專利名稱：一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于平衡機領域，涉及一種基于全息動平衡技術在平衡機領域中的應 用一基于全息動平衡技術的新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統。該發明將全 息動平衡技術用于平衡機的擺架設計中，解決了回轉體因不平衡產生的振動問題。
背景技術：
隨著現代工業的迅猛發展，各種回轉機械廣泛應用各種工業領域。轉子作為回轉 機械的主要部件，企業對其重視程度日益增加，而轉子是否能夠安全、高效的長期運行也成 為整個企業正常生產的重要保障。回轉機械產生振動的主要原因就是轉子的不平衡。轉子平衡從形式上主要分為兩個方面一是在線平衡，主要應用于拆卸困難、運輸 不便的現場工況平衡；一是離線平衡，即利用平衡設備，主要指動平衡機對轉子進行平衡測 試與校正。平衡機是將轉子放置在軸承或滾輪等支承架上并使其旋轉，根據旋轉時的離心 力所引起的軸承振動或支承架的振動來確定不平衡量大小和相角位置的平衡裝置。本質上 來講是通過軸承或擺架的振動情況來反映轉子的振動情況，因此，測量兩向垂直振動信號 的平衡機擺架系統的設計成為平衡機設計的關鍵。市場上使用的大部分動平衡機無法考慮現場的工況，其支承擺架系統設計剛度水 平與垂直方向差異很大，而實際中轉子支承系統各向剛度雖存在差異，但并未達到平衡機 剛度差異的數量級上，導致轉子(即被測工件)在平衡機上進行平衡校正后，安裝到設備中 時平衡效果會發生變化。另一方面，現有平衡機的結構只是測量單方向的振動信號，沒有考 慮轉子支承剛度的影響，但由于轉子支承剛度各向異性的普遍存在，僅根據單方向振動信 號進行不平衡量的解算有一定誤差。硬支承平衡機對工件進行平衡前，校正平面分離運算 中出現的常數，需要人為進行測量來完成幾何參數標定的設置，當轉子尺寸或結構發生變 化時需要重新進行標定設置，給不平衡量的計算帶來一定誤差。硬支承平衡機對基礎要求 嚴格，基礎對平衡精度影響十分大，要求澆注地基，因此只能將轉子拆卸下來后，長途運輸 到相關的單位進行平衡校正，使得在平衡機上平衡周期長，額外負擔運輸等費用的消耗，增 加平衡成本，給生產帶來了巨大的經濟損失。為了克服以上現有技術和平衡機的不足，本發明公開了一種新型的測量兩向垂直 振動信號的平衡機擺架系統，充分考慮現場實際工況，以全息動平衡理論為基礎，同時利用 全息譜的信息集成作用，可以明顯的提高轉子平衡效率和精度。
發明內容
針對已有技術存在的缺陷或不足，即無法考慮現場的工況，平衡機的結構只是測 量單方向的振動信號，降低信號信息的可用度，人為進行測量轉子結構參數引入一定誤差 等方面的問題，本發明的目的在于，提出一種新型的結果簡單的測量兩向垂直振動信號的 平衡機擺架系統，以全息動平衡理論為基礎，充分利用全息譜的信息集成作用，以期提高平 衡機的平衡精度；另外，減小平衡機支承狀況與現場支承狀況間的差異，有望減小轉子在平衡機和機器使用中的平衡效果的差異。為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，包括M型擺架本體、安全壓板、滾 輪支承和傳感器支座；所述M型擺架本體下部為一平臺，中部設置有兩個凸臺，上部為兩個 相互垂直的彈性元件構成的M型結構；所述M型擺架本體上部設置有安全壓板，該安全壓板 的兩端與凸臺固定連接；所述M型結構的連接點設置有滾輪支承；所述彈性元件與M型擺 架本體下部之間設置有傳感器支座。所述傳感器支座由支架底座定位壓板、支架底座和傳感器安裝座組成；所述支架 底座定位壓板為由兩塊內側具有凹槽的定位板構成，該定位板通過側面設置的螺栓固定在 M型擺架本體下部；所述支架底座由一個底部平臺和設置在底部平臺的傾斜方柱體構成， 傾斜方柱體頂部設置有導向塊；所述底部平臺嵌入支架底座定位壓板內側凹槽中，該支架 底座定位壓板頂面設置有螺栓，該螺栓壓在底部平臺表面。