[發明專利]一種內置式高速主軸雙面在線動平衡裝置及其控制系統

無效

• 申請號: 201110107531.7
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102252806A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 伍良生;張仕海
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M1/38
• 分類號: G01M1/38
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

1.一種內置式高速主軸雙面在線動平衡裝置，包括有兩個平衡頭，平衡頭采用對稱式結構設計，每個平衡頭包括兩個平衡盤合成所需調節的不平衡量；其特征在于：

所述的平衡頭包括兩個平衡盤(1)、嚙合齒座(2)、復位簧片(3)、油囊(4)，油囊架(12)；嚙合齒座(2)兩側對稱分布著平衡盤(1)，嚙合齒座(2)和平衡盤(1)之間通過嚙合齒來嚙合，兩個平衡盤(1)內側對稱布置有三個油囊支架(12)，油囊支架(12)上的通孔連接有油囊(4)，油囊(4)與平衡盤(1)之間裝一承摩簧片(5)上，平衡盤(1)上有構成不平衡量的缺口，平衡盤(1)的外側布置且沿主軸周向均勻分布的三個復位簧片(3)，一側的復位簧片(3)由簧片連接環(10)相連并與主軸固定；

平衡盤(1)具有構成不平衡量的缺口及單向嚙合齒(6)，單向嚙合齒(6)沿平衡盤齒(1)圈周向均勻分布，嚙合齒座(2)具有雙向嚙合齒(7)，與平衡盤(1)的嚙合齒相配合，其通過圓柱銷(15)與主軸(8)固定；平衡盤(1)與嚙合齒座(2)通過復位簧片(3)及油囊(4)-承摩簧片(5)機構實現嚙合或分離；

三個復位簧片(3)通過連接螺釘(9)與簧片連接環(10)固定連接，構成復位簧片組；平衡盤(1)、復位簧片組與主軸連接；四個平衡盤(1)對應四組復位簧片組，分為內外各兩組，內復位簧片組(Z1)用于兩內側平衡盤的復位、壓緊，空套于主軸上，由軸肩定位；外復位簧片組(Z2)用于兩外側平衡盤的復位、壓緊，并空套于主軸上，由兩鎖緊螺母(16)進行定位及調節預緊力；

油管接頭(11)與油囊架(12)連接，通過油囊架(12)內部油路對油囊供油，油囊(4)、承摩簧片(5)均與油囊架(12)固定連接；油囊架(12)與主軸箱體(14)通過連接螺栓(13)連接；承摩簧片(5)位于油囊(4)與平衡盤(1)之間，且油囊(4)內低油壓時，承摩簧片(5)與平衡盤(1)不接觸，平衡盤(1)與嚙合齒座(2)嚙合；油囊(4)內高油壓時，油囊(4)的膨脹力通過承摩簧片(5)作用于平衡盤，推動平衡盤(1)與嚙合齒座(2)?分離；

2.根據權利要求1所述的一種內置式高速主軸雙面在線動平衡裝置，其特征在于：所述的平衡盤(1)、嚙合齒座(2)為整體加工式結構；所述復位簧片(3)構成的復位簧片組為整體可拆裝式結構；所述的油囊(4)-承摩簧片(5)為整體可拆裝式結構；

3.根據權利要求1所述的一種內置式高速主軸雙面在線動平衡裝置的控制系統，包括液壓控制系統、不平衡振動監測與控制系統兩部分，其特征在于：

液壓控制系統：包括油箱(LPS1)、油泵(LPS2)、兩位四通閥(LPS3)、緩沖油腔(LPS4)、溢流閥(LPS5)、電機(LPS6)、濾器(LPS7)、油管(L1、L2、L3)、油管接頭；油箱(LPS1)出油口(p10)經濾器(LPS7)、油管與油泵(LPS2)進油相接，油泵(LPS2)出油口經進油管(L1)與兩位四通閥(LPS3)的p1相連，p2口經進油管(L1)與緩沖油腔(LPS4)進油口(p5)相連；緩沖油腔(LPS4)回油口(p6)經回油管(L2)與兩位四通閥(LPS3)的p3相連，p4口經回油管(L2)與油箱(LPS?1)回油口(p8)相連；緩沖油腔(LPS4)溢油口(p7)經溢流閥(LPS5)及溢油管(L3)與油箱(LPS1)溢流回油口(p9)相連；緩沖油腔(LPS4)出油(p11、p12、p13)分別通過油管與各自所控油囊(4)連接；兩位四通閥(LPS3)電磁鐵接控制信號，控制兩位四通閥(LPS3)的工作位置；

