畢業(yè)設(shè)計（論文）轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)的理論研究與應(yīng)用

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)的理論研究與應(yīng)用 目 錄1 緒 論111轉(zhuǎn)子及分類112動平衡113轉(zhuǎn)子做動平衡的條件114轉(zhuǎn)子動平衡標(biāo)準(zhǔn)215轉(zhuǎn)子的平衡精度等級3com 不平衡生成的原因4com 動平衡的作用416不平衡的危害性517動平衡的意義518影響平衡精度的因素519剛性轉(zhuǎn)子的動平衡工藝原理62動平衡技術(shù)721動平衡操作技術(shù)722校正方法723操作面的選擇724不同類型的轉(zhuǎn)子的動平衡注意事項(xiàng)825主軸動平衡的方法與應(yīng)用926動平衡的力學(xué)原理927 現(xiàn)場動平衡的原理及分計算分析10com 現(xiàn)場動平衡技術(shù)介紹10com 動平衡計算分析1028剛性回轉(zhuǎn)件的動平衡實(shí)驗(yàn)法123 動平衡機(jī)的發(fā)展1

2、231平衡機(jī)的發(fā)展史1232動平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)1333動平衡機(jī)的分類1434動平衡機(jī)的工作原理1535動平衡機(jī)常用術(shù)語1536平衡機(jī)的一般工作條件1637平衡機(jī)選擇的知識1738校準(zhǔn)原理1739動平衡機(jī)的技術(shù)革新184 實(shí)例應(yīng)用2041試驗(yàn)用儀器介紹2042實(shí)驗(yàn)?zāi)康?143實(shí)驗(yàn)步驟2144試驗(yàn)結(jié)果255 結(jié) 論25致 謝26參考文獻(xiàn)271 緒 論隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展消除轉(zhuǎn)動機(jī)械振動的問題日趨重要而轉(zhuǎn)子本身的不平衡在很大程度上是引起機(jī)械振動的一項(xiàng)重要因素這一點(diǎn)在高速精密機(jī)械中尤為突出據(jù)統(tǒng)計旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動問題有30 以上都是由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的因此可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子不平衡 或簡稱失衡 是引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振

3、動的重要原因?qū)τ诰€性系統(tǒng)而言失衡引起的振動其頻率等于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率而當(dāng)系統(tǒng)具有非線性時失衡將引起以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率為基頻 帶有一系列高階諧波成分的振動為了消除或減輕由于失衡引起的振動就必須對轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡隨著動平衡技術(shù)的發(fā)展測量精度高和穩(wěn)定性好的動平衡機(jī)逐步出現(xiàn)解決了機(jī)械加工中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子失衡問題動平衡機(jī)的出現(xiàn)很大程度上延緩了機(jī)器的使用壽命提高了工作效率也保障了機(jī)械加工操作者的安全因此對轉(zhuǎn)子的動平衡問題進(jìn)行深入研究是非常有必要的11轉(zhuǎn)子及分類機(jī)器中繞軸線旋轉(zhuǎn)的零部件稱為機(jī)器的轉(zhuǎn)子按照是否需要動平衡處理轉(zhuǎn)子分為兩種平衡轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)時對軸承只有靜壓力的轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子如果轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時對軸承除有靜壓力外附

4、加有動壓力則稱之為不平衡的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子如果是不平衡的附加動壓力將通過軸承傳達(dá)到機(jī)器上引起機(jī)械振動12 動平衡當(dāng)剛體的轉(zhuǎn)軸通過質(zhì)心且為慣性主軸時剛體轉(zhuǎn)動時不出現(xiàn)軸承動約束力稱這種現(xiàn)象為動平衡動平衡實(shí)際上就是動不平衡運(yùn)用在旋轉(zhuǎn)部件及精度要求極高的設(shè)備上任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時由于相對于軸線的質(zhì)量分布不均勻而產(chǎn)生離心力這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會引起振動產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損以致嚴(yán)重影響設(shè)備的性能和壽命平衡不好會使旋轉(zhuǎn)部件在運(yùn)轉(zhuǎn)中飛離出去旋轉(zhuǎn)零部件在制造過程中都需要穩(wěn)定正常地運(yùn)轉(zhuǎn)舉例如列車車輪制動盤飛機(jī)螺旋槳航空輪胎電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)床主軸滾筒風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)增壓器齒輪風(fēng)葉砂輪等13轉(zhuǎn)子做動平衡的條件一個轉(zhuǎn)子

5、究竟要進(jìn)行靜平衡還是動平衡要根據(jù)具體情況如轉(zhuǎn)子重量形狀轉(zhuǎn)速支座條件及用途等而定一般按下列原則考慮當(dāng)轉(zhuǎn)子外徑d與長度l滿足dl5時不論其工作轉(zhuǎn)速高低都只需進(jìn)行靜平衡當(dāng)ld時只要工作轉(zhuǎn)速大于1000轉(zhuǎn)分都要進(jìn)行動平衡 以上只是一般原則有特殊要求的轉(zhuǎn)子必須特殊考慮如人造衛(wèi)星其轉(zhuǎn)速只不過每分鐘幾十轉(zhuǎn)也需要進(jìn)行動平衡如果一個轉(zhuǎn)動的物體質(zhì)量分布不均勻轉(zhuǎn)動起來就會產(chǎn)生振動不均勻程度越大振動也越大消除振動的方法很簡單就是把不均勻的質(zhì)量點(diǎn)找出來并去掉它或者在它對面人為地加一塊相同的質(zhì)量平衡它基本上要求高一點(diǎn)的轉(zhuǎn)動部件最好是做動平衡因?yàn)閯悠胶饣剞D(zhuǎn)體震動的一個很主要的原因動不平衡就是說在轉(zhuǎn)動時回轉(zhuǎn)體質(zhì)點(diǎn)離心力產(chǎn)生的

6、力矩不能在軸中心抵消產(chǎn)生了一個力矩偏差這個偏差會導(dǎo)致軸的彈性變形軸的變形又使這個不平衡力矩進(jìn)一部加大如此惡性循環(huán)知道這個力矩與軸的彈性變形力相互抵消位置這就產(chǎn)生了一個問題軸此時并不是個直的此時的軸受到偏心力的作用使的震動產(chǎn)生了國外的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)噪音小跟他們的動平衡調(diào)的好有很大的關(guān)系14轉(zhuǎn)子動平衡標(biāo)準(zhǔn)對于旋轉(zhuǎn)設(shè)備約一半以上的故障都與不平衡有關(guān)因此了解設(shè)備的殘余不平衡量允許值即動平衡標(biāo)準(zhǔn)是非常有必要的動平衡標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)械行業(yè)重要的基礎(chǔ)性通用性標(biāo)準(zhǔn)承擔(dān)動平衡國際標(biāo)準(zhǔn)制訂工作的是isotc 108機(jī)械振動與沖擊技術(shù)委員會國家標(biāo)準(zhǔn)則是由全國機(jī)械振動與沖擊標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會csbtstc 53iso 于1940年制

