高速轉(zhuǎn)軸的動平衡

機(jī)械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)零部件，由于材料內(nèi)部組織密度不均勻，形狀不對稱或制造、裝配誤差等原因，在旋轉(zhuǎn)時其重心位置與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，在高速旋轉(zhuǎn)時由于重心偏移（簡稱偏重）將產(chǎn)生一個很大的不平衡離心力。離心力將通過軸承或軸作用到機(jī)械及基礎(chǔ)上，引起劇烈振動，產(chǎn)生噪聲，加速軸和軸承的磨損，使其精度降低，縮短了機(jī)械的壽命，嚴(yán)重時，能造成破壞性事故。因此工程中常需對回轉(zhuǎn)體零部件進(jìn)行平衡。一、動平衡1．動不平衡概念旋轉(zhuǎn)體上不平衡量所產(chǎn)生的離心力如果形成力偶，則旋轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時不僅會產(chǎn)生垂直于旋轉(zhuǎn)軸線方向的振動，還要產(chǎn)生使軸線傾斜的振動。通俗地講就是將使旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生擺動，這種不平衡稱為動不平衡。

2．動平衡的基本力學(xué)原理如圖3-3-13所示。在兩個校正面上進(jìn)行平衡校正，就能使不平衡的轉(zhuǎn)子獲得動平衡。低速動平衡的平衡轉(zhuǎn)速較低，通常為150～500r/min；而高速動平衡的平衡轉(zhuǎn)速則較高，通常要在旋轉(zhuǎn)件的工作轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動平衡。

圖3-3-13動平衡的力學(xué)原理

3．動平衡的方法（1）平衡機(jī)法1）框架式平衡機(jī)。圖3-3-14所示。圖3-3-14框架式平衡機(jī)的原理

框架式平衡機(jī)的不平衡度及其相位的測定方法有光學(xué)法、電磁法、機(jī)械法。圖3-3-15所示為光學(xué)法原理圖。圖3-3-15光學(xué)法原理1-光源2-轉(zhuǎn)盤3-孔4-毛玻璃5-反光鏡

2）電子動平衡機(jī)。圖3-3-16所示。圖3-3-16電子動平衡機(jī)1-被測零件2-彈性支架3-閃光燈4-不平衡量指示儀器5-線圈6-開關(guān)

（2）現(xiàn)場平衡法圖3-3-17所示為現(xiàn)場平衡的原理圖。

圖3-3-17現(xiàn)場平衡原理a）現(xiàn)場裝置b）振動記錄1-轉(zhuǎn)軸2-渦流傳感器3、4-加速度傳感器L-通帶濾波器S-存儲示波器AL-左側(cè)測出的振幅AR-右側(cè)測出的振幅整個現(xiàn)場平衡過程可分為如下三個步驟：1）測出轉(zhuǎn)子在原始失衡狀態(tài)下左右側(cè)面上各自的振幅和相角。2）在左側(cè)面上加一個試驗(yàn)配置，重新測出兩側(cè)面上各自的振幅和相角。3）取下左側(cè)面上所加的試驗(yàn)配重，在右側(cè)面上加一試驗(yàn)配重，再測出兩側(cè)面上各自新的振幅和相角。經(jīng)過適當(dāng)運(yùn)算，即可確定左右兩個側(cè)面上應(yīng)施加的配重的正確位置和大小。

4．動平衡的調(diào)整動平衡的調(diào)整是依據(jù)測振儀器測出的幅值和相位，再通過一定的計算來調(diào)整旋轉(zhuǎn)體的不平衡量的大小和位置。用周移配重法調(diào)整動平衡比較實(shí)用，一般工作現(xiàn)場也可以做。例如，有一通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子需要調(diào)整動平衡，先在工作轉(zhuǎn)速下用海綿振動斗測出通風(fēng)機(jī)軸承中的最大振幅SA，則在這一端的輪盤上畫上一個配重圓，如圖3-3-18所示。圖3-3-18周移配重法配重圓把圓周分成若干等份（6等份），并按順序編號，然后按經(jīng)驗(yàn)公式近似地求出配重量W

（單位為N），則：式中SA—未加配重時的最大初振幅，mm；

G—轉(zhuǎn)子重，N； .

D—配重圓直徑，mm；

n—轉(zhuǎn)子公稱轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。將求得的配重重量W，用硬金屬和可卸方法固定在圓周“1”上（橡皮泥也可以），啟動轉(zhuǎn)子，記下振幅S1，同理，依次將W移至其余各點(diǎn)，分別測出振幅S2、S3、…、Si，最后取下W。根據(jù)測得的振幅記錄，以振幅S為縱坐標(biāo)，配重圓周等分點(diǎn)為橫坐標(biāo)，在直角坐標(biāo)上繪制一光滑曲線，如圖3-3-19所示。若測量正確，此曲線便為正弦曲線，且Smax和Smin應(yīng)在轉(zhuǎn)子直徑的對稱位置上。若用加重法，則在用減重法，則在Smin(M點(diǎn)）上配平衡重量W，若用減重法，則在Smax=（K點(diǎn)）上除去配平衡重量W。試加重試驗(yàn)做完后，再作平衡配重P1。先求平均振幅Sp：

