幅就是偏心距，要求系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速頻率；而硬支撐平衡機(jī)則是振幅與離心力成正比，要求系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速頻率。在綜合考慮了兩種支撐方式對(duì)振動(dòng)信號(hào)的靈敏度，非線(xiàn)性度等影響因素后，本文采用了硬支撐方式的平衡機(jī)，即硬支撐平衡機(jī)。</p><p>　　支撐部分包括支撐架、擺架、簧片以及鎖緊機(jī)構(gòu)等部件。工件放置于擺架

77、上，與擺架組成振動(dòng)系統(tǒng)，在不平衡力的作用下作受迫振動(dòng)。擺架與傳感器相連，通過(guò)傳感器將擺架的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入測(cè)量回路。支撐系統(tǒng)的動(dòng)力特性直接關(guān)系到平衡機(jī)的性能，因此是平衡機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)。</p><p>　　平衡機(jī)上的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括伺服電機(jī)、皮帶及皮帶輪等。選用伺服電機(jī)的原因是伺服電機(jī)在測(cè)量過(guò)程中能保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，并在自動(dòng)定位的過(guò)程中，起到關(guān)鍵的定位控制作用。平衡機(jī)對(duì)皮帶輪的加工工藝以及安裝工藝要求比較

78、高，如果皮帶輪存在加工和安裝誤差，則會(huì)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中通過(guò)皮帶給轉(zhuǎn)子帶來(lái)周期性的干擾。同樣皮帶表面也要求光滑均勻，沒(méi)有接縫。</p><p>　　信號(hào)的采集與處理直接決定了檢測(cè)結(jié)果的精確性，也決定了整個(gè)機(jī)器的處理效果。因此對(duì)于信號(hào)的采集與處理，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)與研究。采用了硬件二階有源濾波、軟件時(shí)域平均算法、互相關(guān)算法等一系列的方法來(lái)去除各種干擾，提高檢測(cè)精度[14/ 15]。</p><p>

79、;<b>　　3.2.2去重機(jī)</b></p><p>　　去重機(jī)模塊包括移動(dòng)工作臺(tái)與夾具兩部分。</p><p>　　移動(dòng)工作臺(tái)上安裝有刀具，是去重過(guò)程中的重要部件。移動(dòng)工作臺(tái)可帶動(dòng)刀具進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)不同要求的切削量。為了提高切削量的精度，移動(dòng)工作臺(tái)必須實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的兩自由度的移動(dòng)。經(jīng)分析其重復(fù)定位精度應(yīng)該控制在0.02mm以?xún)?nèi)。文中的移動(dòng)工作臺(tái)中

80、的絲杠將采用精密的滾珠絲杠，配合高剛度的直線(xiàn)導(dǎo)軌，可以保證精度要求。為了保證驅(qū)動(dòng)與定位的可靠性與準(zhǔn)確性，絲杠的驅(qū)動(dòng)是利用伺服電機(jī)。</p><p>　　這里的夾具部分分為固定裝置，夾緊裝置，及轉(zhuǎn)向裝置三部分。主要完成對(duì)轉(zhuǎn)子的固定夾緊，保證去重時(shí)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定。</p><p><b>　　3.2.3控制系統(tǒng)</b></p><p>　　全自動(dòng)平衡機(jī)

81、作為一種智能化的專(zhuān)業(yè)機(jī)器，不僅要求具有合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)而且需要一個(gè)合理高效的控制系統(tǒng)。由于整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)部分之間的相互依賴(lài)性，這樣就需要一個(gè)起協(xié)調(diào)作用的控制系統(tǒng)。本文擬采用工業(yè)生產(chǎn)中通用的PLC作為整個(gè)機(jī)器的核心控制器。PLC將控制平衡機(jī)、振動(dòng)采樣模塊和移動(dòng)工作臺(tái)，進(jìn)行協(xié)調(diào)的工作。</p><p>　　本文中的全自動(dòng)平衡機(jī)作為一種針對(duì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化機(jī)器，要求必需滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)所必然遇到的種種苛刻工況，如電網(wǎng)電壓