7、定了iso1940平衡等級它將轉(zhuǎn)子平衡等級分為11個級別每個級別間以25倍為增量從要求最高的g04到要求最低的g4000單位為公克毫米公斤 gmmkg 代表不平衡對于轉(zhuǎn)子軸心的偏心距離該標(biāo)準(zhǔn)建立了轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速與可接受的殘余不平衡之間的關(guān)系以及各種有代表性的轉(zhuǎn)子與建議的質(zhì)量不平衡等級之間的關(guān)系介紹了質(zhì)量不平衡等級g等效于一個不受約束的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的e因?yàn)樗捎脕肀容^機(jī)器在不同速率運(yùn)轉(zhuǎn)時的物理性能標(biāo)準(zhǔn)中的g值在數(shù)字上相當(dāng)于以9500rmin運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子用m來表示的偏心率e轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡等級或不平衡可以用一臺已校準(zhǔn)的動平衡機(jī)進(jìn)行評定平衡品質(zhì)或平衡質(zhì)量等級 g 表示回轉(zhuǎn)體處于不平衡狀態(tài)時回轉(zhuǎn)體重心的線

8、速度是用來判斷回轉(zhuǎn)體動態(tài)負(fù)載的一種機(jī)械比較量g值越小則回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)越是平穩(wěn)15轉(zhuǎn)子的平衡精度等級表1-1 平衡精度等級與剛性轉(zhuǎn)子組的分組平衡精度等級e mms 轉(zhuǎn)子類型g40004000剛性安裝的具有奇數(shù)汽缸的低速船用柴油機(jī)的曲軸傳動裝置g16001600剛性安裝的大型兩行程發(fā)動機(jī)的曲軸傳動裝置g630630剛性安裝的大型四行程發(fā)動機(jī)的曲軸傳動裝置彈性安裝的船用柴油機(jī)的曲軸傳動裝置g250250剛性安裝的高速四缸柴油機(jī)的曲軸傳動裝置g100100具有六個或更多汽缸的高速柴油機(jī)的曲軸傳動裝置汽車卡車及機(jī)車頭的整個發(fā)動機(jī)汽油機(jī)或柴油機(jī)g4040汽車輪車輪緣軸座傳動軸彈性安裝的具有六個或更多汽缸的高速

9、4行程發(fā)動機(jī)汽油機(jī)或柴油機(jī)的曲軸傳動裝置g1616具有特殊要求的傳動軸推進(jìn)器萬向接頭軸壓碎機(jī)的零件農(nóng)業(yè)機(jī)械的零件發(fā)動機(jī)汽車卡車及機(jī)車頭的汽油機(jī)或柴油機(jī)的單個組件在特殊要求下具有6個或更多汽缸的發(fā)動機(jī)曲軸傳動裝置g6363煉制廠機(jī)械的零件船用主渦輪傳動機(jī)構(gòu)商船用離心機(jī)鼓輪風(fēng)扇裝配好的飛機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子飛輪泵式推進(jìn)器機(jī)床和普通的機(jī)械零件普通的電樞特殊要求的發(fā)動機(jī)單個部件g2525燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)包括船用的主渦輪機(jī)商船用剛性渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子透平輪壓縮機(jī)機(jī)床傳動裝置有特殊要求的中型和大型電樞小型電樞渦輪傳動泵g11磁帶記錄儀和唱機(jī)的傳動裝置磨床傳動裝置有特殊要求的小型電樞g(shù)0404精密磨床的傳動軸研磨盤

10、和電樞陀螺儀12n 60以radsn以rmin為單位時則1102對于具有兩個校正平面的剛性轉(zhuǎn)子對于每個平面通常采用建議的殘余不平衡量的12此值適用于兩個任意選定的平面軸承處的不平衡狀態(tài)可加以改善對于圓盤形轉(zhuǎn)子所有的殘余不平衡量建議在一個平面當(dāng)轉(zhuǎn)子的平衡精度要求高于g25時必須以自驅(qū)或非常接近實(shí)際工作狀態(tài)的驅(qū)動支承方式進(jìn)行平衡才有可能得到較好的平衡效果平衡機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中有一個精度的參數(shù)式中m工件的質(zhì)量公斤e偏心率 微米m不平衡質(zhì)量 克r不平衡質(zhì)量所在半徑毫米g平衡級數(shù)n工件工作轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)分選擇好合適的平衡精度后應(yīng)將這個指標(biāo)如g63級具體折算為可操作的一個指標(biāo)如在某半徑處小于多少克平衡精度換算方法實(shí)際

11、工作旋轉(zhuǎn)角速度 或 如果轉(zhuǎn)子平衡精度選擇63級即毫米秒那么轉(zhuǎn)子允許重心偏移微米由公式推導(dǎo)出在轉(zhuǎn)子指定配重面指定半徑的最大允許不平衡量只要將轉(zhuǎn)子平衡至指標(biāo)m以內(nèi)即可認(rèn)為轉(zhuǎn)子已經(jīng)達(dá)到平衡精度要求com 不平衡生成的原因1質(zhì)量分布不均衡2非均質(zhì)性材質(zhì)鑄件沙孔氣孔3轉(zhuǎn)子安裝時偏心或軸承安裝時對心不良4轉(zhuǎn)動時引起之材料扭曲變形5鍵及鍵槽之設(shè)計不良6轉(zhuǎn)子余隙配合誤差7轉(zhuǎn)子腐蝕及磨損8熱變形9雜志附著com 動平衡的作用1提高轉(zhuǎn)子及其構(gòu)成的產(chǎn)品質(zhì)量 2減小噪聲3減小振動4提高支承部件軸承的試用壽命5降低使用者的不舒適感6降低產(chǎn)品的功耗16不平衡的危害性轉(zhuǎn)子不平衡引起的危害主要體現(xiàn)在12317動平衡的意義不平

12、衡的轉(zhuǎn)子經(jīng)過測量其不平衡量和不平衡相位并加以校正以消除其不平衡量使轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時不致產(chǎn)生不平衡離心力的平衡工藝叫做動平衡平衡是改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布以保證轉(zhuǎn)子在其軸承中旋轉(zhuǎn)時因不平衡而引起的振動或振動力減小到允許范圍內(nèi)的工藝過程利用現(xiàn)有的測量儀器可以把轉(zhuǎn)子的不平衡減少到相當(dāng)小的范圍但對平衡品質(zhì)要求過高是不經(jīng)濟(jì)的也是不必要的因此必須確定不平衡應(yīng)減小到何種程度從而解決技術(shù)可能性與經(jīng)濟(jì)合理性的關(guān)系18影響平衡精度的因素旋轉(zhuǎn)機(jī)械要消除振動和噪音提高產(chǎn)品質(zhì)量動平衡工藝是必不可少的在機(jī)械加工中經(jīng)常會涉及平衡精度這一指標(biāo)轉(zhuǎn)子經(jīng)過平衡校驗(yàn)后如何來理解和確定平衡精度是十分重要的問題要使轉(zhuǎn)子的平衡精度很高 即剩余不平衡

