专利名称：一种新型动平衡实验台的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及教学实验以及一定范围内的测试用设备，确切地说是动平衡实验台。

背景技术：
由于加工误差及各方面的原因，旋转零部件都存在着一定量的偏心，在运转时会引起机器的振动，加剧轴承的磨损，降低机器的使用寿命。因此，对不平衡转子进行动平衡处理是消除振动的一种行之有效的方式。
随着现代转子转速的提高，作为直接影响旋转机械工作效率和可靠性的振动问题越来越突出。解决这一问题最有效的方法就是对转子进行高精度的平衡。
动平衡测试系统按其机械部分的测量原理可分为硬支承与软支承两类。由于软支承平衡机需频繁的动态调整，工作时不便，目前，硬支承方式因其永久标定及结构可靠的优越性使其在很大的范围内取代了软支承平衡机，通过板弹簧将其系统固有频率以及将传感器检测到的振动信号与力学方程联系起来。但传感器实测得到数据往往需要经过一系列复杂的换算才能准确找到转子的偏心量及相位角，在运算中往往会产生较大的近似误差。

实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种智能动态实测转子不平衡量的实验台。
本实用新型采用如下技术方案 一种新型动平衡实验台，包括工作台、安装在工作台上的带有传感器的机械测试设备、和用于接收传感器数据并进行处理的计算机，所述机械测试设备的前、后测试盘通过其主轴由动态测试机座支撑并定位在工作台平台上，前、后测试盘上设有与安装在工作台上的光电传感器相对应的反光贴片，其主轴一端通过联轴器与电机输出轴连接，另一端设有传感器，所述传感器为位于主轴下方用于检测其径向力的称重传感器。
优选地，所述前、后测试盘的动态测试机座为硬支撑，它分为前、后机座，其上分别设有支撑主轴的支撑轮。
优选地，所述动态测试机座的后机座侧面在轴孔周围设有三个支撑轮，其中一个支撑轮位于主轴正上方，另外两个支撑轮分别位于主轴的左下方和右下方，所述动态测试机座的前机座侧面在轴孔周围设有四个支撑轮，分别位于主轴的上、下、左、右，其中下支撑轮能够自由上下活动，支撑轮的定位轴与一顶杆成“7”字形相连，顶杆的下端支撑在前机座下方的称重传感器上。
优选地，所述前机座的下半部为一矩形孔，矩形孔顶部有一圆孔，带支撑轮的顶杆通过圆孔直接落到称重传感器上，其下方是固定在矩形孔内的称重传感器，所述称重传感器底部设有基座。
优选地，所述顶杆与前机座内部之间设有直线轴承。
优选地，所述支撑轮的固定轴安装在前、后机座的内孔中，其安装支撑轮的一端带有限位轴肩，向外伸出的另一端带有外螺纹并旋入螺母。
优选地，所述前、后机座的内孔是以主轴轴孔为中心径向延伸的长圆孔，除前机座下支撑轮之外的其它支撑轮均设有调节螺杆。
优选地，所述调节螺杆从前、后机座的外部径向旋入内孔中，其前端与支撑轮固定轴相连接。
优选地，所述前、后机座均由机座体和机座端盖构成，机座体的上部形成有矩形凸部，机座端盖的下部形成有矩形凹部，两者上下嵌合并用螺栓连接在一起。
优选地，所述前、后机座的上支撑轮位于其机座端盖上。
本实用新型所提供的新型动平衡实验台采用硬支撑并用称重传感器代替以往动平衡测试台所常用的加速度传感器。通过光电传感器可准确的求得测试盘的转速，用称重传感器可以很灵敏的实测到各个状态下的测试盘所给支承点的瞬时压力，输入计算机中进行数据处理。由于是直接实测旋转转子的瞬时偏心力，使测试的结果更加真实，且减少了运算步骤，消除了运算中的近似误差。

图1为本实用新型所提供新型动平衡实验台的一种具体实施方式
的结构示意图； 图2为图1中机械测试设备的结构示意图； 图3为图2所示机械测试设备的俯视图； 图4为图2所示机械测试设备的A-A视图； 图5为图2所示机械测试设备的B向视图； 图6为图2所示机械测试设备的支撑原理示意图； 图7为使用图1所示新型动平衡实验台进行实验的计算结果图形。
