新一代智能动平衡仪设计

　　0　引言

　　现代机器向着高速化、高效率、高精度和大型化发展,在旋转机械中转子振动问题已经成为比较突出的技术问题,并且对机器的寿命、可靠性、运转性能及工作环境有着重要影响,而由于材质不均匀、温度不均匀、加工和安装误差以及结构上的原因造成的转子不平衡是转子振动的最主要激发源。动平衡问题是随着旋转机器的出现而提出的,并且随着汽轮机、发动机、电动机、离心机、分子泵以及压缩机的出现而变得越来越突出。旋转机器出现的初期,由于机器的转速低,平衡精度要求不高,所以初期阶段只需要对转子进行静平衡,使用的各种装置也属于静平衡机一类。

　　随着转子的转速越来越高,平衡精度不断提高,只对转子进行静平衡已满足不了工业生产的实际要求,因此对动平衡仪逐渐有了广泛的研究,各种动平衡机相继出现。本文设计了基于PC的新一代通用智能动平衡仪。

　　1　动平衡原理

　　转子的平衡,一般采用影响系数法,其平衡步骤主要包括测量初始振动、加试重、再次测量振动、计算影响系数、加重、验证平衡效果等。假设待平衡的转子有M个平衡面和N个测点,则影响系数可以表示为:

　　式中:为在第j个平衡面上所加试重的质量;为该试重在第i个测点上产生的振动量;为在第j个平衡面上的加重对第i个测点处的影响系数。

　　可见影响系数反映了转子上i点处的不平衡量和j平衡面处振动之间的关系。通过测量转子各个测点处的初始振动,然后再测量在各个平衡面加已知的质量后各测点的振动即可计算出影响系数:

　　其中各个量均为含有幅度和相位信息的向量。假设各个平衡平面上的失衡量为Qj,则有如下方程:

　　方程(3)是一个含有N个未知数和M个方程的方程组,解该方程组即可获得各个平衡面上的失衡量。

　　在实际的平衡过程中,由于受条件限制,会出现加重面少于测点个数的情况,即M

　　假设最终所求得的各个加重面上的失衡量为Q′i,则各个加重面上的残余振动为:

　　令s为残余振动的平方和:

　　最小二乘的核心问题即为求解使得s最小的一组Q′i,其解为:

　　因此,只要测出转子的初始振动以及在各个加重面加已知质量的试重后的振动,即可计算出影响系数矩阵,从而可以按式(6)计算出各个平面上的平衡质量。最后在加实际平衡质量后,再次测量转子的残余不平衡量,可进一步验证动平衡的效果。如果残余振动小于所要求的精度,则本次平衡完成,如果没有满足精度要求,则反复进行以上步骤,直到同频振动幅度满足精度要求。