13、量很小 就要盡量排除影響不平衡精度的因素其中傳動方式和傳動件的不平衡影響最大其它如轉(zhuǎn)子的軸頸精度軸承的精度等亦應(yīng)嚴(yán)格控制19剛性轉(zhuǎn)子的動平衡工藝原理從平衡技術(shù)觀點(diǎn)看剛性轉(zhuǎn)子可以在任意選定的兩個平面內(nèi)校正校正后在直到最高工作轉(zhuǎn)速的任何轉(zhuǎn)速下以及在接近最后支承系統(tǒng)的條件下運(yùn)行其不平衡量均不會超過平衡允差則這種轉(zhuǎn)子可看作是剛性的一般指機(jī)械的工作轉(zhuǎn)速不大于70一階臨界轉(zhuǎn)速時可視為剛性轉(zhuǎn)子圖1-1 剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)及簡化模型示意圖轉(zhuǎn)子裝在平衡機(jī)上應(yīng)盡可能支承在工作軸頸處校正平面應(yīng)選在最靠近軸承處兩端以增加校正效應(yīng)同時也便于試加配重轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的支承振動或振動力由左右傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號經(jīng)過平面分離電路處

14、理后輸出信號它分別與左右校正平面上的不平衡量有關(guān)同時與轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的參考相位發(fā)生器發(fā)出參數(shù)信號上述兩種信號輸入測量電路經(jīng)濾波放大器放大后檢測出兩校正平面上不平衡量的大小和位置回轉(zhuǎn)件通過平衡試驗(yàn)后可將不平衡慣性力及其引起的動力效應(yīng)減小至相當(dāng)?shù)偷某潭鹊剞D(zhuǎn)件一般不可能達(dá)到完全平衡過高的要求在實(shí)際上也是不必要的因此設(shè)計回轉(zhuǎn)件時應(yīng)該根據(jù)不同的實(shí)際使用要求規(guī)定其允許的不平衡量此即許用不平衡量轉(zhuǎn)子的許用不平衡量有兩種表示方法即質(zhì)徑積表示法單位為gm和偏心距表示法單位為mm其質(zhì)心至回轉(zhuǎn)軸線的許用偏心距為而轉(zhuǎn)子的許用不平衡質(zhì)徑積以表示則兩者的關(guān)系為對于具體給定的轉(zhuǎn)子許用不平衡量以質(zhì)積徑表示較好因?yàn)樗阌谥苯悠?/p>

15、衡操作也比較直觀在衡量轉(zhuǎn)子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的檢測精度時為便于直接比較用許用偏心距為好對于具體轉(zhuǎn)子的不平衡量應(yīng)小于或等于許用不平衡量即剛性轉(zhuǎn)子在平衡試驗(yàn)時應(yīng)注意的問題選擇好平衡精度等級在試驗(yàn)時一般根據(jù)校驗(yàn)轉(zhuǎn)子類型和重要程度選取加重還是去重要根據(jù)設(shè)備本身狀況而定2動平衡技術(shù)21動平衡操作技術(shù)由于做平衡試驗(yàn)的轉(zhuǎn)子種類繁多相應(yīng)的平衡工藝方法試驗(yàn)裝置和校正方法也各不相同應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和平衡要求選擇合適的平衡方法試驗(yàn)裝置和校正方法平衡機(jī)在近年來迅速普及用途范圍越來越廣其主要功能為檢測并顯示轉(zhuǎn)子不平衡量的大小及位置以指導(dǎo)操作者將不平衡量盡量去除以使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡精度要求平衡機(jī)就是事先把整個尋找的過程寫

16、成程序固化在儀器中集成了測振和相關(guān)的計算功能幫助我們較快的找出不平衡點(diǎn)的儀器平衡機(jī)是測量旋轉(zhuǎn)物體 轉(zhuǎn)子 不平衡量大小和位置的機(jī)器測量動平衡的專門設(shè)備22校正方法轉(zhuǎn)子的不平衡是因其中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不重合而產(chǎn)生的平衡就是改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布使其中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線重合而達(dá)到平衡的目的當(dāng)測量出轉(zhuǎn)子不平衡的量值或相位后校正的方法有 1 去重法即在重的一方用鉆孔磨削鏨削銑削和激光穿孔等方法去除一部分金屬 2 加重法即在輕的一方用螺釘連接鉚接焊接噴鍍金屬等方法加上一部分金屬 3 調(diào)整法通過擰入或擰出螺釘以改變校正重量半徑或在槽內(nèi)調(diào)整二個或二個以上配重塊位置 4 熱補(bǔ)償法通過對轉(zhuǎn)子局部加熱來調(diào)整工件裝

17、配狀態(tài)23操作面的選擇平衡校正面必須選擇垂直于轉(zhuǎn)子軸線的平面 1 對薄盤狀轉(zhuǎn)子 ld5 因偶不平衡很小一般只選擇一個校正面稱為單面平衡或稱靜平衡 2 對于長軸類轉(zhuǎn)子 ld53 對于初始不平衡量很大旋轉(zhuǎn)時振動過大的轉(zhuǎn)子應(yīng)先做單面靜平衡且校正面最好選擇在重心所在的平面上以防偶不平衡量增大或選擇在重心兩側(cè)的兩個校正面上校正或根據(jù)要求選擇在靠近重心的平面上校正然后再做動平衡 4 曲軸應(yīng)在專門的曲軸動平衡機(jī)上平衡24不同類型的轉(zhuǎn)子的動平衡注意事項(xiàng)1滾動軸承轉(zhuǎn)子的平衡裝有滾動軸承的轉(zhuǎn)子平衡時最好帶著滾動軸承一起平衡從而消除滾動軸承的內(nèi)環(huán)偏心引起的不平衡帶軸承的轉(zhuǎn)子一般在v型支承上進(jìn)行2無軸頸的轉(zhuǎn)子的平衡無

18、軸頸的轉(zhuǎn)子必須在工藝軸上進(jìn)行平衡由于工藝軸本身的制造誤差徑向和軸向跳動工藝軸本身的不平衡以及轉(zhuǎn)子配合時存在的徑向間隙使轉(zhuǎn)子在平衡時會帶來不可避免的誤差為了使工藝軸與零件的配合誤差引起的不平衡量與無頸轉(zhuǎn)子的不平衡量分開在工藝軸上只檢測轉(zhuǎn)子的不平衡量可采用180轉(zhuǎn)位的平衡方法3組裝件的平衡由于組裝件是由幾個零件組合而成如果不先對單個零件進(jìn)行平衡則組裝件因不平衡量過大而無法平衡或雖然能平衡使組裝件達(dá)到規(guī)定的平衡精度但在實(shí)際工作轉(zhuǎn)速 4000500000rmin 12000組裝后理論上認(rèn)為不平衡量雖是各單件不平衡量的矢量和但因裝配誤差仍會出現(xiàn)新的不平衡量而使組裝件達(dá)不到要求故仍應(yīng)對組裝件進(jìn)行平衡平衡好

