[发明专利]基于温控形状记忆合金的在线动平衡调整系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于温控形状记忆合金的在线动平衡调整系统及控制方法，其系统包括平衡头主体，平衡头主体包括壳体，转轴穿过壳体中心的通孔与壳体固定连接，壳体内环绕通孔设有四个质量块，各质量块均通过开设于其上的弧形通道套接于弧形滑杆上，各弧形滑杆绕通孔周向分布，且各弧形滑杆两端均固定于壳体内的支架上，各质量块两端与支架之间的弧形滑杆上均套设有弹簧型形状记忆合金，弹簧型形状记忆合金与导电滑环的转子部分电连接，导电滑环的定子部分与电源装置电连接；转轴的轴承支座上设有用于测量转轴转动时在各方向上的不平衡量的振动传感器。本发明可以通过电流的变化实现动平衡，原理简单，易于小型化，适用于高精度转子动平衡。

技术领域

本发明涉及转轴高速动平衡技术领域，特别涉及一种基于温控形状记忆合金的在线动平衡调整系统及控制方法。

背景技术

转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，旋转机械的振动问题有70％以上都是由于转子不平衡所引起的。由此可见，转子不平衡是引起旋转机械振动的重要原因。为了消除或减轻由于失衡引起的振动，就必须对转子进行平衡。

动平衡校正就是通过改变转子的质量分布，使其中心转轴与旋转轴线相重合从而达到动平衡。在动平衡过程中，刚性转子的质量分布不均匀，各离心力的矢量和不等于零。由于离心力的作用，转子的高速旋转会使转轴发生剧烈振动并产生较大噪音。转子平衡是通过调整转子的质量分布，使转子由于偏心离心力引起的振动或作用在轴承上、与工作转速频率相一致的振动力减小到一定的范围内。因此，为避免转子高速旋转使转轴发生剧烈振动并产生较大噪音的现象发生，最根本的措施就是改变质量分布，使其离心力相对于旋转轴对称分布，消除不平衡力，实现转轴的动平衡。

目前，动平衡过程中的振动问题并没有得到充分的解决，其危害反而随着机械加工水平的日益提高而变得越来越突出，现在大多数旋转机械都是使用离线动平衡来消除不平衡引起的振动，该方法存在诸多缺点：

(1)离线动平衡花费太多时间且代价很高；

(2)如果不平衡的分布在转子运行期间发生变化，则离线平衡不能解决该问题；

(3)如果转子在不同转速下运行，离线平衡也无效，因为转子的动力学特性将随着转速的变化而改变。

因此，主轴在线动平衡成为一种不可缺少的关键技术。

目前主要的在线动平衡系统按照补偿质量的性质分为三类：

1、直接执行装置：从质量方面着手，通过加重去重，直接将平衡圆盘的几何中心移动到旋转中心，有喷涂法、喷液法和激光去重法等；

2、间接执行装置：给圆盘提供与不平衡力方向相反、大小相等的力，将其重心拉到旋转中心，有电磁轴承型和电磁圆盘型等；

3、混合执行装置：在工作时，以某种方式改变动平衡执行装置内部质量分布，使其几何中心和旋转中心重合，质量的重新分布可通过机械方法或电磁方法进行。

上述提到的在线动平衡系统均存在不足之处，比如通过激光进行动平衡校正，只能去重，而无法加重，此外，对材料也有一定损伤，在工业现场的应用受到一定的限制；利用电磁力的平衡装置在高速运行时容易发生畸变控制的非线性增强，控制难度大大增加；混合执行的平衡方法一般存在平衡时间教长、操作繁琐等缺点。除此之外，在不同转速下，受振型的影响，转子不平衡量会发生微变，需要在线自动适应调整，这也是亟待解决的问题，而由于现有技术的限制，在线动平衡过程中干扰因素较多，无法保障高精度、高效率动平衡。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种高效、高精度的基于温控形状记忆合金的在线动平衡调整系统及方法，其系统通过给弹簧型形状记忆合金升温的方式使其伸缩，从而调整平衡质量块的位置，使主轴中心与旋转中心重合，从而达到在线动平衡的目的，该系统具有高效率、高平衡精度、装置结构简单等特点。