一种基于正交结构的卧式动平衡测试机的制作方法

本发明属于动平衡测试装置设计，尤其是涉及了一种基于正交结构的卧式动平衡测试机。

背景技术：

1、随着微型无刷电机在机器人关节、服务型机器人、智能硬件等领域快速普及，其转子尺寸不断缩小（直径可低至 2~5 mm），对转子动平衡精度的要求越来越高，普遍需要达到1 mg 以下甚至 0.1 mg 级不平衡量。

2、如此小的转子质量极低、激励力弱，对动平衡测试机的支撑结构、扭转自由度、寄生质量、线性度提出了极高要求。

3、(1)目前市场上通用的卧式动平衡测试机摆架结构主要包括：

4、竖直布置的四片弹簧片结构；竖直四根弹簧杆 + 水平方向钢丝绳的约束结构；

5、(2)这些结构在测试微型转子时存在以下共性问题：

6、扭转自由度受限： 弹簧片或钢丝绳结构限制了转子平衡测试中关键的扭转摆动，使两个平衡面的力矩无法充分激发。

7、寄生质量较大： 测试模块中存在多方向支撑构件，使寄生质量偏大，不利于微型转子极弱振动信号的响应。

8、线性度差、摩擦或间隙影响大： 弹簧、钢丝绳、导向间隙等结构带来非线性、间隙和摩擦，放大误差。

9、过软或过硬难以两全：为降低固有频率往往做得很软，导致整体结构晃动大、支撑刚度不足；若提高刚度，又无法对微型转子的极小振动做出灵敏响应。 二者难以兼顾。

10、对中精度不足，整机测试困难： 常规摆架对中依赖人工调整，难以保证严格的同轴度；且多种结构无法测试整机，仅能测试裸转子。

11、(3)因此，现有技术在微型转子、亚毫米级转子 的动平衡测试领域仍存在明显空白，通槽存在以下问题：

12、无法方便测试整机，需要额外平板将两摆架连接；

13、摆架对中度不足，同轴性不易保证，影响测试精度；

14、结构扩展性弱，不利于模块化或自动设备集成；

15、线性度差，支撑晃动大，对微型转子这种弱信号测量不利；

16、难以统一调节张力，导致平台不水平；

17、结构非线性大且晃动明显，无法用于高精度自动测试机；

18、或过于笨重，微型转子的弱激励无法有效响应；

19、结构稳定性与可靠性不足，结构强度太弱，容易损坏，不利于测试小尺寸转子；

20、扭转自由度被严重抑制，机械安装误差累积大，精度难以保证。

21、因此现有技术缺少了新的结构来实现同时兼顾以下效果：极高灵敏度、良好地扭转自由度、高支撑刚性、小寄生质量、模块化换型、高对中精度。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供了一种基于正交结构的卧式动平衡测试机。

2、本发明旨在解决现有技术中存在的核心问题，包括：缺乏扭转自由度导致动平衡信号激发不足，寄生质量大导致微型转子振动响应差，结构线性度不足，容易受间隙、摩擦影响，支撑刚性与灵敏度难以兼顾，换型困难、对中精度差、难以测试整机，安装方式粗糙导致误差无法控制。

3、本发明采用的技术方案是：

4、主要由微型正交浮台测试机本体、一体型皮带横推下压驱动机构部分组成，所述的微型正交浮台测试机本体位于测试机前部，一体型皮带横推下压驱动机构安装于微型正交浮台测试机本体之上；待测转子安装在微型正交浮台测试机本体上，且被一体型皮带横推下压驱动机构带动旋转。

5、所述微型正交浮台测试机本体模块主要由以下部分组成：夹具体装配体、防护钣金装配体、测速传感器支架装配体、测试机滑动支撑座装配体、测试机隔振底座装配体、正交摆架装配体；

6、测试机隔振底座装配体布置在底部，测试机滑动支撑座装配体安装在测试机隔振底座装配体之上，测速传感器的测速传感器支架装配体安装在测试机滑动支撑座装配体侧面，正交摆架装配体固定安装在测试机滑动支撑座装配体之上，正交摆架装配体外设置防护钣金装配体，正交摆架装配体上端穿过防护钣金装配体开口后安装夹具体装配体，夹具体装配体上设置待测转子，