19、的組裝件一般不應(yīng)拆卸如果工藝要求必須拆卸時應(yīng)對各零件的相對位置做好標(biāo)記以便重裝時恢復(fù)原來的相對位置保證其整體精度由于標(biāo)記僅對徑向轉(zhuǎn)動標(biāo)識明顯有效對軸向標(biāo)識無作用故組裝件拆卸又重裝后仍難保證恢復(fù)原來的平衡精度例如靠噴丸面配合的轉(zhuǎn)子總成若要想盡可能小地減少裝配誤差必須對鎖緊力嚴(yán)加控制 例如對內(nèi)支承型轉(zhuǎn)子總成鎖緊力作好記錄等 對于有些組裝件 如帶葉片的軸 則可在有測力和力偶的靜偶分離的平衡機(jī)上先對軸進(jìn)行平衡找出矢量方向然后有針對性地裝上葉片再進(jìn)行平衡可大大減小不平衡去重量保證外觀質(zhì)量4不平衡量大的轉(zhuǎn)子的平衡可先進(jìn)行靜平衡若在平衡機(jī)上進(jìn)行靜平衡則必須在滾輪支承上支承工件利用重力作靜平衡或先作低速平衡即

20、降低正常的平衡轉(zhuǎn)速以減小離心力進(jìn)行初平衡校正然后再進(jìn)行正常轉(zhuǎn)速平衡25主軸動平衡的方法與應(yīng)用為了適應(yīng)目前高速加工的需要主軸單元的動平衡測試和結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性起著至關(guān)重要的作用主軸單元的動平衡測試其目的就是使回轉(zhuǎn)體質(zhì)量均勻分布以減少旋轉(zhuǎn)時由于不平衡產(chǎn)生的離心力同時防止主軸高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生高溫引起主軸軸承溫度升高導(dǎo)致主軸軸承潤滑油稀釋影響了主軸軸承使用壽命如果不做主軸單元的動平衡測試主軸軸承過高的溫度會引發(fā)主軸軸承配合間隙的增大從而影響主軸精度為了解決上述不利因素設(shè)計主軸單元需考慮動平衡測試時去重或增重的合理位置使用最有效的方法使主軸單元達(dá)到動平衡的標(biāo)準(zhǔn)要求或設(shè)計要求主軸單元的動平衡在動平衡機(jī)上進(jìn)行

21、測試做測試時通過感應(yīng)器傳遞信息找出主軸單元不平衡的位置方向然后在顯示方向上去重或在反方向上增重最后使主軸單元達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求或設(shè)計要求機(jī)床高速化的應(yīng)用和發(fā)展要求主軸轉(zhuǎn)速提高但機(jī)床主軸組零件在制造過程中不可避免會因材質(zhì)不均勻形狀不對稱加工裝配誤差而導(dǎo)致重心偏離旋轉(zhuǎn)中心使機(jī)床產(chǎn)生振動和振動力引起機(jī)床噪聲軸承發(fā)熱等隨著轉(zhuǎn)速升高不平衡引起的振動越加激烈由于機(jī)床主軸組件轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的變形很小為了簡化計算故視其作為剛性轉(zhuǎn)子的平衡方法來處理將轉(zhuǎn)子視作絕對剛體且假定工作時不平衡離心力作用下的轉(zhuǎn)軸不會發(fā)生顯著變形為此在這些條件下剛性轉(zhuǎn)子的許多復(fù)雜不平衡狀態(tài)可簡化為力系不平衡來處理即可在任意選定的兩個平面上增加或減去兩

22、個等效于u和u的動平衡力使其平衡剛性轉(zhuǎn)子動平衡一般為低速動平衡一般選用第一臨界轉(zhuǎn)速的13以下 1 進(jìn)行由不平衡引起的振動力噪聲等現(xiàn)場試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室試驗(yàn)確定平衡程度 2 通過計算求得作用到軸承上的不平衡力達(dá)到軸承的允許限度時的允許不平衡從而確定不平衡程度26動平衡的力學(xué)原理一般來說回轉(zhuǎn)體的動不平衡如多缸發(fā)動機(jī)的曲軸其各部分質(zhì)心的偏移方向較復(fù)雜但都可以視為多個圓盤組合而成其根據(jù)力學(xué)等效原理均可把多個圓盤的不平衡慣性力簡化到兩個平面上如下圖軸所示設(shè)在與轉(zhuǎn)于軸線垂直的任意兩平面上半徑分別為rrmm回轉(zhuǎn)過程中兩不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力分別為f mrf mr圖2-1動平衡力學(xué)原理簡圖平衡機(jī)在近年來迅速普及用途

23、范圍越來越廣其主要功能為檢測并顯示轉(zhuǎn)子不平衡量的大小及位置以指導(dǎo)操作者將不平衡量盡量去除以使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡精度要求27 現(xiàn)場動平衡的原理及分計算分析com 現(xiàn)場動平衡技術(shù)介紹所謂現(xiàn)場動平衡是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械在工作狀態(tài)下對其進(jìn)行振動分析并進(jìn)行平衡校正的一種平衡實(shí)驗(yàn)方法現(xiàn)場平衡法的優(yōu)點(diǎn)是不需要拆卸機(jī)器吊出轉(zhuǎn)子不需要平衡機(jī)或?qū)嶒?yàn)臺等設(shè)備可以避免因拆卸和重新安裝引起的誤差 并且可以微量地補(bǔ)償轉(zhuǎn)子的腐蝕和磨損必須指出作為現(xiàn)場動平衡的指標(biāo)是將失衡引起的振動控制在允許的范圍之內(nèi)而并不要求完全消除不平衡實(shí)際上由于測量誤差溫度波動磨損以及其他因素的影響要達(dá)到完全的平衡幾乎是不可能的現(xiàn)場動平衡主要是依據(jù)影響系數(shù)法其基本思

24、想是轉(zhuǎn)子與軸承組成的振動系統(tǒng)是一線性系統(tǒng)因此軸承的振動響應(yīng)是各平衡面產(chǎn)生的不平衡量引起的振動響應(yīng)的線性疊加其振動響應(yīng)量前后軸承處的振動影響由此確定各影響系數(shù)從而求得應(yīng)該加 減 的平衡校正量com 動平衡計算分析轉(zhuǎn)子被劃分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子如果轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于一階臨界轉(zhuǎn)速稱其為剛性轉(zhuǎn)子反之為撓性轉(zhuǎn)子剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子在動力學(xué)特性方面有很大的不同因而其相應(yīng)的平衡方法的差異也很大對于撓性轉(zhuǎn)子在任何情況下都必須進(jìn)行動平衡動平衡計算包括單面和雙面動平衡計算下圖為假定的剛性轉(zhuǎn)子在校正面上分別有不平衡量u和u在位置 ab處的傳感器測量不平衡量u和u的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為x和 x表示成圖2-2 動平衡計算模型 1