82、的波動(dòng)、生產(chǎn)車(chē)間的電磁干擾、廠房溫度的高低變化和灰塵濕度等對(duì)電器及機(jī)械結(jié)構(gòu)的腐蝕等等。因此在構(gòu)建控制系統(tǒng)的時(shí)候，本文從工程實(shí)際出發(fā)，主控制器放棄廉價(jià)的單片機(jī)，而選用性能上更加可靠成熟的PLC。這樣雖然在成本上有所提高，但是降低了機(jī)器在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的難度，加快了開(kāi)發(fā)進(jìn)程，同行的穩(wěn)定性打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　4 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　任何一種機(jī)器都必需要有

83、與之相適應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)作為支撐。從設(shè)計(jì)者的角度來(lái)看，其結(jié)構(gòu)不僅僅應(yīng)該滿(mǎn)足功能上的要求，而且還要考慮到實(shí)際應(yīng)用中操作的方便性、拆裝的靈活性、部件調(diào)整的互換性、設(shè)備日后升級(jí)的預(yù)留空間以及加工過(guò)程的可實(shí)現(xiàn)性。作為一個(gè)合格的設(shè)計(jì)者應(yīng)該充分考慮到上面所列種種要求，針對(duì)各個(gè)具體的部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　4.1平衡機(jī)的傳動(dòng)</b></p><p>　　平衡機(jī)的傳動(dòng)

84、問(wèn)題，應(yīng)考慮傳遞功率及變換轉(zhuǎn)速兩方面。由于被平衡工件重量有一個(gè)變化范圍，通常最重工件重量為最輕工件的10~100倍，因此平衡轉(zhuǎn)速通常應(yīng)有兩種以上?？紤]到平衡測(cè)量靈敏度隨平衡轉(zhuǎn)速增高而增高，較輕的轉(zhuǎn)子要求較高的測(cè)量靈敏度。又考慮到轉(zhuǎn)子重量越大，要求驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也越大。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。因此，當(dāng)被平衡工件重量輕時(shí)，應(yīng)采用高的平衡轉(zhuǎn)速；工件重時(shí)則應(yīng)采用低平衡轉(zhuǎn)速。故在本設(shè)計(jì)中采用伺服電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)速。</p>

85、<p>　　本設(shè)計(jì)采用同步齒形帶傳動(dòng)。同步齒形帶是內(nèi)周帶齒的聚氨酯膠帶，它比一般的三角膠帶柔軟得多，因而對(duì)平衡機(jī)的干擾很小。由于通過(guò)齒嚙合傳功，故有嚴(yán)格不變的傳動(dòng)比，絕無(wú)一般帶傳動(dòng)的打滑現(xiàn)象。缺點(diǎn)是帶輪加工及中心距要求較高，傳遞功率不太大。</p><p>　　還應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，所有傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)中，都應(yīng)對(duì)旋轉(zhuǎn)零部件的平衡精度提出適當(dāng)?shù)囊蟆Ｌ貏e是對(duì)轉(zhuǎn)速與平衡轉(zhuǎn)速接近的零部件，平衡精度應(yīng)要求高些。這樣才能盡量

86、減小平衡機(jī)的干擾，提高平衡機(jī)的平衡精度。</p><p>　　4.2平衡機(jī)驅(qū)動(dòng)方式</p><p>　　這里所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)方式，系指使被平衡工件以給定的平衡轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的方式。此時(shí)，驅(qū)動(dòng)件 (或驅(qū)動(dòng)力矩)與被驅(qū)動(dòng)件——工件有直接聯(lián)系。驅(qū)動(dòng)方式主要有：聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)、圈帶驅(qū)功、滾輪摩擦驅(qū)動(dòng)、壓縮空氣驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)以及自驅(qū)動(dòng)。前三種屬機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式，后三種屬非機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式。</p><p

