立式硬支承动平衡机微机化测量系统的研究

　　1　动平衡机概述

　　绕定轴旋转的零件或部件称为转动件,简称转子。当转子质量分布均匀,安装良好,转动必平稳。在理想情况下,支承只受重力,转子转动与不转动一样只有静载荷。当转子质量分布不均匀,安装不当,使转子的中心惯性主轴与旋转轴不重合,产生惯性离心力和离心力偶,在支承上造成额外的转动载荷称为动载荷。对于旋转轴线有约束的不平衡转子,动不平衡在支承上造成动载荷,不仅会引起整个旋转机械的振动,产生噪音,增加能耗,还会加快轴承的磨损,造成转子部件的高频疲劳破坏和支承机匣及某些部件强迫振动损坏,降低旋转机械的寿命,严重时还会导致重大事故。

　　对于旋转轴线无约束的转子(如卫星等),动不平衡将会影响其在空间的姿态,进而影响其工作质量。

　　由于这些不平衡是在转子转动时出现的,故一般需要在转动时进行测量,然后校正,因此称为动平衡。动平衡效果如何,在很大程度上要受到测量系统精度的制约。

　　根据转子振动时振动系统的固有频率与测量时转子的旋转速度之间的关系,动平衡机可分为软支承和硬支承两类。硬支承动平衡机是自70年代初迅速发展起来的一种用途广泛的通用动平衡机。由于其标定与转子的M(质量)和I(转动惯性)无关,因此只需要一次标定(而软支承动平衡机的标定系数随转子的M和I而异,故对于不同类型的转子时,需要一一重新标定)。近年来,由于结构上的不断改进,电测系统也日益完善,平衡精度不断提高,加上通用性强,目前除了超高速、高精度、小转子和大批量(如曲轴)的平衡仍用软支承动平衡机外,其余已多改用硬支承动平衡机。

　　动平衡机由以下几部分组成:机械测振系统(含振动传感器和相位信号发生器)、驱动系统、电子测量系统、校正装置和安全防护装置。动平衡技术是一种机电一体化的复杂技术,也是制约机械工业发展的关键技术,它直接影响各种旋转机械的工作质量和寿命。以德国、日本为代表的先进工业国家在动平衡研究领域起步早,发展快。而我国虽然起步不晚,但是由于种种原因,发展缓慢。为了满足工业上对高档次动平衡机的需求,作者在参考国内外同行研究的基础上,提出了一种通用的动平衡测量系统。

　　2　系统的总体设计方案

　　2.1　影响系统方案的一些因素

　　动平衡机电测系统的主要任务是从机械测振系统所得到的含干扰的微弱的动不平衡信号中提取与转子旋转同频的有用信号的幅值和相位信息,同时还要配合机械测振系统解决转子的平面分离(解算)以及转子的自动定相问题。这是我们电测系统设计的基本出发点。