25、 2 式中 ij 1 2 為影響系數(shù)斜體部分表示矢量通常情況下現(xiàn)場一般采用單面動平衡法對轉(zhuǎn)子進(jìn)行單面平衡時只需要考慮轉(zhuǎn)子的不平衡力而不必考慮不平衡力偶令則式 1 和 2 簡化為 3 4 如果已知和或和就可以求出u可見單面平衡時只需其中任何一個方程即可求解對于撓性轉(zhuǎn)子其動平衡與剛性轉(zhuǎn)子不同因此對于撓性轉(zhuǎn)子其不平衡離心慣性力所引起的轉(zhuǎn)子彎曲變形不能忽略必須加以考慮在不同的轉(zhuǎn)速下由于離心慣性力的大小不一樣因此轉(zhuǎn)子具有不同的彎曲變形另一方面由于轉(zhuǎn)子彎曲改變了原有的質(zhì)量分布于是也就改變了離心力的分布由此可見撓性轉(zhuǎn)子的不平衡狀態(tài)是隨轉(zhuǎn)速不斷變化的即使在某一轉(zhuǎn)速下平衡好的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生變化原有的平衡狀態(tài)也可能

26、被破壞從理論上講要真正對撓性轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡只有在沿轉(zhuǎn)子的軸向無窮多個平面上加或減校正質(zhì)量將轉(zhuǎn)子的各平面全部校正后撓性轉(zhuǎn)子才能夠真正地達(dá)到平衡 也只有這樣轉(zhuǎn)子在任一轉(zhuǎn)速下才能夠始終保持平衡然而事實(shí)上 這種平衡根本無法實(shí)現(xiàn) 因此實(shí)際對撓性轉(zhuǎn)子的平衡校正通常只能在幾個甚至一個轉(zhuǎn)速下進(jìn)行 并且也只能在有限的幾個或一個校正平面上增加或減少校正質(zhì)量28剛性回轉(zhuǎn)件的動平衡實(shí)驗(yàn)法由動平衡原理可知軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件必須分別在任意兩個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)各加一個適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量才能使回轉(zhuǎn)件達(dá)到平衡將回轉(zhuǎn)件裝在動平衡試驗(yàn)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)然后在兩個選定的平面內(nèi)確定所需平衡質(zhì)徑的大小和方位從而使回轉(zhuǎn)件達(dá)到動平衡的方法稱為動平衡實(shí)驗(yàn)法當(dāng)回轉(zhuǎn)體

27、的時以及有特殊要求的重要回轉(zhuǎn)件必須進(jìn)行動平衡剛性轉(zhuǎn)子的動平衡試驗(yàn)要在動平衡機(jī)上進(jìn)行轉(zhuǎn)子的不平衡而產(chǎn)生的離心慣性力和慣性力偶矩將使轉(zhuǎn)子的支撐產(chǎn)生強(qiáng)迫振動轉(zhuǎn)子支撐處振動的強(qiáng)弱反映了轉(zhuǎn)子的不平衡情況各類平衡機(jī)的工作原理都是通過測量轉(zhuǎn)子支撐處的振動強(qiáng)度和相位來測定轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小和方位的由于可在兩個選定的平面上加重或減重進(jìn)行動平衡所以通過測量兩個支撐處的振動就可以知道兩平面的平衡結(jié)果3 動平衡機(jī)的發(fā)展31平衡機(jī)的發(fā)展史平衡機(jī)發(fā)展迄今已經(jīng)有一百多年的歷史1866年德國西門子公司發(fā)明了發(fā)電機(jī)4年后加拿大人henry martinson申請了平衡技術(shù)的專利拉開了平衡校正產(chǎn)業(yè)的序幕1907年franz l

28、awaczek博士把改良的平衡技術(shù)提供給了carl schenck先生后者在1915年制作了第一臺雙面平衡機(jī)直到上世紀(jì)末40年代所有的平衡工序都是在采用純機(jī)械的平衡設(shè)備上進(jìn)行的轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)速通常取振動系統(tǒng)的共振轉(zhuǎn)速以使振幅最大在這種方式下測量轉(zhuǎn)子平衡測量誤差較大也不安全任何一種儀器儀表產(chǎn)品都會有其精度極限平衡機(jī)也不例外目前國產(chǎn)的大多數(shù)平衡機(jī)其測量精度都在微米級而國內(nèi)的普通機(jī)加工最高水平大都停留在十倍微米絲道級上隨著電子技術(shù)的發(fā)展和剛性轉(zhuǎn)子平衡理論的普及五十年代后大部分平衡設(shè)備都采用了電子測量技術(shù)平面分離電路技術(shù)的平衡機(jī)有效的消除了平衡工件左右面的相互影響直到七十年代硬支承平衡機(jī)的出現(xiàn)可以認(rèn)為是

29、平衡機(jī)發(fā)展史上的一次飛躍它采用靜態(tài)下的平衡尺寸設(shè)定消除了傳統(tǒng)軟支承平衡機(jī)需頻繁的動態(tài)調(diào)整的不便形成了永久定標(biāo)的平衡機(jī)八十年代壓電傳感器技術(shù)又給平衡機(jī)的發(fā)展帶來一次革命采用這種技術(shù)的平衡機(jī)在不需要非常高速的平衡領(lǐng)域基本取代了軟支承平衡機(jī)目前隨著微機(jī)技術(shù)的運(yùn)用將平衡機(jī)又帶入一個嶄新的時代平衡機(jī)在性能精度可操作性方面均有了顯著的提高平衡機(jī)已經(jīng)集光電機(jī)各方面的技術(shù)于一身并且在電動工具機(jī)械制造風(fēng)機(jī)電機(jī)造紙紡織家用電器冶金等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用從牛頓運(yùn)動定律知道任何物體在勻速旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)體內(nèi)各個質(zhì)點(diǎn)都有將產(chǎn)生離心慣性力簡稱離心力盤狀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是以角速度作勻速轉(zhuǎn)動則轉(zhuǎn)子體內(nèi)任一質(zhì)點(diǎn)都將產(chǎn)生離心力f則離心力這

30、無數(shù)個離心力組成一個慣性力系作用在軸承上形成轉(zhuǎn)子對軸承的動壓力其大小則決定于轉(zhuǎn)子質(zhì)量的分布情況如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)量對轉(zhuǎn)軸對稱分布則動壓力為零即各質(zhì)量的離心力互相平衡否則將產(chǎn)生動壓力尤其在高速旋轉(zhuǎn)時動壓力是很大的因此對旋轉(zhuǎn)體特別是高速旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行動平衡校正是必須的32動平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的不平衡問題簡單地說就是由于轉(zhuǎn)子的重心偏離了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)幾何中心線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時由此產(chǎn)生的離心力隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)從而激發(fā)轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子的安裝基礎(chǔ)如軸承座機(jī)座機(jī)箱車身等產(chǎn)生振動所以也可以說平衡機(jī)的主要功能就是檢測轉(zhuǎn)子重心對轉(zhuǎn)子幾何中心線的偏移量平衡機(jī)是一種檢測旋轉(zhuǎn)體動平衡的檢測設(shè)備從結(jié)構(gòu)上講主要是由機(jī)械振動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)和電氣測量系統(tǒng)等三

