[发明专利]一种主轴内置机械式在线动平衡系统

摘要

一种主轴内置机械式在线动平衡系统，属于高速主轴在线动平衡技术领域。包括动平衡装置、运动控制系统、数据无线传输系统、动不平衡检测计算系统、控制决策运算系统；动平衡装置置于主轴内，动不平衡检测计算系统检测主轴的不平衡信号，分析计算主轴动不平衡等效离心力及其矢量方向和位置；控制决策运算系统将等效离心力等效分解到两个动不平衡调整平面，计算各平面动不平衡等效离心力；并制定每组质量块的质量分布策略；数据无线传输系统接收及传输动不平衡校正指令；运动控制系统安装于动平衡装置的控制腔内，接收动不平衡校正指令，控制动平衡装置中电机的运转。本发明适合各种主轴运行工况，实现主轴动不平衡状态的在线校正。

主权项

一种主轴内置机械式在线动平衡系统，其特征在于：包括动平衡装置、运动控制系统、数据无线传输系统、动不平衡检测计算系统和控制决策运算系统；所述动平衡装置置于主轴内，工作时，由同心且并列的两组质量调整组块产生质量偏心，主轴旋转时由质量偏心产生与主轴自身产生的动不平衡力作用位置相同、大小相等、方向相反的动平衡力，执行在线校正主轴的动不平衡；所述动不平衡检测计算系统检测主轴的不平衡信号，根据信号分析主轴动不平衡特性，计算主轴动不平衡等效离心力及其矢量方向和位置；所述控制决策运算系统将获得的主轴动不平衡等效离心力等效分解到两个动不平衡调整平面，计算各平面动不平衡等效离心力；并制定两动不平衡调整平面内动平衡装置中的每组质量调整组块的质量分布策略；所述数据无线传输系统的天线环安装在动平衡装置的端盖外端，接收及传输动不平衡校正指令；所述运动控制系统安装于动平衡装置的控制腔内，运动控制系统的电源环安装在动平衡装置的端盖外端；运动控制系统接收动不平衡校正指令，控制动平衡装置中电机的运转；所述动不平衡检测计算系统包括两个加速度传感器、相位传感器、数据采集卡和工控机，所述两个加速度传感器分别固定在主轴轴套上，检测主轴产生的变形信号；所述相位传感器为红外信号传感器，设置在对应主轴中心标记线处，检测识别主轴转动相位标记，相位传感器测量中心与主轴中心线保持水平；所述数据采集卡连接加速度传感器和相位传感器，采集传感器信号；所述工控机根据采集的信号分析主轴动不平衡特性，计算主轴动不平衡等效离心力及其矢量方向和位置；所述工控机对主轴动不平衡检测的计算，包括以下步骤：①采集传感器信号：所述主轴置于轴套中，加速度传感器为两个，测量由于主轴动不平衡作用在轴套上引起轴套变形的加速度模拟信号；同时采集相位传感器信号，所述相位传感器设置在对应主轴中心标记线处，检测识别主轴转动相位标记；②信号的幅频转换：通过数据采集卡对采集到的加速度模拟信号转换成时域信号，将时域信号转换为频域信号；将相位传感器信号转换成时域信号；③提取主轴转速同频信号，并确定采集信号的相位角：根据主轴转速特征，通过获得的加速度信号频域特性得到与主轴转速同频率的加速度信号及幅值，并根据加速度信号和相位信号的时间对应关系，得到该频率下轴套最大变形时主轴旋转的角度即为采集信号的相位角θ‵；④获得主轴套变形量：根据第③步所述幅值建立周期函数，对该函数进行二次积分，分别得到两加速度传感器所在位置的同一相位的轴套最大变形量y2、y6；⑤确定动不平衡位置：由已知的轴套固定端变形为零和第④步骤中轴套最大变形量y2、y6的位置，根据两个轴套固定端及轴套最大变形量y2、y6的位置拟合一光滑曲线f(x)，该曲线二次可导，设f(x)”＝0，则x＝lD，计算f(lD)＝yD，lD为轴向位置，yD为最大变形量，得到曲线最大幅值点D；⑥计算主轴动不平衡所产生的离心力：根据轴套的弹性模量k、主轴轴套的最大变形量yD，根据胡克定律，f＝ky,计算得到轴套获得的该变形量所承受的作用力F‵D；该作用力即为主轴动不平衡所产生离心力的等效力，该作用力所处位置及与主轴相对应的相位关系即为主轴动不平衡所产生离心力FD的矢量方向θ和轴向位置lD。