7、所述测试机隔振底座装配体主要由导向轴、卧式测量台底板、缓冲垫装配体和卧式测量台底座组成，卧式测量台底板固定于底部，通过底部的安装孔安装于其他设备的机架上，是整台测试机的安装基础，卧式测量台底座通过缓冲垫装配体可水平移动地安装在卧式测量台底板上，卧式测量台底座之上设置有两根水平的导向轴，两根导向轴平行布置且端部通过支撑导轨压块固定支撑连接在卧式测量台底座顶面上方，两根导向轴之间的卧式测量台底座顶面开设有用于连接安装测试机滑动支撑座装配体的条形燕尾槽；

8、在卧式测量台底板的角落设置有定位沉槽，每个定位沉槽处安装缓冲垫装配体，各个缓冲垫装配体顶端支撑连接到卧式测量台底座底面。

9、在卧式测量台底座顶面两侧开设两道相平行的条形v型槽，两根导向轴下部分别嵌装位于卧式测量台底座上方的两道条形v型槽内，并端部通过支撑导轨压块压紧固定。

10、所述测试机滑动支撑座装配体主要由前挡安装板、振动传感器、振动传感器安装板、微型正交浮台测试机摆架底座、手柄和t形螺母组成，微型正交浮台测试机摆架底座底部仅能水平滑动地布置在所述测试机隔振底座装配体的卧式测量台底座顶面上，并且微型正交浮台测试机摆架底座底面和所述测试机隔振底座装配体的导向轴配合定位嵌装。

11、微型正交浮台测试机摆架底座至少一侧设置有手柄和t形螺母，手柄和t形螺母分别位于微型正交浮台测试机摆架底座的上侧和下侧，t形螺母作为滑块嵌装在所述测试机隔振底座装配体的卧式测量台底座顶面的条形燕尾槽中；手柄自上而下贯穿微型正交浮台测试机摆架底座上的通孔后与下方的t形螺母螺纹连接，由手柄带动t形螺母上下移动，从而将微型正交浮台测试机摆架底座压紧锁定在卧式测量台底座上，实现连接位置的固定；微型正交浮台测试机摆架底座的侧面固定设置有振动传感器安装板，振动传感器安装板上安装振动传感器。

12、所述正交摆架装配体主要由中心浮动块、两根纵向簧杆、浮台夹紧气爪、传感器安装连杆、簧杆座、两根横向簧杆组成；簧杆座水平布置于底部，簧杆座底部固定在所述测试机滑动支撑座装配体的微型正交浮台测试机摆架底座上面，簧杆座中部上方设置中心浮动块，中心浮动块一侧的簧杆座上设置竖直板使得整体呈l形，中心浮动块另一侧的簧杆座上通过测量台固定气缸安装板布置安装浮台夹紧气爪，浮台夹紧气爪用于对中心浮动块进行夹紧；两根横向簧杆分别在中心浮动块的上侧和下侧平行间隔布置，且水平连接在中心浮动块和竖直板的之间；两根纵向簧杆分别在中心浮动块的水平两侧平行间隔布置，且竖直连接中心浮动块和簧杆座之间；且纵向簧杆和横向簧杆相互垂直布置，从而使得中心浮动块以正交结构摆架支承浮动地设置在簧杆座之上；中心浮动块一侧固定连接有传感器安装连杆，传感器安装连杆主体水平布置且两端均接触或固定连接到所述测试机滑动支撑座装配体的两个振动传感器上。

13、所述夹具体装配体主要由夹具安装板、转子支撑组件和挡片组件组成；夹具安装板固定在所述正交摆架装配体的中心浮动块顶端上，夹具安装板顶面开设用于滑动安装v架调节转接块的条形凹槽，条形凹槽内布置两组转子支撑组件，微型转子支撑在两组转子支撑组件之间上，且其中一组转子支撑组件上还设置有挡片组件。

14、每组转子支撑组件包括v架调节转接块、快换v形架和陶瓷棒，v架调节转接块通过螺钉水平定位调节地可滑动安装在夹具安装板的条形凹槽中，快换v形架下端通过螺钉上下定位调节地可滑动安装在v架调节转接块侧面，例如快换v形架和v架调节转接块之间可以通过键槽结构滑动连接，快换v形架上端设置为v形槽结构，v形槽结构的两侧v形边通过内嵌固定设置两根陶瓷棒，陶瓷棒用于支承作为待测转子的微型转子。