31、大部件組成 機(jī)械振動系統(tǒng)主要功能是支承轉(zhuǎn)子并允許轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生有規(guī)則的振動振動的物理量經(jīng)傳感器檢測后轉(zhuǎn)換成電信號送入測量系統(tǒng)進(jìn)行處理驅(qū)動系統(tǒng)的主要功能是驅(qū)動轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)子在額定的平衡轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)目前常見的驅(qū)動系統(tǒng)主要有萬向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動和圈帶驅(qū)動萬向聯(lián)軸節(jié)因本身結(jié)構(gòu)中存在間隙和與工件安裝時存在安裝幾何偏差這些誤差將直接影響工件的平衡精度在特大工件時和心軸安裝時更為突出因此萬向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動主要用于普通的平衡精度要求不是很高的臥式平衡機(jī) 在圈帶驅(qū)動中由于傳動帶具有減振作用能減少驅(qū)動馬達(dá)的振動對轉(zhuǎn)子的影響且轉(zhuǎn)子不需要在平衡機(jī)上作準(zhǔn)備也不需要附加連接件如螺栓插銷等轉(zhuǎn)換固定裝置因此安裝迅速與萬向節(jié)驅(qū)動相比它不存在

32、結(jié)構(gòu)間隙及安裝幾何偏差能大大的提高測量精度 電氣測量系統(tǒng) 是的主要功能是處理由傳感器來的電信號顯示出轉(zhuǎn)子不平衡量所處的位置和大小它是平衡機(jī)中的關(guān)鍵部件其好壞直接影響平衡機(jī)的性能型測量系統(tǒng)是在吸收國內(nèi)外平衡機(jī)頂尖技術(shù)的基礎(chǔ)上和國內(nèi)多所大中院校聯(lián)系自行設(shè)計開發(fā)的平衡機(jī)檢測系統(tǒng)工業(yè)計算機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)采用臺灣日本美國多種電子元件及芯片用先進(jìn)的技術(shù)制造能保障系統(tǒng)高效率高安全長期穩(wěn)定運(yùn)行33動平衡機(jī)的分類平衡機(jī)的種類很多就其機(jī)械振動系統(tǒng)的工作狀態(tài)分類目前所見的不外乎兩大類硬支承平衡機(jī)和軟支承平衡機(jī)硬支承平衡機(jī)是指平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機(jī)而軟支承平衡機(jī)則是平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡

33、機(jī)簡單來說硬支承平衡機(jī)的機(jī)械振動系統(tǒng)剛度大外力不能使其自由擺動軟支承平衡機(jī)的機(jī)械振動系統(tǒng)剛度小一般來說外力可以使其自由擺動平衡機(jī)從原理方面可以分為硬支承平衡機(jī)軟支承平衡機(jī)半硬支承平衡機(jī)硬支承平衡機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機(jī)平衡校驗(yàn)時支承擺架相對處于硬狀態(tài)因此轉(zhuǎn)子可以在接近實(shí)際軸承條件下進(jìn)行平衡校正具有操作簡便安全性能好的特點(diǎn) 軟支承平衡機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速大于參振系統(tǒng)共振頻率的平衡機(jī)平衡校驗(yàn)時支承擺架相對處于軟狀態(tài)因此轉(zhuǎn)子校驗(yàn)平衡時支承條件與實(shí)際軸承工作條件不同具有測量精度高的特點(diǎn)半硬支承平衡機(jī)是平衡轉(zhuǎn)速在03com動平衡機(jī)的工作原理平衡機(jī)是測量旋轉(zhuǎn)物體 轉(zhuǎn)子 不平衡量大小和位置的機(jī)器何

34、轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時由于相對于軸線的質(zhì)量分布不均勻而產(chǎn)生離心力這種不平衡離心力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會引起振動產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損以致嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和壽命電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)床主軸內(nèi)燃機(jī)曲軸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子陀螺轉(zhuǎn)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuǎn)零部件在制造過程中都需要經(jīng)過平衡才能平穩(wěn)正常地運(yùn)轉(zhuǎn) 根據(jù)平衡機(jī)測出的數(shù)據(jù)對轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行校正可改善轉(zhuǎn)子相對于軸線的質(zhì)量分布使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動或作用于軸承上的振動力減少到允許的范圍之內(nèi)因此平衡機(jī)是減小振動改善性能和提高質(zhì)量的必不可少的設(shè)備通常轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量的測量和校正兩個步驟平衡機(jī)主要用于不平衡量的測量而不平衡量的校正則往往借助于鉆床銑床和點(diǎn)焊機(jī)等其他輔助設(shè)備或用手工

35、方法完成有些平衡機(jī)已將校正裝置做成為平衡機(jī)的一個部分把剛性回轉(zhuǎn)體安裝在動平衡機(jī)的彈性支承上使回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動根椐支承的不同情況 通過回轉(zhuǎn)體的周期性機(jī)械振動信號變?yōu)殡姼行盘?測量出支承的振動和支反力用分離解算電路計算出回轉(zhuǎn)體的不平衡量再對回轉(zhuǎn)體進(jìn)行加重或去重直至平衡量達(dá)到要求圖3-1動平衡工作原理圖35動平衡機(jī)常用術(shù)語1不平衡量轉(zhuǎn)子某平面上不平衡量的量值大小不涉及不平衡的角度位置它等于不平衡質(zhì)量和其質(zhì)心至轉(zhuǎn)子軸線的乘積不平衡量com俗稱重徑積2不平衡相位轉(zhuǎn)子某平面上的不平衡質(zhì)量相對于給定極坐標(biāo)的角度值3不平衡度轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量單位是gmmkg在靜不平衡時相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量偏心距單位為m4初始不平衡

36、量平衡前轉(zhuǎn)子上存在的不平衡量5許用不平衡量為保證旋轉(zhuǎn)機(jī)械正常工作所允許的轉(zhuǎn)子剩余不平衡量該指標(biāo)用不平衡度表示時稱為許用不平衡度亦稱許用不平衡率6剩余不平衡量平衡校正后轉(zhuǎn)子上的剩余不平衡量7校正半徑校正平面上校正質(zhì)量的質(zhì)心到轉(zhuǎn)子軸線的距離一般用mm表示8校正平面的干擾相互影響在給定轉(zhuǎn)子某一校正面上不平衡量的變化引起另一校正平面上平衡機(jī)指示值的改變有時稱為平面分離影響9最小可達(dá)剩余不平衡量最小可達(dá)剩余不平衡量單位是gmm其意義是指平衡機(jī)能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值是衡量平衡機(jī)最高平衡能力的性能指標(biāo)當(dāng)該指標(biāo)用不平衡度表示時稱為最小可達(dá)剩余不平衡度單位gmmkg10不平衡量減少率經(jīng)過一次平衡校正

