单面立式平衡机摆架扭转效应研究

作     者：王德全 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王秋晓

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：硬支承单面立式平衡机 扭转效应 扭转刚度 工件质量 工件位置 

摘      要：皮带轮、飞轮等长径比小于1/5的转子通常被称为盘类转子。这类转子在工作时不可避免地受到自身不平衡力的影响,从而产生振动、噪声、疲劳损坏等恶劣影响,因此必须用单面立式平衡机对其进行动平衡处理。目前硬支承单面立式平衡机常见的测量方法有影响系数法或三点法,平衡机在出厂前只需一次标定,在车间只需对不平衡量进行校验即可投入生产,且对于平衡测量范围内的工件均可实现“精确测量。硬支承单面立式平衡机所采用的测算方法基于单自由度的平动系统,即簧板所受载荷为盘类转子的离心力。实际上,平衡机摆架系统的振动是平动振动和扭转振动耦合的结果,只考虑平动振动而忽略扭转振动势必会带来测量误差。在动平衡测试中发现,改变工件质量或工件位置会带来较大的测量误差,因此本文从扭转效应的角度对硬支承单面立式平衡机中的测量误差进行分析,并探究扭转效应与工件质量及工件位置的关系。建立了单自由度的平动力学模型和考虑扭转振动的平动-扭转两自由度力学模型和对应的运动学方程。根据运动学方程推导了摆架系统振动中心的位置公式,分析了转子转速、工件位置和质量对振动中心位置的影响;运用材料力学的方法推导了单面立式平衡机振动簧板的的平动刚度公式和扭转刚度公式,同时分析了扭转刚度与簧板尺寸、簧板位置间的关系;通过实验,验证了扭转效应随工件质量、位置的非线性变化规律;通过分析实验扭转刚度与理论扭转刚度的相对误差,证明了簧板扭转刚度公式的正确性,同时证明了扭转刚度随工件质量及位置的非线性变化规律。在实验验证的基础上,对硬支承单面立式平衡机的系统误差进行分析,因主轴夹具不平衡引起的系统误差可通过去重或加重方法解决,因工件安装偏心引起的误差可通过电气补偿方式解决。同时分析了因扭转效应带来的原理误差,运用影响系数法分析了工件质量或工件位置变化带来的测量误差,其中以不同工件质量进行标定时的最大测量误差为19.16%,以不同工件位置进行标定时的最大测量误差为32.95%,证明了单面立式平衡机永久标定方法存在的不合理,为单面立式平衡机的误差评估和算法改进提供了参考依据。