[发明专利]一种实现旋转机械在线自动平衡的剖分式自动平衡装置

权利要求书

1.一种实现旋转机械在线自动平衡的剖分式自动平衡装置，其特征在于：该装置为剖分式结构，包括剖分式自动平衡执行器、电磁驱动模块、PLC总控制器、位置检测模块、振动检测模块；PLC总控制器接收位置检测模块输出的配重块位置信号、振动检测模块输出的振动检测信号，并经计算输出驱动控制信息给电磁驱动模块，驱动剖分式自动平衡执行器内的配重块依照PLC总控制器计算出的大小和方向进行移动，进行质量再分配，从而实现振动抑制；

剖分式自动平衡执行器包括动环和静环两部分；动环包括剖分式轴承(12)、过渡套(11)、配重盘(16)、铁磁板a(13)、铁磁板b(14)、铁磁板c(15)、动环定位端盖，各结构部件均采用剖分式机械结构，通过锁紧螺栓成为一个整体，配重盘可以相对主轴旋转，其它部件与主轴同步旋转，动环内还包括永久磁铁(18)、定位磁铁(21)、动环锁紧螺栓(19)；静环包括：支撑架(25)、U型线圈(22)、霍尔传感器(26)、静环锁紧螺栓(23)，通过锁紧螺栓成为一个整体，用于产生驱动配重盘转动的电磁场并实时测量配重盘(16)的位置；

电磁驱动模块内含直流电源及产生驱动脉冲的电磁驱动控制电路；

PLC总控制器为可编程控制器，根据位置检测模块和振动检测模块提供的信号，通过算法计算并输出控制信号给电磁驱动模块，用于控制剖分式自动平衡执行器内配重盘的动作；

位置检测模块通过静环内的霍尔传感器(26)检测配重环上的定位磁铁(21)信号，获得配重盘(16)上配重质量的位置，并对信号进行处理后输入PLC总控制器；

振动检测模块内的振动传感器用于实时监测旋转主轴的振动状态，安装在旋转主轴的周向位置，并输出振动检测信息给PLC总控制器；

所述的剖分式自动平衡执行器的动环与静环之间存在0.5mm～1mm的径向间隙δ₀；动环通过过渡套(11)和剖分式轴承(12)固定在旋转主轴(10)上，与之同步旋转；静环通过支撑架(25)固定在外机架上；

所述剖分式轴承(12)为薄型轴承，结构包含内圈，滚珠，剖分式保持架及外圈，其中内圈与外圈的剖分面之间用带有定位面的动环锁紧螺栓(19)连接成一体，通过圆柱或者圆锥定位面来保证径向定位，通过螺钉及紧固连接片连接剖分式保持架；

所述过渡套(11)用于连接剖分式轴承(12)和旋转主轴，其剖分面采用插接式连接，并通过螺钉对其进行固定；

所述配重盘(16)为动环组件，安装在两个剖分式轴承(12)外圆周上；配重盘(16)剖分为半圆环形结构，其剖分面连接方式选择连接片连接，通过螺栓进行固定；外圈边缘镶嵌有正负极间隔反向的永久磁铁(18)，用于产生步进动作，配重盘(16)一侧安装配重块(17)，另一侧开孔，形成一个配重质量；在轴向共安装两个配重盘(16)，组成可变的配重合力；

所述铁磁板a(13)、铁磁板b(14)、铁磁板c(15)由磁导性材料制成，是磁的良好导体；铁磁板组安装于配重盘(16)的两侧，起到降低磁阻，增强磁场强度的作用；安装后的铁磁板a(13)、铁磁板b(14)、铁磁板c(15)其剖分面连接方式皆选择螺栓连接；每个剖分面用两个螺栓进行连接；在轴向分布上分别为铁磁板a(13)，铁磁板b(14)，铁磁板c(15)，其直径一般都要比配重盘(16)的直径大，并且会有矩形凸缘或者凹槽；铁磁板组和配重盘(16)之间无摩擦；铁磁板a(13)、铁磁板b(14)、铁磁板c(15)上均设有通孔，永久磁铁(18)的数量为铁磁板组通孔数量的两倍；通孔的作用是利用磁力作用阻止配重盘(16)转动，从而使动环中的配重盘(16)即使在外界无能量的条件下也不会“转动”，使得配重盘(16)在较大的旋转加速度时也能保持静止平稳状态，从而具有“自锁”功能；

所述动环定位端盖固定在转轴上，随转子同速转动；动环定位端盖在平衡头中的作用有两方面：一是把平衡头所有零件轴向固定，锁紧两侧定位端盖后，保证其内部的配重盘(16)和铁磁板组的侧隙固定不变；二是作为配重块(17)定位的基准；其剖分面连接方式和螺栓选择与配重盘(16)的原理相同；通过在一个支撑架(25)的外圈镶嵌定位磁铁(21)来提供定位基准信号；每个配重盘(16)上定位磁铁(21)相对于该支撑架(25)定位基准磁铁的角度实时反映了配重块(17)的位置信息，是驱动配重盘(16)到下一个目标位置的起始位置；通过两个配重盘定位信号和一个定位端盖定位基准信号，就可以对配重块(17)精确定位，进而实现不平衡量的精确调整；

所述静环包括静环支架a(24)、静环支架b(27)、左右励磁支架、左右励磁线圈(22)、霍尔传感器(26)；静环支架a(24)、静环支架b(27)位于主轴外侧；左右励磁支架安装于静环支架a(24)、静环支架b(27)中间；两组U型的左右励磁线圈(22)位于左右励磁支架内，其功能用于产生磁力，磁力可通过磁路驱动动环中的配重盘(16)；所述的霍尔传感器(26)数量为三个，其中两个霍尔传感器安装在静环的左右励磁线圈(22)的内壁，其轴向分别与动环中的两个配重盘(16)位置对应，另一个霍尔传感器(26)安装在左右励磁支架的内壁，轴向位置与动环中的任意铁磁板位置对应，其中，铁磁板是铁磁板a(13)、铁磁板c(15)，三个霍尔传感器(26)的功能是测量并获取出两个配重块(17)相对于旋转主轴(10)键相信号的位置信息；

所述剖分式轴承(12)数量为两个，且为薄型轴承，左右励磁线圈(22)数量为两个；

电磁驱动式自动平衡执行系统的安装方式选择端面安装方式或穿轴安装方式。

2.根据权利要求1所述的一种实现旋转机械在线自动平衡的剖分式自动平衡装置，其特征在于：本系统的安装顺序如下，

1)动环的安装动作过程包括：首先组装过渡套(11)，再安装两个剖分式轴承(12)，再依次安装配重盘(16)、铁磁板b(14)、铁磁板a(13)和铁磁板c(15)；动环中的以上部件均为剖分式连接，最后通过动环紧定螺栓(20)串行连接；

2)静环的安装动作过程包括：首先安装霍尔传感器(26)，再依次按照左右励磁支架(29)、静环支架a(24)、静环支架b(27)、左右励磁线圈(22)、另一静环支架及另一左右励磁支架；静环中的以上各部件最后通过静环锁紧螺栓(23)串行连接；

安装过程中：霍尔传感器(26)安装在左右励磁支架同一个圆周上，且与定位磁铁(21)的轴向位置一一对应；静环内的左右励磁支架内侧与动环铁磁环外侧之间的间隙为δ₀；

3)剖分式自动平衡执行器的过渡套(11)将动环安装到旋转主轴(10)的任意位置；

4)静环通过支撑架(25)安装在旋转机械的旋转主轴(10)机架上。