所述滾輪支承包括滾輪架、滾輪、彈性擋圈、心軸和滾動軸承；所述滾輪的內孔與 軸承的外徑過渡配合，而軸承的內孔與心軸過渡配合，心軸一端加工有螺紋可以將滾輪以 及軸承固定在滾輪架上。所述安全壓板包括第一金屬板、第二金屬板及定位塊；所述定位塊通過螺紋扳手 固定在第一金屬板和第二金屬板的連接處；安全壓板的一端通過銷軸與擺架鉸接，另外一 端采用螺栓與銷軸配合的方式與擺架連接；所述擺架固定安裝在M型擺架本體中部的凸臺 上。本發明提出的測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，該擺架結構具有相互垂 直的彈性支承元件，能夠將轉子自身的振動有效傳遞到彈性元件上，可以實現對一個測振 截面內互相垂直布置兩個傳感器進行振動信號的采集，這樣在兩個方向安裝的傳感器得到 的譜圖或軸心軌跡的形狀，就不會隨傳感器安裝的位置而改變，同時兩個傳感器進行信息 融合后的綜合信息將比單傳感器更加全面地反映該截面的振動狀態，提高了平衡精度，實 現全息動平衡技術在平衡機中的應用。同時根據有限元理論，建立全息動測量兩向垂直振 動信號的平衡機擺架系統的有限元模型，并對其進行線性響應判斷、靜力分析、模態分析和 諧響應分析，校核結構的可行性與強度，并對機構參數進行優化。擺架系統具體包括擺架本體與附屬裝置，所述附屬裝置還包括滾輪支承裝置，安 全壓板，傳感器支座；所述滾輪支承裝置包括滾輪架，滾輪，心軸與滾動軸承；所述安全壓 板由第一金屬板和第二金屬板組成，兩金屬板中間裝有定位塊，用于固定前后兩金屬板的 間距，壓板中間裝有頂柱，頂柱兩側裝有四個用于定位的銷軸，保證頂柱的定位不會左右偏 移，所述頂柱中間開有滑動槽，用于調節頂柱與轉子的間距，頂柱與安全壓板的金屬板間由 螺紋扳手連接固定；傳感器支座由支架底座，傳感器安裝座，支架底座定位壓板組成，支架 底座與擺架本體成45°夾角，確保傳感器安裝后能夠測量擺架彈性元件的法向振動響應， 所述支架底座與擺架本體接觸面處加工有突臺，以便滿足減少精加工表面與定位的需要， 所述支架底座與傳感器安裝座間設有滑槽，以便調整傳感器與擺架彈性元件間的距離，所 述支架底座定位壓板為“山”型，確保支架底座與擺架本體緊密接觸且定位精確。在上述擺架系統中，所述擺架本體彈性元件呈M型，擺架本體底面精加工，與平衡 機底座通過銷空定位，同時通過8個螺栓固定聯接。
在上述擺架系統中，所述安全壓板的一側通過銷軸與擺架本體鉸接，另外一側通 過銷軸與螺栓配合的方式與擺架本體進行連接。在上述擺架系統中，所述滾輪支承裝置通過緊盯螺釘與擺架本體連接，所述滾輪 心軸與滾輪架間相對位置用記號筆進行標記。在上述擺架系統中，所述擺架本體，安全壓板，滾輪支承裝置，傳感器支架均采用 優質結構鋼為材料制成。在上述擺架系統中，所述安全壓板中的頂柱采用膠木材料制成。在上述擺架系統中，所述擺架本體與傳感器支架采用電火花線切割成型，采用“一 體式”可提供系統剛度。本發明的測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統在轉子激振力作用下受迫振 動，通過安裝在彈性元件旁邊的傳感器測的兩向垂直的振動響應，從而可應用全息譜技術 進行不平衡量的解算，提高平衡精度，結構簡單，操作方便，易于實現轉子失衡全面數據圖 形顯示和數據管理。本發明與現有平衡機相比具有以下特點1.融合全息譜技術利用兩向垂直振動信號進行不平衡量的解算，通過全息譜信息融合技術能夠更多 的利用振動信息量，更加準確的反應轉子振動情況，相對僅采用單方向振動信息進行不平 衡量的解算，本發明理論可達精度更高些。2.平衡可靠性好本發明中平衡機擺架水平方向與垂直方向的剛度差異較原有平衡機有所減小，與 轉子實際運行的工況更為貼切，從而使得經平衡機平衡后的轉子在安裝到設備中后仍可保 證較高的平衡精度，提高了平衡機平衡的可靠性。3.結構簡單，成本低本發明中擺架系統結構簡單，較原有平衡機機械系統安裝，調試更為簡單，另外， 不再使用電測系統進行校正平面分離，而采用PC機進行不平衡量的解算，能夠使用更為復 雜的算法，且使用成本低，結果顯示生動、全面，方便用戶建立故障庫。