图中数字编号所对应的零部件或部位名称如下 1.工作台 2.机械测试设备 3.计算机 201.前测试盘 202.后测试盘 203.主轴 204.前机座 205.后机座 206.光电传感器207.联轴器 208.电机 209.支撑轮 210.顶杆 211.称重传感器212.基座 221.机座体 222.机座端盖 223.螺栓 224.螺母225.调节螺杆 具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。
请参考图1，该具体实施方式
中的新型动平衡实验台，主要由工作台1、安装在工作台上的带有传感器的机械测试设备2、和用于接收传感器数据并进行处理的计算机3构成，工作台1的左侧为平台，正面设有相应的控制面板，工作台1的右侧用于放置计算机3的显示器和机箱。由于动平衡测试对实验台的平台要求较高，如果平台的平面不是严格的水平面，在装配以及实测中都会产生诸多的不良影响，故对其进行磨平，保证平台的平面是水平的。
请参考图2、3、4、5，为便于清楚地显示结构，图2中省略了调节螺栓等部件，图3中省略了支撑轮、螺母等部件。上述机械测试设备的前机座204、后机座205分别用螺栓固定，其上开设有主轴轴孔，前测试盘201、后测试盘202通过其主轴203由前机座204、后机座205架设在工作台平台上，形成硬支撑体。前测试盘201、后测试盘202上设有与安装在工作台上的光电传感器206相对应的反光贴片(图中未示出)，其主轴203一端通过联轴器207与电机208的输出轴连接。
由于在动平衡测试台中，只需要传递速度而不附加任何径向力，所以联轴器的选择也很重要。一般有万向联轴器、弹性柱销联轴器、鼓型齿联轴器等几种选择。其中万向联轴器在有偏角的情况下会产生速度波动，所以使用万向联轴器就要严格保证其对中性；弹性柱销联轴器由于安装等原因，往往会对轴构成径向压力，而且弹性柱销联轴器面积较大，转动惯量较大，对测试结果也有较大的影响，故不采用。鼓型齿联轴器只传递转速，而不对轴构成径向压力，所以是最好的选择。但本实验台考虑到成本，采用了双万向节的万向联轴器，双万向节联轴器灵活度高，可降低测试对对中性的要求。
如图2、4所示，后机座205由机座体221和机座端盖222构成，机座体221的上部形成有矩形凸部，机座端盖222的下部形成有矩形凹部，两者上下嵌合并用螺栓223连接在一起。后机座205的侧面在轴孔周围设有三个支撑轮209，其中一个支撑轮位于主轴203正上方的机座端盖222上，另外两个支撑轮分别位于主轴203的左下方和右下方。支撑轮209的固定轴安装在后机座205的内孔中，其安装支撑轮209的一端带有限位轴肩，另一端带有外螺纹并旋入螺母224，内孔是以主轴轴孔为中心径向延伸的长圆孔，调节螺杆225从后机座的外部径向旋入其内孔中与支撑轮转209的轴相连接 如图2、5所示，前机座204的侧面在轴孔周围设有四个支撑轮209，分别位于主轴203的上、下、左、右，其中下支撑轮能够自由上下活动，除下支撑轮之外的其它支撑轮均设有调节螺杆225，其余结构与后机座205基本相同，这里就不再赘述。
前机座204的下半体具有一矩形开口，顶杆210与支撑轮的定位轴成“7”字形相连，顶杆的下端支撑在前机座下方的称重传感器上，其下方是固定在矩形开口内且底部设有基座212的称重传感器211。
上述左、右支承轮用于阻止主轴产生水平方向跳动，只允许其在垂直方向上波动。波动产生的径向力由下支承轮通过顶杆210传递到称重传感器211中。如图5所示，下支承轮可自由上下活动，由于顶杆210位于支座内部并插入到下支承轮的轴，故当下支承轮受到轴向下的作用力时，和顶杆210所受的向下的作用力并不在同一直线上，即与顶杆210所受的摩擦力不同线，形成力耦，容易造成卡位，使顶杆210的力不能很好的传递到称重传感器211上，所以这里采用了直线轴承，使顶杆210通过直线轴承，消除了卡位，解决了这一问题。由于制造、装配工艺方面的原因，往往在实际中左右两个支承轮的轮心与轴的中心并不准确的在同一水平面上，造成微小的错位，两轮预紧后给轴在垂直方向上造成压力，影响测试的结果。所以在装配中并不预紧左右两轮，但也不能使其与轴产生水平间隙。