37、所減少的不平衡量與初始不平衡量之比值它是衡量平衡機(jī)效率的性能指標(biāo)以百分?jǐn)?shù)表示式中初始不平衡量一次平衡校正后的剩余不平衡量11不平衡力偶干擾比單面平衡機(jī)抑止不平衡力偶影響的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量單位是gmmkgm121135110 51650160500kg361室內(nèi)溫度在5352相對濕度不超過853電源電壓的波動量不應(yīng)超過名義值的104安裝緊固在穩(wěn)固的基礎(chǔ)上安裝水平度在021000以內(nèi)5平衡機(jī)周圍無振動源干擾無電磁輻射無腐蝕性介質(zhì)的車間場地37平衡機(jī)選擇的知識旋轉(zhuǎn)機(jī)械的多樣化其產(chǎn)生的振動問題噪聲問題機(jī)械壽命等的要求日益嚴(yán)格必須針對不同的旋轉(zhuǎn)工件選用適于各自特點(diǎn)的動平衡機(jī)并進(jìn)行相應(yīng)的不平

38、衡校正選型的一般原則第一步選擇動平衡機(jī)應(yīng)該先確定轉(zhuǎn)子的平衡等級根據(jù)旋轉(zhuǎn)工件的外形特征選擇臥式或立式動平衡機(jī)參考前面動平衡機(jī)分類當(dāng)然如果有特殊的要求還可以按照實(shí)際需要設(shè)計制造第二步根據(jù)工件的大小選型如工件的外徑長度和重量等特征參數(shù)選擇動平衡機(jī)型號如5165016013到23動平衡效果較好最大或最小值都可做但不一定能滿足工件的精度平衡機(jī)的測量精度在微米的數(shù)量級以上而工件的幾何加工精度在1絲-10絲之間也就是說在10微米100微米之間從這個數(shù)量級的具體意義來看轉(zhuǎn)子的平衡精度主要決定于工藝軸的幾何加工精度下面就幾何偏心引起的誤差舉個簡單的例子設(shè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量公斤 工藝軸的加工跳動為550 250 由此看來

39、5 絲的精度有如此大的影響而 5 絲的保證已經(jīng)有所不易所以平衡工藝軸的加工一定要經(jīng)過磨削工藝這樣才能保證平衡的最終精度目的 38校準(zhǔn)原理平衡機(jī)的校準(zhǔn)包括三項(xiàng)內(nèi)容系統(tǒng)不平衡量大小和相位的校準(zhǔn)靈敏度的校準(zhǔn)零點(diǎn)相位校準(zhǔn)首先是系統(tǒng)不平衡量大小和相位的校準(zhǔn)假設(shè)經(jīng)過高精度平衡的校驗(yàn)轉(zhuǎn)子不平衡量為零當(dāng)僅僅放上校驗(yàn)轉(zhuǎn)子時這時仍然有振動信號分析可知振動信號是在系統(tǒng)不平衡矢量和校驗(yàn)轉(zhuǎn)子不平衡矢量的合矢量轉(zhuǎn)子中不平衡量的來源和表示方法一個轉(zhuǎn)子在設(shè)計上一般都使它相對于旋轉(zhuǎn)軸線是軸對稱的但是由于工藝上的一系列因素最后裝配完畢的轉(zhuǎn)子總是不能做到動力上的完全軸對稱也就是存在一定的不平衡量39動平衡機(jī)的技術(shù)革新由于撓性轉(zhuǎn)子的

40、廣泛應(yīng)用人們研制出了撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)這類平衡機(jī)必須在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)速除能測量支承的振動或振動力外還能測量轉(zhuǎn)子的撓曲變形撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)有時安裝在真空防護(hù)室內(nèi)以適合汽輪機(jī)之類轉(zhuǎn)子的平衡它配備有抽真空系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)潤滑油除氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理用計算機(jī)系統(tǒng)等龐大的輔助設(shè)備動平衡測試技術(shù)是隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械的制造和使用中提出來的計算機(jī)的發(fā)展為虛擬儀器的應(yīng)用提供了可能用軟件代替硬件的虛擬儀器實(shí)現(xiàn)了對動平衡量的測量提高了測試精度同時降低了成本動平衡測試技術(shù)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測與診斷技術(shù)的一個重要分支廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械中轉(zhuǎn)子不平衡量的校正已經(jīng)成為轉(zhuǎn)子動力學(xué)中重要的學(xué)科據(jù)統(tǒng)計在所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障中約30是由于轉(zhuǎn)子

41、的不平衡引起的它是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中出現(xiàn)頻率最高的故障之一不平衡轉(zhuǎn)子在支承上造成的動載荷將會引起整個旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動產(chǎn)生噪音加速軸承磨損造成轉(zhuǎn)子部分高頻疲勞破壞和支承部分的部件強(qiáng)迫振動損壞降低旋轉(zhuǎn)機(jī)械的壽命甚至使整個機(jī)器控制失靈發(fā)生嚴(yán)重事故因此對旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡 可以極大地提高系統(tǒng)的安全性雖然動平衡機(jī)的出現(xiàn)已有100多年的歷史但是動平衡機(jī)都存在平衡時精度不高無形中延長了動平衡測試的操作周期提高了測試的費(fèi)用影響了生產(chǎn)的效率計算機(jī)的發(fā)展為虛擬儀器提供了硬件支持在虛擬技術(shù)的沖擊下測量儀器和測試技術(shù)發(fā)生了巨大變革現(xiàn)代測試技術(shù)計算機(jī)技術(shù)電子技術(shù)虛擬儀器技術(shù)等和動平衡技術(shù)相結(jié)合研制以計算機(jī)為核心的虛擬

42、動平衡測試系統(tǒng)已成為今后發(fā)展的方向用labview軟件設(shè)計的測試系統(tǒng)完成對動平衡的測量和計算提高測試精度的同時降低了生產(chǎn)的成本虛擬動平衡測試系統(tǒng)整個動平衡測試系統(tǒng)是由剛性支承動平衡機(jī)傳感器信號預(yù)處理數(shù)據(jù)采集卡計算機(jī)等五大部分組成測量系統(tǒng)總體框圖如圖3-3所示左右兩支承處的振動傳感器將振動信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柦?jīng)隔直濾波和增益控制后輸入到數(shù)據(jù)采集卡同時由一小型聯(lián)軸節(jié)與試驗(yàn)機(jī)車頭主軸尾端相連的1個永磁小型基準(zhǔn)訊號發(fā)電機(jī)發(fā)出與工件轉(zhuǎn)速同頻率的基準(zhǔn)相位信號經(jīng)過預(yù)處理后也輸入到數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡中的ad轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號送入虛擬儀器軟件包進(jìn)行分析處理平衡解算最后顯示出不平衡量的大小和相位據(jù)此來實(shí)

43、現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的不平衡的校正圖3-3虛擬動平衡測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖硬件由信號調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集卡和pc機(jī)組成信號調(diào)理包括放大和濾波通過調(diào)理電路放大傳感器輸出的微弱信號濾除干擾信號為數(shù)據(jù)采集卡中ad轉(zhuǎn)換提供適當(dāng)幅度的輸入模擬信號數(shù)據(jù)采集卡采用pci2003該數(shù)據(jù)采集卡是一種基于pci總線的數(shù)據(jù)采集卡可直接插在ibm-pcat或與之兼容的計算機(jī)內(nèi)的任一pci插槽中構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集波形分析和處理系統(tǒng)也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)計算機(jī)采用piii計算機(jī)該系統(tǒng)以pc機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡為通用硬件平臺與傳統(tǒng)儀器相比具有便于維護(hù)降低成本等優(yōu)點(diǎn)而且能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的更新和功能的擴(kuò)展多功能動平衡測量