圖1是新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統圖；圖2是新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統使用安裝圖；圖3是新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統示意圖；圖4是新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統傳感器支座結構圖；圖5是新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統滾輪支承裝置結構圖；圖6是新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統安全壓板結構圖；圖7是轉子平衡前后三維全息譜對比圖。其中1為擺架；2為轉子系統；3為擺架本體；4為傳感器支座；5為滾輪支承；6為 安全壓板；401為支架底座定位壓板；402為支架底座；403為傳感器安裝座；501為滾輪架； 502為滾輪；503為彈性擋圈；504為心軸；505為滾動軸承；601為前擺架；602為銷軸；603 為第一金屬壓板；604為頂柱；605為螺紋扳手；606為定位塊；607為第二金屬壓板；608為螺栓；609為開合壓塊；610為銷軸；611為后擺架。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述請參閱圖1，圖1是本發明新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統圖，該系 統主要由前擺架、后擺架和轉子系統組成；請參閱圖2，圖2是本發明新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統使用安 裝圖，使用時，需要將安全壓板6打開，如圖2所示將安全壓板的一端的緊固螺栓608放松， 拔出銷軸610，打開安全壓板6。將被測工件的兩端軸頸分別放在滾輪支承5上，調整被測 工件與聯軸器的位置，并通過螺栓將被測工件與聯軸器進行聯接，聯軸器與電機相連用于 驅動被測工件。關閉安全壓板6后插入銷軸610并將緊固螺栓608上緊。調節頂柱604與 被測工件軸頸的間隙后通過安全壓板中間扳手605將頂柱604鎖緊，被測工件安裝后如圖 1所示。請參閱圖3，圖3是本發明新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統示意圖。 新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統包括擺架本體3與附屬裝置，附屬裝置包括 傳感器支座4、滾輪支承裝置5及安全壓板6。請參閱圖4，圖4是本發明新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統傳感器 支座結構圖。傳感器支座由支架底座定位壓板401、支架底座402和傳感器安裝座403組 成。支座的頂部加工有凸臺，與傳感器安裝座403底部加工的槽相配合，可以使傳感器在支 座上沿擺架待測面的法線方向上下移動，便于實際平衡過程對傳感器位置的調節。在傳感 器安裝座403上裝有傳感器，用于測量擺臂的振動。支架底座定位壓板401通過側面螺栓與 擺架本體鏈接并固定，在上面同時由兩個螺栓頂在支架底座402上，便于調整支架底座402 并且定位可靠。請參閱圖5，圖5是本發明新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統傳滾輪 支承裝置結構圖。滾輪支承裝置包括滾輪架501、滾輪502、彈性擋圈503、心軸504與滾動 軸承505組成。滾輪502的內孔與軸承505的外徑過渡配合，而軸承505的內孔與心軸504 過渡配合，心軸一端加工有螺紋可以將滾輪502以及軸承505固定在滾輪架501上。