电动工具转子的全自动动平衡机研究与设计

摘要

由于转子生产的不合理因素，造成转子旋转时不平衡，电动工具不符合技术要求。因此，需要对转子进行不平衡校正。国内部分生产转子的企业采用的平衡校正方式存在校正精度低、不稳定等问题。然而，国外引进的动平衡机价格昂贵及维修困难等，也不适合国内的中小型企业使用。在此背景下，本文设计一种价格适中、校正精度较高的两工位全自动动平衡机。
　　应用刚性转子的动平衡原理，对全自动动平衡机进行设计。
　　转子的不平衡检测部分:设计软支承机械结构，转子的振动通过其上的V型支架和簧片传递到振动传感器，把振动信号转换成电信号。由于输出的振动信号受各种因素影响，结合锁相环，设计基于MAX263的跟踪带通滤波电路与16位开关电容跟踪带通滤波电路，消除干扰信号。采用步进电机作为驱动力，一级圆皮带传动，使转子达到稳定的检测转速;步进电机、定位传感器及PLC形成闭环控制实现转子自动定位。设计转子定位信号的整形电路，把该信号转换成矩形脉冲信号。
　　转子的传送部分:选择气动机械手，采用气爪夹取转子，升降气缸上下移动，旋转气缸在0°、90°、180°位置之间旋转，相互配合实现转子的传送。
　　转子的铣削去重部分:采用V型固定块与压紧夹具配合，在铣削过程中固定转子;在移动刀具台上安装有铣削电机与刀具;利用步进电机、滚珠丝杠和直线导轨相配合，实现铣刀在水平和垂直两个方向运动;采用步进电机与气爪组合，改变转子的铣削方位。
　　系统控制部分:分析并设计检测仪、机械手及去重机的工作流程，并选用基恩士KV-3000 PLC为系统的控制器、威纶通TK6070iH型触摸屏为人机界面。对检测的振动信号滤波后，采用数学算法，求取转子振动信号的幅值与相位;采用加重法解决转子不对称性、同型号转子存在差异等问题，求得转子不平衡的大小和位置。研究R型铣削去重建模方案，分析转子槽分布对铣削量和铣削位置的影响，并建立数学模型进行铣削相位修正和铣削量补偿。并应用PLC的脚本功能实现校正模型的计算，得到最终的铣削量及方位。
　　最后，通过实验分别验证检测仪的滤波电路和转子自动定位、机械手、去重机的效果。经过整机实验与调试运行，转子的校正合格率达到73％，证明文中方案可行，全自动动平衡机的整体性能良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 转子动平衡技术的发展历程

1．3 转子动平衡机

1．3．1 发展概况

1．3．2 分类及简介

1．4 转子动平衡的国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 课题研究的内容

第二章 转子动平衡相关理论的研究

2．1 转子不平衡基本理论

2．2 刚性转子不平衡状态

2．3 刚性转子的平衡品质等级

2．4 刚性转子的动平衡原理

2．5 本章小结

第三章 全自动动平衡机的总体设计

3．1 不平衡检测仪

3．1．1 检测装置

3．1．2 驱动原理

3．1．3 其它部分

3．2 传送机械手

3．3 去重铣削机

3．4 控制系统

3．4．1 系统工作流程

3．4．2 控制器

3．4．3 人机界面

3．5 本章小结

第四章 不平衡转子的信号处理与数据采集

4．1 定位信号处理

4．2 振动信号处理

4．2．1 基于滤波芯片的滤波设计

4．2．2 基于开关电容的滤波设计

4．3 采样算法

4．3．1 最小二乘法

4．3．2 加重法

4．3．3 过程实现

4．4 本章小结

第五章 全自动动平衡机的铣削建模研究

5．1 R型铣削去重模型原理

5．2 R型铣削去重误差分析

5．2．1 铣削相位误差分析

5．2．2 铣削量误差分析

5．3 PLC脚本功能的应用

5．4 本章小结

第六章 系统调试及实验

6．1 检测仪调试

6．1．1 滤波电路测试

6．1．2 自动定位实验

6．2 机械手调试

6．3 去重机调试

6．4 铣削实验

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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