不平衡振動監測與控制系統：包括兩個電渦流傳感器(v1、v2)，四個光電傳感器(s1、s2、s3、s4)，一個光電傳感器(st1)，BNC2110屏蔽式接線盒，NIPCI-6221動態信號采集卡，計算機，電腦RS232串口控制的智能多路控制器，兩位四通閥控制端電磁鐵；主軸前軸承座的振動監測傳感器(v1)，主軸后軸承座的振動監測傳感器(v2)，四個平衡盤位置監測傳感器(s1、s2、s3、s4)，以及基準信號傳感器(st1)分別通過信號電纜與BNC2110屏蔽式接線盒連接，測量信號經信號采集卡與計算機信號相連，；計算機通過RS232串口與智能多路控制器相連，智能多路控制器的輸出接兩位四通閥(LPS4)?的控制端電磁鐵；

4.根據權利要求3所述的一種內置式主軸雙面在線動平衡裝置的控制方法，其特征在于：該方法包括：系統使用前準備工作、振動信號分析與控制兩個方面：

1系統使用前準備工作包括：

1)依據系統結構設計及平衡精度等級要求輸入系統基本參數；包括：四個平衡盤固有不平衡量、平衡精度等級、平衡盤嚙合齒的齒距、各傳感器參數；并將這些參數作為基本控制參數存入系統，用于后續計算與控制；

2)通過兩次試重，分別計算兩校正平面對兩監測點的影響系數，并存儲于系統，為動平衡過程中的相關計算所用；具體操作為：

傳感器(v1)測量監測點pt1的振動信號，傳感器(v2)測量監測點pt2的振動信號；

i)調節平衡頭I、II的合成不平衡量均為零，此時在平衡轉速上測量前軸承測點pt1的原始不平衡振動?表示為?同時測量后軸承測點pt2的原始不平衡振動?表示為?

ii)試重一，調整平衡頭II的合成不平衡量為0，平衡頭I的合成不平衡量為?此時在平衡轉速上測量測點pt1不平衡振動為?表示為?測量測點pt2不平衡振動為?表示為?由式?計算校正平面A對測點pt1的影響系數?由式?計算校正平面A對測點pt2的影響系數?并將?和?存儲于系統；

iii)試重二，調整平衡頭I的合成不平衡量為0，平衡頭II的合成不平衡量為?此時在平衡轉速上測量測點pt1不平衡振動為?表示為?測量測點pt2不平衡振動為?表示為?由式?計算校正平面B對測點pt1的影響系數?由式?計算校正平面B對測點pt2的影響系數?并將?和?存儲于系統；

3)泄油提前角的測算，為消除液壓油泄放所引起的控制誤差，系統使用前通過實驗測定泄油所需時間t，并存儲于系統；由式γ＝Δω×t可計算出泄油提前角γ，其中Δω為調整過程中平衡盤與主軸之間的速度差；系統發出泄油信號的位置角由式δ＝χ-γ得出，其中δ為泄油位置角，χ為平衡盤的目標調整角；

2振動信號分析與控制按以下步驟實施：

步驟1：信號采集模塊將測點pt1、pt2的振動信號，四個平衡盤的位置信號，基準信號采集到控制系統；系統首先根據平衡精度等級的要求判斷測點pt1、pt2的振動是否超越精度要求，如果振動量在精度允許范圍內，則繼續監測；

步驟2：如果測點振動量超過精度允許范圍，則判斷系統是否已連續進行了3次動平衡操作，如果已經連續進行了3次動平衡操作，系統振動量仍不能達到精度允許范圍內，說明測點pt1、pt2的振動不一定是由系統不平衡所引起，或動平衡系統故障，此時需要停機，查找振動或故障原因；

步驟3：如果系統本次動平衡次數在3次范圍之內，系統分離出測點pt1、pt2振動的基頻分量，如果基頻分量在平衡精度等級要求范圍內，說明測點振動主要不是因不平衡所引起，方法失效，需要停機，分析振動產生原因；

步驟4：如果基頻分量超過平衡精度等級要求，則由式?及?計算平面A所需施加的不平衡量?及平面B所需施加的不平衡量?

平衡盤(1)的目標調整角由公式?及?得出；上式中，當θ₂-θ₁＜180°時等式右邊取正，當θ₂-θ₁＞180°時取負；式中p為平衡盤與主軸同步旋轉所產生的不平衡量大小，θ₁、θ₂分別為同一平衡頭中兩平衡盤相對主軸基準的目標調整角，Q₁為不平衡量?的幅值，φ₁為不平衡量?的相位；

將四個平衡盤(1)的目標調整角分別減去泄油提前角，得到四個平衡盤的泄油位置角，并計算機控制系統輸出控制信號對平衡盤位置進行調節；

步驟5：平衡盤位置調整后，重新轉入主軸振動監測狀態，并判斷測點振動是否符合精度要求；若符合精度要求則繼續監測，若不符合精度要求則重新執行步驟2～4。?