請參閱圖6，圖6是本發明新型測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統安全壓 板結構圖。安全壓板由第一金屬板603、第二金屬板607及兩金屬板中間定位塊606組成， 壓板中間裝有頂柱604，用于調節頂柱與轉子的間距，頂柱與安全壓板的金屬板間由螺紋扳 手605連接固定。安全壓板的一端通過銷軸602與擺架鉸接，另外一端采用螺栓608與銷 軸610配合的方式與擺架連接。對本發明進行試驗驗證，全息平衡機實驗臺由電機驅動，最高速度可達3500r/ min,電機與被測工件之間有萬向聯軸器連接。被測工件上有5個加重盤，每一加重盤上加 重方位角的最小間隔為15°，從電機驅動端向被測工件自由端看去，被測工件沿逆時針方 向旋轉。實驗中各次加重信息如表所示。表1平衡實驗各次加重信息(g )
權利要求
一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，其特征在于包括兩個相同的擺架和設置在擺架中間的轉子系統；所述擺架包括M型擺架本體、安全壓板、滾輪支承和傳感器支座；所述M型擺架本體下部為一平臺，中部設置有兩個凸臺，上部為兩個相互垂直的彈性元件構成的M型結構；所述M型擺架本體上部設置有安全壓板，該安全壓板的兩端與凸臺固定連接；所述M型結構的連接點設置有滾輪支承；所述彈性元件與M型擺架本體下部之間設置有傳感器支座。
2.如權利要求1所述一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，其特征在于所 述傳感器支座由支架底座定位壓板、支架底座和傳感器安裝座組成；所述支架底座定位壓 板為由兩塊內側具有凹槽的定位板構成，該定位板通過側面設置的螺栓固定在M型擺架本 體下部；所述支架底座由一個底部平臺和設置在底部平臺的傾斜方柱體構成，傾斜方柱體 頂部設置有導向塊；所述底部平臺嵌入支架底座定位壓板內側凹槽中，該支架底座定位壓 板頂面設置有螺栓，該螺栓壓在底部平臺表面。
3.如權利要求1所述一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，其特征在于所 述滾輪支承包括滾輪架、滾輪、彈性擋圈、心軸和滾動軸承；所述滾輪的內孔與軸承的外徑 過渡配合，而軸承的內孔與心軸過渡配合，心軸一端加工有螺紋可以將滾輪以及軸承固定 在滾輪架上。
4.如權利要求1所述一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，其特征在于所 述安全壓板包括第一金屬板、第二金屬板及定位塊；所述定位塊通過螺紋扳手固定在第一 金屬板和第二金屬板的連接處；安全壓板的一端通過銷軸與擺架鉸接，另外一端采用螺栓 與銷軸配合的方式與擺架連接；所述擺架固定安裝在M型擺架本體中部的凸臺上。
全文摘要
本發明公開了一種測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統，本發明涉及的測量兩向垂直振動信號的平衡機擺架系統結構由M型擺架，安全壓板，滾輪支承和傳感器支座組成，其特點是M型擺架設計采用一體式，彈性元件間相互垂直，當轉子存在不平衡量旋轉時，擺架彈性元件受迫振動將轉子振動傳遞到相互垂直的兩彈性元件上，通過安裝在傳感器支架上的傳感器提取兩向垂直振動信號并利用全息動平衡技術進行不平衡量的解算。該結構的擺架系統不僅能夠測量兩向振動信號，應用全息動平衡技術，提高平衡精度，同時可以更加接近轉子實際運行的工況，提高平衡的可靠性，其結構簡單，拆裝方便，成本低，結果顯示豐富，為平衡機結構的研究提供了一種新的探索方向。
文檔編號G01M1/16GK101936798SQ201010257850
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月19日 優先權日2010年8月19日
發明者劉文文, 吳婷婷, 張西寧, 溫廣瑞, 臧廷朋 申請人:西安交通大學