精密离心机的一种现场动平衡方法

　　精密离心机是测试与标定高精度加速度计在高过载下性能的惯导测试设备。离心机旋转所产生的加速度的精度直接影响加速度计的标定精度[1~5]。精密离心机所产生的加速度的精度主要是由大臂的半径精度和主轴旋转速率的平稳性决定的。由于在使用中要经常要随着被测加速度计的不同，调整离心机的转子的不平衡量，所以要设计一种现场动平衡的方法，来实现对精密离心机转子系统中存在的不平衡量进行校正，消除或减小不平衡量对系统精度的影响[6~9]。

　　精密离心机动平衡系统由数据采集、数据分析处理、不平衡量的解算、执行部分等组成。为了保证系统平衡的精度，选用高性能的电容测微仪作为振动量的测试传感器，通过对震动信号的数据处理，分离出由产生不平衡振动的一次谐波分量;利用影响系数法原理对不平衡量进行解算，最后由 PLC 控制步进电机驱动离心机调整面的平衡滑块，完成对精密离心机的动平衡[10~11]。

　　1 影响系数法的原理

　　影响系数法是将转子及支承系统近似的看作黑箱，平衡面上的试加重量作为这一封闭系统的输入，在一定的转速下，在相同测振位置和相同测振方向上，试加重量所引起的振动变化作为输出，对系统进行辩识，得出系统输入和输出之间的关系—影响系数，并利用得出的输入与输出之间的关系，改变试加重量，使系统的输出振动量达到最小，从而达到动平衡的目的。

　　用影响系数法进行动平衡的优势在于把动平衡问题最终转化为线性方程组的求解，方法十分简单，而且非常便于计算机数值计算。

　　由于采用空气轴承的离心机轴系的刚度是很高的，是准刚性的，通过对轴系振动响应的测试，精密离心机上下测试面上测微仪测得的振动响应与上下校正面的不平衡量是线性关系，它们之间的关系系数即是所谓的影响系数。影响系数法就是通过给动平衡系统附加一个确定的激励，即附加不平衡量，测量出其振动响应，根据它们之间的关系，辨识出动平衡系统的影响系数，并根据影响系数，计算出原始不平衡量。

　　精密离心机动平衡系统的测试面和校正面的机械结构示意图,如图 1 所示，精密离心机有两个测试面和两个校正面，上下校正面上各有两个步进电机驱动的平衡滑块。

　　取上、下校正面滑块的移动方向分别为 x 轴和y 轴方向，取 x 轴正方向为不平衡量的零相位方向，设初始时精密离心机上校正面的不平衡量为U10，下校正面的不平衡量为U20，在试验转速下测得上测试面的振动响应为Y10，下测试面的振动响应为Y20，若上、下校正面不平衡量对上、下测试面振动响应的影响系数分别是α11、α12、21、α22，