上述光电传感器206和称重传感器211通过采集卡与计算机在数据传输上连接在一起，由光电传感器206和称重传感器211测得的数据通过采集卡输入计算机中。要保证测试的准确性，传感器的选择也很重要，本实验台采用了湖南宇航公司的GZB-2A称重传感器，非线性为0.1％FS，滞后误差为0.1％FS，灵敏度为1.0944mV/V。通过放大电路放大至0V～5V，接入中泰工控PCI-8310采集卡中。PCI-8310采集卡处理速度快，性能稳定，可以实现高速采集，适应于本实验台适时数据采集。此外，考虑到杂波的影响，将采集卡的未接入信号的模拟量的引脚全部接地，消除信号通道之间的干扰。对于光电传感器的数字量信号，在信号引脚中接入一费斯通滤波器，以消除其他信号的干扰。
请参考图6，该测试台中，两支点之间的距离为S，后测试盘到后支点的距离为L1，两测试盘之间的距离为L2，两偏心矢量的夹角为θ°。
取光电传感器的反光贴片处位置为相位角初始位置，记为0°，以测试盘的旋转方向为正方向。为了使两测试盘的初始位置一致，使两测试盘的反光贴片位置连线与轴线水平。在实测中，当称重传感器所检测到力的最大值时，计算机开始计时，当测试盘的反光贴片转到光电传感器处触发脉冲时停止计时，计时所得的时间差乘以转速即为所要求得的相位偏角。左支点偏角记为θ1，右支点偏角记为θ2。由于预紧压力、电机转速的微小波动、以及测试盘所受到的摩擦力、各种力、传感器的相位滞后、电磁杂波的综合干扰，在实际测量中的相位偏角常会在一定的范围内波动。所以在所得到的偏角中剔除波动较大的个别值，并将剩余的值取平均值。考虑到实际情况各种干扰的影响，将所得到的偏角值

分别加减一常量，使结果符合理论值。


由于称重传感器所检测到力的最大值也会受到各种干扰的综合影响，而且随着速度的变化所受到的综合影响会有一定的变化，所以在程序中将所测得的压力值减去一个值ΔP，即予以清零。可认为求得的值为实际偏心所构成的压力值，对计算后得到的结果取最大值，即是偏心量转到垂直向下时的压力值，取几个最大值的平均值求得P1，P2。
下面就不平衡量的解算进行说明 根据上述测定的P1、P2、θ1、θ2、转速ω即可得到两测试盘的偏心量的质径积。
以上公式中，FL1、FR1、FL2、FR2为前、后支点在前、后测试盘的偏心矢量的分量，F1、F2、α1、α2为求得的前、后测试盘偏心量的大小及偏心相位角。
联立(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)式可得F1、F2，带入(7)、(8)便可得到α1、α2 由于一些量微小的变化会对动平衡的影响较大，所以动平衡对实验台的要求比较高，在实测中，许多情况会对实验结果造成影响。
图7为显示在计算机屏幕上的实测计算的结果，在两偏心盘的任意位置粘贴橡皮泥，进行实测。
图中实心的圆点表示实测后计算所得的测试盘的偏心量，点状圆点表示需要平衡偏心所需粘贴橡皮泥的位置，其面积的大小代表质量的大小。由于程序所求得的是偏心量的质径积，所以结果中靠近盘边缘的点状圆点面积小，靠近轴心的面积大，左边的表示后测试盘，右边表示前测试盘。W表示轴的转动方向，Y1，Y2分别表示前、后测试盘的反光贴片位置，为角度的0°位置。图中左下为实测的P1值经过滤波后一个周期的波形，最大处为P1的最大值，横轴的角度表示实测的P1的最大值的相位角与后测试盘反光贴片的夹角θ1，右图同上。具体数值如下表所示
由上可看到，实测计算的结果与理论计算的结果十分接近，即该实验台的测试比较精确。
在动平衡实验台中，由于要求能够将粘贴的小块橡皮泥所造成的偏心量准确的反映出来，所以对实验台的机械部分要求较高。为了提高其测试精度，则要在诸多方面进行考虑。如实测中各种矢量的综合干扰、机械润滑的程度、联轴器的选择、机械的装配精度、实验台平台是否水平等。也要考虑传感器的选择，电动机的选择，电路的抗干扰等。考虑了这些，在程序中也要对相应的算法进行优化，既不能使测试的结果发生大幅的波动，也不能使其失真，达到最优的适时采集。