87、>　　聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)是應(yīng)用最廣的一種驅(qū)動(dòng)方式，從重量100克到數(shù)百?lài)嵉墓ぜ?，都可采用這種方式驅(qū)動(dòng)。尤其是重量500公斤以上的轉(zhuǎn)子。因需要大的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，就必須用這種驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中采用十字銷(xiāo)聯(lián)軸節(jié)加套軸。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是聯(lián)軸節(jié)節(jié)叉兩端為通常的虎克接頭。在傳動(dòng)中十字銷(xiāo)將受很大載荷必須有足夠的強(qiáng)度。為避免叉形體的離心力局部過(guò)大，使它受力比較均勻，各方向強(qiáng)度大致相等。有時(shí)將叉形體制成環(huán)形

88、，這種聯(lián)軸節(jié)可傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，還具有裝配時(shí)容易調(diào)節(jié)聯(lián)軸節(jié)本身同心等優(yōu)點(diǎn)，因而常用于較重工件的驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　此外，生產(chǎn)上要求平衡精度高時(shí)，聯(lián)軸節(jié)就應(yīng)設(shè)計(jì)得輕巧些，同時(shí)要保證工件按預(yù)定的時(shí)間啟動(dòng)和停車(chē)。在大批量生產(chǎn)中，要求聯(lián)軸節(jié)使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定。在對(duì)平衡精度要求不太高的情況下，聯(lián)軸節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)保證有足夠的強(qiáng)度裕度，同時(shí)還應(yīng)便于操作。</p><p>　　4.3平衡機(jī)的支撐方式&l

89、t;/p><p>　　立式平衡機(jī)的支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式隨著機(jī)型不同，其結(jié)構(gòu)也不一樣，但基本都由轉(zhuǎn)子聯(lián)接盤(pán)(或稱(chēng)工作臺(tái))，旋轉(zhuǎn)主軸和彈簧支撐元件組成。</p><p>　　動(dòng)平衡機(jī)的支承系統(tǒng)除上述幾個(gè)主要元件—支撐元件、支撐架、彈性元件，擺架座外還有擺架鎖緊機(jī)構(gòu)；托架高度調(diào)整機(jī)構(gòu)；保持架和擺架移動(dòng)機(jī)構(gòu)等。動(dòng)平衡機(jī)支撐系統(tǒng)動(dòng)力特性，元件的設(shè)計(jì)制造和裝配精度好壞直接關(guān)系到平衡機(jī)的性能和精度。因此，支撐系

90、統(tǒng)元件結(jié)構(gòu)形式選擇，設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造和安裝，以至于使用和維護(hù)都是很重要的。</p><p>　　單面立式硬支撐型飛輪平衡機(jī)主要采用彈性元件。彈件元件是平衡機(jī)支撐系統(tǒng)的主要元件，轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的力學(xué)特性主要是由彈性元件的剛度和系統(tǒng)參振質(zhì)量(主要是轉(zhuǎn)子質(zhì)量)及其分布決定的。平衡機(jī)支撐系統(tǒng)的彈性元件一般有兩種主要結(jié)構(gòu)形式。一種是彈簧桿，另一種是彈簧板(或彈簧片)。彈性元件的彈性，線(xiàn)性和穩(wěn)定性好壞都與平衡機(jī)的性能有直接關(guān)

91、系，因此，無(wú)論是設(shè)計(jì)，創(chuàng)造和使用平衡機(jī)時(shí)都應(yīng)特別注意。在使用平衡機(jī)時(shí)，特別是安放轉(zhuǎn)子時(shí)，不應(yīng)使彈件元件受到激烈沖擊，避免彈性元件受到損傷。</p><p>　　4.4伺服電機(jī)的選擇與校核</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字

92、控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。</p><p>　　1、 控制精度不同 </p><p>　　兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0

93、.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國(guó)百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五

94、相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。</p><p>　　交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線(xiàn)編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距

95、角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 </p><p><b>　　2、 低頻特性不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服

96、低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。</p><p>　　交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。</p><p><b>　　3、矩頻特性不同 </b></p><p>　