15、所述挡片组件包括l形铜挡片、挡片前后调节架和挡片支架，挡片支架可上下滑动调节地安装在快换v形架侧面上，挡片支架顶面通过腰形槽和螺钉可水平滑动地安装有挡片前后调节架，挡片前后调节架顶面固定安装l形铜挡片，l形铜挡片一侧边下垂延伸到位于转子支撑组件的快换v形架的v形槽结构处。

16、夹具体装配体还包括用于安装调节的基准钨钢棒、基准轴安装调节块和v架高度调节基准架，v架高度调节基准架滑动嵌装在v架调节转接块的条形凹槽中，基准轴安装调节块通过腰形槽和螺钉可上下移动地安装在v架高度调节基准架侧面上，v架高度调节基准架和基准轴安装调节块上部开设有用于基准钨钢棒穿设和调节的腰形槽，基准钨钢棒中部穿设过v架高度调节基准架和基准轴安装调节块的腰形槽，基准钨钢棒两端分别放置在两组转子支撑组件中快换v形架的v形槽结构上。

17、所述防护钣金装配体主要由正交钣金摆架、防护钣金上凸缘、上密封盖板组成；正交钣金摆架罩在所述测试机滑动支撑座装配体外，并和所述测试机滑动支撑座装配体的前挡安装板固定连接，正交钣金摆架在顶面开设用于正交摆架装配体的中心浮动块上端穿出的开口，开口周围设置防护钣金上凸缘，防护钣金上凸缘上方有间距地设置上密封盖板，上密封盖板和正交摆架装配体的中心浮动块固定连接，防护钣金上凸缘和上密封盖板之间具有间隙。

18、所述正交摆架装配体的中心浮动块上端凸出于所述防护钣金装配体的正交钣金摆架顶面开口，且在凸出的端面设置两级高低台阶，在更低的台阶上固定安装所述防护钣金装配体的上密封盖板，且上密封盖板分别与正交钣金摆架、防护钣金上凸缘之间具有间隙，在更高的台阶上固定安装夹具体装配体。

19、本发明设置防护钣金装配体在浮台测试机上，进行防护设计结构。

20、本发明中通过平衡机摆架定位工装安装中心浮动块，确保中心浮动块安装精度，传感器安装连杆安装在中心浮动块上，使测试机更换夹具安装板，无需拆装传感器的设计。

21、本发明中，夹具体装配体的v形安装锲面和使用基准钨钢棒适配快速调节快换v形架安装精度。

22、本发明的正交结构设计对转子振动测量的传递没有抑制作用，能够在簧杆高刚度下放大了振动信号，更有效精确对转子动平衡进行测试。并且，在高刚度下，能够支撑更重的转子，结构强度更好。

23、本发明的有益效果是：

24、1）采用“正交结构摆架”：由两根竖向弹簧钢杆 + 两根横向弹簧钢杆组成的正交支撑，同时具备良好水平摆动与扭转摆动自由度，有效抑制左右方向无关振动，提高测试灵敏度与分辨率。

25、2）寄生质量极小的“浮台式”结构：对微型、超小型转子（2~5 mm 几何尺寸）的弱信号响应明显提高。

26、3）高刚度与高灵敏度兼顾：可根据需求替换不同直径的标准弹簧钢杆，实现固有频率可调、适配性强，支撑刚性足以承受更大的整机测试。

27、4）模块化设计：测试模块与驱动模块可整体移植到各种自动化生产线，上平台采用免工具换型结构。

28、5）严格的同轴度安装系统：采用微型滑槽（类似燕尾槽）配合塞规工装确保陶瓷支撑棒两侧同轴度一致，替换安装板时无需拆卸整个测试机。

29、6）全包式机体 + 防尘唇口结构：避免异物进入影响测试，提升可靠性。

30、综合上述，通过上述结构，本发明显著提升微型转子动平衡测试的灵敏度、分辨率、重复定位精度、支撑刚度、可靠性、模块化程度等，从而填补现有微型动平衡测试设备在扭矩响应、寄生质量、对中精度和换型能力方面的空白，能够同时兼顾极高灵敏度、良好地扭转自由度、高支撑刚性、小寄生质量、模块化换型、高对中精度的效果优势。