以上对本实用新型所提供的新型动平衡实验台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.一种新型动平衡实验台，包括工作台、安装在工作台上的带有传感器的机械测试设备、和用于接收传感器数据并进行处理的计算机，所述机械测试设备的前、后测试盘通过其主轴由动态测试机座支撑并定位在工作台平台上，前、后测试盘上设有与安装在工作台上的光电传感器相对应的反光贴片，其主轴一端通过联轴器与电机输出轴连接，另一端设有传感器，其特征在于，所述传感器为位于主轴下方用于检测其径向力的称重传感器。
2.根据权利要求1所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述前、后测试盘的动态测试机座为硬支撑，它分为前、后机座，其上分别设有支撑主轴的支撑轮。
3.根据权利要求2所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述动态测试机座的后机座侧面在轴孔周围设有三个支撑轮，其中一个支撑轮位于主轴正上方，另外两个支撑轮分别位于主轴的左下方和右下方，所述动态测试机座的前机座侧面在轴孔周围设有四个支撑轮，分别位于主轴的上、下、左、右，其中下支撑轮能够自由上下活动，支撑轮的定位轴与一顶杆成“7”字形相连，顶杆的下端支撑在前机座下方的称重传感器上。
4.根据权利要求3所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述前机座的下半部为一矩形孔，矩形孔顶部有一圆孔，带支撑轮的顶杆通过圆孔直接落到称重传感器上，其下方是固定在矩形孔内的称重传感器，所述称重传感器底部设有基座。
5.根据权利要求4所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述顶杆与前机座内部之间设有直线轴承。
6.根据权利要求3至5任一所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述支撑轮的固定轴安装在前、后机座的内孔中，其安装支撑轮的一端带有限位轴肩，向外伸出的另一端带有外螺纹并旋入螺母。
7.根据权利要求6所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述前、后机座的内孔是以主轴轴孔为中心径向延伸的长圆孔，除前机座下支撑轮之外的其它支撑轮均设有调节螺杆。
8.根据权利要求7所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述调节螺杆从前、后机座的外部径向旋入内孔中，其前端与支撑轮固定轴相连接。
9.根据权利要求8所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述前、后机座均由机座体和机座端盖构成，机座体的上部形成有矩形凸部，机座端盖的下部形成有矩形凹部，两者上下嵌合并用螺栓连接在一起。
10.根据权利要求9所述的新型动平衡实验台，其特征在于，所述前、后机座的上支撑轮位于其机座端盖上。
专利摘要本实用新型公开了一种新型动平衡实验台，包括工作台、安装在工作台上的带有传感器的机械测试设备、和用于接收传感器数据并进行处理的计算机，所述机械测试设备的前、后测试盘通过其主轴由动态测试机座支撑并定位在工作台平台上，前、后测试盘上设有与安装在工作台上的光电传感器相对应的反光贴片，其主轴一端通过联轴器与电机输出轴连接，另一端设有传感器，所述传感器为位于主轴下方用于检测其径向力的称重传感器。由于是直接实测旋转转子的瞬时偏心力，使测试的结果更加真实，且减少了运算步骤，消除了运算中的近似误差。
文档编号G01M1/14GK201488859SQ200920166330
公开日2010年5月26日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者严伟, 何竞飞 申请人:湖南宇航科技有限公司