摘要:介紹專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)的板鏈斗式提升機(jī)力學(xué)原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，詳細(xì)論述動(dòng)平衡機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)方程及彈性系統(tǒng)剛度。

關(guān)鍵詞： 動(dòng)平衡機(jī)；剛性轉(zhuǎn)子；振振動(dòng)輸送機(jī)動(dòng)方程

Design and Realization of Specially Dynamic Balancing Mac石料粉碎機(jī)hine System

HU Y大傾角波形擋邊輸送機(jī)i-fei

(Guang dong Shun de City Hua shun Electrical Mach反擊式破碎機(jī)ine Industry co.,LTD 528315)

Abstract:The paper introduces dynamic balancing machine the mechanics princ標(biāo)準(zhǔn)振篩機(jī)iple and the mechanical

         Struct青石制砂機(jī)ure design principle, Balancing machine vibrating equation and resilience system of rigid is

         discuss第三代制砂機(jī)ed。

Key word: Dynamic balance machine; rigid rotor; vibrls螺旋輸送機(jī)ation equation

1 DY型移動(dòng)式輸送機(jī)引言

    平衡機(jī)在國(guó)外應(yīng)用已相當(dāng)普及，專(zhuān)用平衡機(jī)的種類(lèi)很多。我國(guó)由于平衡機(jī)起步晚，60年代開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)，技術(shù)上不但落后于先進(jìn)國(guó)家，而且某些專(zhuān)用平衡機(jī)幾乎是空白，如風(fēng)機(jī)，電機(jī)、木工機(jī)械、空調(diào)機(jī)等專(zhuān)用設(shè)備平衡機(jī)。對(duì)平衡機(jī)而言，機(jī)械系統(tǒng)是平衡機(jī)中最關(guān)鍵的部分，它性能好壞直接關(guān)系到轉(zhuǎn)子（工件）平衡精度及工作效率。只有針對(duì)不同工件設(shè)計(jì)專(zhuān)用機(jī)械系統(tǒng)，才能把轉(zhuǎn)板式輸送鏈子振動(dòng)減少到最低限度。所以本文提出專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械的性能和使用壽命具有重要意義。

2振動(dòng)電機(jī) 力學(xué)原理

（1）單齒輥破碎機(jī)轉(zhuǎn)子兩面平衡原理：

    設(shè)有不平衡量的剛性轉(zhuǎn)子M繞定軸Z作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示，由于轉(zhuǎn)子是不平衡的，可以分解為由若干個(gè)偏心薄圓盤(pán)所組成，各圓盤(pán)的重心都不在轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上，當(dāng)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，各圓盤(pán)均產(chǎn)生一個(gè)慣性力，即F1、F2·····FN等組成一個(gè)空間慣膠帶機(jī)性力系。這些慣性力雖然大小，方向、位置不相同，但它們都通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，都和轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直。

    假定轉(zhuǎn)子的左右兩端面作為校正面，將每個(gè)慣性力都分解為通過(guò)A、B兩點(diǎn)的平行力，如第i個(gè)慣性力 分解礦用破碎機(jī) ，其中： 作用于A點(diǎn)的端面上， 作用于B點(diǎn)的端面上，l為轉(zhuǎn)子左右兩個(gè)端面的距離，li為第i個(gè)慣性力至左端面的距離。

     同樣，把每個(gè)慣性力都向左、右兩個(gè)端面分解，按平面匯交力系，各自得到一個(gè)通過(guò)匯交點(diǎn)的合力 、 ，即 、 。顯然，這兩個(gè)作用在左、右端面上合力 與 和轉(zhuǎn)子的

所有慣性力是等效的。因此，在左、右兩端面上進(jìn)行平衡校正，適當(dāng)?shù)丶又鼗蛉ブ鼐涂梢韵齊A、RB，使轉(zhuǎn)子得到平衡。

     由此可見(jiàn)，任何一個(gè)不平衡剛性轉(zhuǎn)子都可在兩個(gè)與轉(zhuǎn)軸垂直的平面上進(jìn)行平衡校正，這就是剛性轉(zhuǎn)子兩面平衡原理，專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)這個(gè)平衡原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）硬支承平衡機(jī)機(jī)械特性和校正平面解算[1][2]

     硬支承平衡機(jī)是七十年代發(fā)展起來(lái)的新品種，其支承剛度大，故轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率很高，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平衡轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子支承振幅很小，轉(zhuǎn)子慣性力可忽略不計(jì)。轉(zhuǎn)子不平衡量是力形式作用在支承上，只要測(cè)出支承所受力，就能得到不平衡量，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子加試運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)整，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸，無(wú)需啟動(dòng)機(jī)器就能調(diào)整好系統(tǒng)。

    轉(zhuǎn)子和支承系統(tǒng)尺寸已知，左、右兩校正面的不平衡量為m1r1及m2r2，其對(duì)應(yīng)的離心力，兩軸承處動(dòng)反力為及 ，這些力都是矢量；若轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)，則這些力皆為零。

    硬支承平衡機(jī)就是根據(jù)動(dòng)反力 來(lái)確定兩校正面上離心力 與 ，從而確定兩校正面上的不平衡量。由于是在測(cè)量軸承處，而校正是選定的兩校正面上，它們之間的關(guān)系是動(dòng)力平衡的關(guān)系。因些轉(zhuǎn)子的慣性力可省略不計(jì)，故支承反力和不平衡力是平衡。

    由此可見(jiàn)，由不平衡量m1r1及m2r2產(chǎn)生的離心力 僅與兩軸承處的動(dòng)反力 與 和軸承及校正面位置尺寸A、B、C有關(guān)。軸承處動(dòng)反力通過(guò)傳感器測(cè)出，各位置尺寸通過(guò)鍵盤(pán)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行平面分離解算加以調(diào)整。