圖3-3-19平衡配重與振幅圖當(dāng)SP≤SA時：當(dāng)SP＞SA

時：將若干塊比P1稍大或稍小的P1、P2、P3、…、Pi，逐塊輪流加在圖3-3-18中的M

點(diǎn)位置上，并測出各個配重時的相應(yīng)振幅S1、S2、S3、…、Si，然后繪制出如圖3-3-19所示的平衡配重與振幅圖，如果曲線上的最大振幅Smax小于給定要求，則已達(dá)到平衡精度。如果在另一端也要找動平衡時，另一端也按此程序反復(fù)操作，一直到兩端振幅都符合要求為止?！纠}】：若已知通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子重量G=50000N，配重圓直徑D=1000mm，轉(zhuǎn)速n=3000r/min,初振幅SA=0.32mm。用周移配重方法找出不平衡重量和振幅值。解：按經(jīng)驗(yàn)公式，試配重量為：將試加重量置于各點(diǎn)后，所測得振幅如圖3-3-19（此圖就是按本題繪制的）所示，找到Smin=0.08mm，Smax=0.48mm，于是平均振幅為：SP≤SA，所以平衡配重F1為：取F2=0.5N、F3=0.52N、F4=0.54N、F5=0.58N、F6=0.6N、F7=0.62N，測得的振幅S1—Si繪于圖3-3-20中。從圖中求得兩直線交點(diǎn)配重為0.55N和振幅0.04mm，即為所得結(jié)果，然后將0.55N加于M點(diǎn)上，重新驗(yàn)證其振幅是否符合精度要求。圖3-3-20周移配重的振幅曲線二、平衡精度平衡精度是指轉(zhuǎn)子從原來的不平衡狀態(tài)經(jīng)過平衡調(diào)整所達(dá)到的平衡優(yōu)良程度。轉(zhuǎn)子經(jīng)過調(diào)整平衡后是做不到絕對平衡的，總還存在一些剩余不平衡量，平衡精度就是指這個剩余不平衡量允許存在的大小值。平衡精度一般有以下兩種表示方法：

1．許用剩余不平衡力矩MM=TR=We式中T—剩余不平衡量，g；R—剩余不平衡量所在的半徑，mm；W—旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量，g；e—旋轉(zhuǎn)件重心偏心距，mm。表3-3-2所列為幾種不同旋轉(zhuǎn)體的許用不平衡力矩。

2．許用偏心速度Ve所謂偏心速度，就是指旋轉(zhuǎn)體在重心的振動速度，即：

式中Ve—偏心速度，mm/s；e—重心偏心距，mm；w—旋轉(zhuǎn)體角速度，表3-3-3所列為根據(jù)許用偏心速度規(guī)定的平衡精度等級以及應(yīng)用參考。

3．平衡精度等級許用偏心速度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的，以重心C點(diǎn)旋轉(zhuǎn)時的線速度eω為平衡精度的等級，記為平衡精度等級G，單位是mm/s，并以G的大小作為精度等級標(biāo)號，精度等級之間的公比為2.5，共分為G4000、G1600、G630、G250、G100、G40、G16、G6.3、G2.5、Gl、G0.4共十一級，G0.4等級最高，G4000為最低。對于單面平衡的旋轉(zhuǎn)體來說，其許用值取表中的數(shù)值，雙面平衡的旋轉(zhuǎn)體，當(dāng)軸向?qū)ΨQ或近似對稱時，取表中數(shù)值的1/2。當(dāng)軸向不對稱時，則根據(jù)轉(zhuǎn)子重量沿軸向的分布情況來決定許用值的分配。從平衡精度G=eω來看，若已知G、e或ω中的兩個參數(shù)，則很容易從圖3-3-21中査出第三個參數(shù)來?！纠}】某一旋轉(zhuǎn)體重量為1000kg，轉(zhuǎn)速為10000r/min，平衡精度等級規(guī)定為G1，則平衡及允許的偏心距e為：其剩余不平衡力矩為：假定此旋轉(zhuǎn)體兩個動平衡校正面在軸向是與旋轉(zhuǎn)體的重心等距的，則每一校正面上允許的不平衡力矩可取M/2=475g?mm，這相當(dāng)于在半徑475mm處允許的剩余不平衡量為1g。【例題】某一電動機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡精度為G6.3，轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速為n=3000r/min，質(zhì)量為5kg，平衡后的不平衡量為80g?mm，問是否達(dá)到要求？解：由G=ew/1000，得：由TR=We，得：査圖3-3-21，在給定轉(zhuǎn)速下G6.3的范圍為16～20μm，故表明平衡是達(dá)到所需要的精度等級。圖3-3-21平衡精度G與轉(zhuǎn)速ω及偏心e的關(guān)系三、旋轉(zhuǎn)體平衡實(shí)例M7120A型平面磨床主軸的動平衡，是在H20BU硬支承平衡機(jī)上進(jìn)行的。平衡時，將M7120A型磨床主軸安放在平衡機(jī)兩支承架上，帶有風(fēng)扇的一端必須放在左邊，裝平衡環(huán)處在右邊，用安全架上的壓板按主軸軸頸調(diào)節(jié)好。將主軸壓緊在滾輪上，通過聚氨酯基型平帶；由電動機(jī)經(jīng)傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪的位置，可調(diào)整傳動帶的松緊，使其轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，如圖3-3-22所示，再調(diào)節(jié)左右限位架，防止主軸產(chǎn)生軸向竄動。圖3-3-22H20BU硬支承平衡機(jī)

圖3-3-23所示為CAB690微機(jī)電測系統(tǒng)的外形圖。電測系統(tǒng)的下方是計算機(jī)的