97、　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以?xún)?nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。</p><p><b>　　4、過(guò)載能力不同 </b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的

98、過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。</p><p><b>　　5、運(yùn)行性能不同 </b></p><p>　　步進(jìn)電

99、機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。</p><p>　　6、 速度響應(yīng)性能不同 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（

100、一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。</p><p>　　綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來(lái)做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以主軸電機(jī)選用4KW步進(jìn)電機(jī)，渦輪蝸桿選用400W交流伺服電機(jī)。</p><p>　　4.5 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　已知

101、電動(dòng)機(jī)功率P=4KW，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min.模m=2，z1=17，z2=23</p><p>　　(1)求軸上的功率P3、轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T3</p><p>　　若取每級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率η1=0.97，帶傳動(dòng)效率η2=0.98則</p><p>　　P3=Pη12η2=4x0.972x0.98 KW=3.69KW</p><p>　　n

102、3=n1/i=1450x（17/23）r/min=1071.7r/min</p><p>　　T3=9550000x（P3/n3）=9550000x(3.69/1071.7)N.mm=32881.9 N.mm</p><p>　　(2)求作用在渦輪上的力</p><p>　　d2=mz2=2x23 mm=46 mm</p><p>　　Ft=

103、2T3/d2=2x32881.9/46 N=1429.6N</p><p>　　(3)初步確定軸的最小直徑</p><p>　　選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，取A0=112，于是得：</p><p>　　dmin=A0（P3/n3）1/3=112x（3.69/1071.7）1/3 mm=16.9 mm</p><p&g

104、t;　　軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處的軸的直徑da。</p><p><b>　　(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　取da=45mm，由于此處要安裝帶輪和固定螺母，所以取la=98mm；由于帶輪要固定，所以應(yīng)在軸上帶輪處設(shè)一軸肩取db=48mm，lb=43mm；過(guò)此處要安裝軸承，故取dc=50mm，lc=22mm；為固定軸承要設(shè)一軸肩，故取dd=54mm

105、，ld=166mm；下處要安裝軸承，故取de=55mm，le=23mm；為固定軸承設(shè)一軸肩取df=60mm，lf=261mm；在軸的最上端設(shè)一軸臺(tái)取dg=130mm，lg=12mm。軸的結(jié)構(gòu)圖如附表一所示。</p><p>　　4.6 軸承的選擇</p><p>　　直徑50mm的軸承的選擇，此處軸承選用角接觸球軸承，型號(hào)為7210C。直徑55mm的軸承的選擇，此處軸承選用角接觸球軸承

106、，型號(hào)為7211C。直徑80mm的軸承的選擇（一），此處軸承選用圓錐滾子軸承，型號(hào)為30216。直徑80mm的軸承的選擇（二），此處軸承選用深溝球軸承，型號(hào)為6216。</p><p>　　5 全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量理論研究</p><p>　　動(dòng)平衡機(jī)要正常運(yùn)行，一方面需要支持的機(jī)械結(jié)構(gòu)，另一方面需要測(cè)試系統(tǒng)完成其他工作，本章將對(duì)全自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量理論研究。</p>&l

107、t;p><b>　　5.1測(cè)量原理</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)物體上的不平衡量所產(chǎn)生的離心力使得平衡機(jī)作有規(guī)則的振動(dòng)，振動(dòng)的物理量如位移、速度或加速度經(jīng)相應(yīng)的傳感器(位移、速度或加速度傳感器)轉(zhuǎn)換成電量形式輸出[16]。這里，假設(shè)傳感器的輸出信號(hào)為：</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p&g

108、t;　　式中 傳感器輸出的直流分量；</p><p>　　基波分量，即待測(cè)得不平衡信號(hào)；</p><p><b>　　不平衡信號(hào)的幅值；</b></p><p>　　不平衡信號(hào)的起始相角；</p><p>　　相應(yīng)工作轉(zhuǎn)速下的角頻率；</p><p>　　傳感器輸出的各次諧波分量；</p