3 專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    平衡機(jī)機(jī)械系統(tǒng)主要由兩大系統(tǒng)組成：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（它驅(qū)動(dòng)被測(cè)轉(zhuǎn)子(工件)達(dá)到所需的平衡轉(zhuǎn)速）、擺架系統(tǒng)（它支承被平衡工件，并使之在不平衡力作用下產(chǎn)生振動(dòng)）。

（1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

    驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：包括電機(jī)、傳動(dòng)裝置（變速裝置）、制動(dòng)裝置、傳動(dòng)方式（聯(lián)軸節(jié)）等。主軸的一端安裝角度盤(pán)，用來(lái)指示工件不平衡相位。另外主軸上還裝有光電傳感器，用來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)。為了使被平衡工件達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速，首先確定電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)功率及傳遞的轉(zhuǎn)矩，按傳動(dòng)元件的尺寸參數(shù)，結(jié)合被平衡工件的規(guī)格、類(lèi)型，及平衡精度要求，設(shè)計(jì)裝卸夾具，確定工件與主軸聯(lián)接方式。

    總之，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要保證被平衡工件在測(cè)量過(guò)程中有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速；避免驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)零部件在測(cè)量過(guò)程中，對(duì)工件振動(dòng)特性產(chǎn)生不良影響。

（2）擺架系統(tǒng)

    擺架系統(tǒng)：包括軸承（滾輪）、擺架、彈性元件等。軸承與擺架連成一體，通過(guò)彈性元件與支承架聯(lián)接，工件安裝在兩支承架之間與擺架組成振動(dòng)系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于工件不平衡，在離心力作用下被迫振動(dòng)，通過(guò)傳感器將擺架的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)，輸入測(cè)量回路。

    在擺架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先要選擇適當(dāng)?shù)闹С蟹绞酱_定框架的結(jié)構(gòu)形式，以及與之相適應(yīng)的元件。且又要保證平衡工件要求在平衡機(jī)的重量范圍內(nèi)，擺架應(yīng)有一定足夠尺寸的剛度。同時(shí)，鑒于要確保平衡機(jī)有較高的靈敏度，又要求擺架重量適當(dāng)。所以擺架系統(tǒng)設(shè)計(jì)是平衡機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。

（3）自由度不平衡轉(zhuǎn)子振動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算

    平衡機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，是平衡機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中心問(wèn)題，為了是平衡振動(dòng)系統(tǒng)有較好相頻和幅頻特性，以保證平衡測(cè)量的穩(wěn)定性和精度，振動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)基本要求[1]。① 在激振力可能達(dá)到的范圍內(nèi),激振力與位移的關(guān)系是線性的。② 振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率 與平衡轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率ω必須符合規(guī)定：ω＜0.3 。

1)運(yùn)動(dòng)方程:

    本文以三自由度的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)為例，其轉(zhuǎn)子及支承力學(xué)模型如圖3所示：轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)以系統(tǒng)質(zhì)點(diǎn)O方向平動(dòng)，繞質(zhì)點(diǎn)O在YZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和Z軸旋轉(zhuǎn)。 

    轉(zhuǎn)子以角速度ω進(jìn)行平衡，由于轉(zhuǎn)子不平衡引起彈性系統(tǒng)一起振動(dòng)，振動(dòng)系統(tǒng)隨質(zhì)心沿Y方向的平動(dòng)為 ，繞質(zhì)心YZ平動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)θ。假定轉(zhuǎn)子質(zhì)量M，擺架軸系附件質(zhì)量 ,簧板剛度K，校正平面的徑向慣性力mrω2轉(zhuǎn)子在YOZ平面運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)固有頻率

2）簧板剛度

①取值范圍:

    硬支承平衡機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其固有頻率，質(zhì)心的位移和轉(zhuǎn)角又很小，質(zhì)量為M的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中的慣性力可以略去不計(jì)，支承上測(cè)得的彈性力近似于m不平衡量引起徑向力，有一定誤差。為了使誤差限制在一定范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)硬支承平衡機(jī)時(shí)，應(yīng)使質(zhì)量M的慣性力和不平衡量m引起徑向力之比不大于誤差率σ，即：

②簧板厚度:

    左右彈性支承采用兩片等厚度的矩形簧板支承，簧板兩端用螺釘分別固連于底板及擺架上

③數(shù)據(jù)分析

由于篇幅有限制，本文以風(fēng)機(jī)專(zhuān)用為例，給出有些相關(guān)數(shù)據(jù)：

工件（風(fēng)輪）質(zhì)量：M=50Kg

擺架軸系附件質(zhì)量：M’ =35Kg

彈性系統(tǒng)總剛度:2K=119.5Mpa

當(dāng)平衡轉(zhuǎn)速n =1200r/min時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率：ω=(2πn)/60=125.6 rad/s

誤差率 ≈0.01(當(dāng) =0.01時(shí))

4 結(jié) 論

（1）.按照本文提供相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)制造的專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)，測(cè)量線性好，比一般平衡機(jī)工作效率更高，操作更方便、精度更高。

（2）.經(jīng)實(shí)踐證明：專(zhuān)用機(jī)械系統(tǒng)配CSH平衡測(cè)量?jī)x，一次不平衡量減少率URR ≥95%，最小可達(dá)剩余不平衡量emar≤0.3g.mm/kg。

（3）.本系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械性能和使用壽命有很大參考價(jià)值，同時(shí)也對(duì)開(kāi)發(fā)全自動(dòng)平衡機(jī)有一定借鑒作用。