44、儀是以mcs-96系列8098單片機(jī)為核心的一種基于微電子技術(shù)的數(shù)字化功能動平衡測量儀該儀器采用16位單片機(jī)點(diǎn)陣式液晶顯示屏硬件濾波和軟件濾波相結(jié)合的方法使其具有操作簡單顯示直觀精度高以及性能好的特點(diǎn)該動平衡測量儀總體結(jié)構(gòu)如圖3-4所示振動傳感器測出支承兩端的動載荷信號經(jīng)光電信號處理電路進(jìn)行整形經(jīng)振動信號處理電路儀采用軟件濾波和硬件濾波相結(jié)合的方法采用開進(jìn)行信號變換濾波及調(diào)整后得到與轉(zhuǎn)子同頻率的關(guān)電容有源濾波集成電路組成的四階帶通濾波器進(jìn)正弦信號和方波信號再送給8098放大和倍頻等單片機(jī)獲得不行濾波轉(zhuǎn)速信號經(jīng)128倍頻后作為濾波器的外部處理后分別送振動信號處理電路和8098單片機(jī)用于控制跟蹤濾

45、波以及振動信號的轉(zhuǎn)速和振動信號的幅值相位測量鍵盤顯示器一方面用來控制動平衡儀的運(yùn)行一方面顯示儀器的運(yùn)行結(jié)果各處理電路之間的信號靠系統(tǒng)總線來傳遞圖3-4多功能動平衡測量儀總體的結(jié)構(gòu)框圖4 實(shí)例應(yīng)用41試驗(yàn)用儀器介紹yyw-300a型硬支承平衡機(jī)是一種用途廣泛的通用動平衡機(jī)它具有效率高操作簡易直接同時顯示不平衡量的克數(shù)和相位等特點(diǎn)是一種較為先進(jìn)的動平衡機(jī)硬支承動平衡機(jī)的最大特點(diǎn)是根據(jù)各種不同類型轉(zhuǎn)子的幾何尺寸校正平面和支撐軸承之間的距離進(jìn)行調(diào)整使經(jīng)一次啟動運(yùn)轉(zhuǎn)后既能正確地顯示出不平衡量的克數(shù)及相位因此它十分適用于多品種小批量轉(zhuǎn)子的動平衡校驗(yàn)1采用光點(diǎn)矢量瓦特表作為顯示儀表顯示直觀能記憶顯示量2測量

46、系統(tǒng)采用線性集成電路性能穩(wěn)定可靠3機(jī)電換能器采用杠桿機(jī)械放大式磁電速度傳感器其特點(diǎn)是輸出不平衡振幅較大性能穩(wěn)定可靠4采用雙通道測量系統(tǒng)操作簡單測量迅速5325轉(zhuǎn)分試件軸頸范圍較大可達(dá)180毫米若備有矢量分解標(biāo)度盤對校驗(yàn)如曲軸和需作適量分解平衡的轉(zhuǎn)子以及初始不平衡量較大的轉(zhuǎn)子的動平衡提供方便主要技術(shù)性能精度指標(biāo)1每校正平面最小可達(dá)剩余不平衡量 2不平衡減少率不平衡力從測量平面到校正平面上的換算在硬支承動平衡機(jī)中軸承支架的剛性很大由轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻所產(chǎn)生的離心力不能使軸承支架產(chǎn)生擺動因而轉(zhuǎn)子和軸承支架幾乎不產(chǎn)生振動偏移這樣不平衡力就可以被認(rèn)為是作用在簡支梁上的精力因此能用單純靜力學(xué)的原理來分析轉(zhuǎn)

47、子的動平衡條件根據(jù)剛性轉(zhuǎn)子動平衡原理一個東不平衡的剛性轉(zhuǎn)子總可以在與旋轉(zhuǎn)軸線垂直而不與轉(zhuǎn)子重心重合的兩個校正平面上減去或加上適當(dāng)?shù)闹亓縼磉_(dá)到動平衡轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時支架上的軸承受到了不平衡的交變動壓力它包含著動平衡的的大小和相位的信息硬支承動平衡機(jī)檢測的是不平衡產(chǎn)生的離心力由于采用速度傳感器因此它的測量靈敏度與平衡轉(zhuǎn)速成立方比增減而與轉(zhuǎn)子重量或軸承支架重量無關(guān)因?yàn)樗俣葌鞲衅鞯妮敵雠c速度成正比而離心力與轉(zhuǎn)速平方成正比因而不平衡由傳感器輸出的訊號與轉(zhuǎn)速成立方比42實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鶕?jù)實(shí)驗(yàn)確定平衡品質(zhì)并加以校正用實(shí)驗(yàn)來確定所需平衡品質(zhì)通常用于大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)子的平衡工藝過程通過試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)確定恰當(dāng)?shù)钠胶馄焚|(zhì)有利于提高大

48、批量制造轉(zhuǎn)子的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平有特殊要求的轉(zhuǎn)子有時也需通過試驗(yàn)來確定其平衡品質(zhì)43實(shí)驗(yàn)步驟總電源接通電源后啟動按鈕指示燈即亮說明機(jī)器已通電將車頭左側(cè)的變速轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到中速檔此時按下啟動按鈕電動機(jī)即能拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)停車時可以按停止按鈕也可以直接按下車頭右側(cè)的制動手柄制動后需將手柄抬起否則下次不能再啟動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向?yàn)橛绍囄蚕蜍囶^看轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)平衡轉(zhuǎn)子前應(yīng)先接通電測箱電源預(yù)熱15分鐘后方可開始校平衡面板右下側(cè)為輕重相位開關(guān)其位置是按工件平衡的需要來進(jìn)行調(diào)整輕相當(dāng)于缺重引起的不平衡這個缺重由外加材料來補(bǔ)償重相當(dāng)于超重引起的不平衡這個超重由去料鉆銑等來補(bǔ)償平衡的修正量或稱校正量為光點(diǎn)在瓦特表標(biāo)度盤上的

49、指示值讀數(shù)以格數(shù)表示與靈敏度開關(guān)按鈕所表示的靈敏度克格的乘積偏心距和不平衡量的關(guān)系本機(jī)所指示的轉(zhuǎn)子不平衡量為克毫米當(dāng)以偏心距微米來衡量轉(zhuǎn)子的動平衡精度時這兩者之間可以相互換算圖4-1 試驗(yàn)用yyw-300a型硬支承平衡機(jī)電測箱面板上分別有電源開關(guān)開速度選擇開關(guān)靈敏度開關(guān)縱向零位調(diào)節(jié)器橫向零位調(diào)節(jié)器輕重開關(guān)測量記憶開關(guān)光點(diǎn)矢量瓦特表距離電位器等平面分離旋鈕 a b c a 代表轉(zhuǎn)子左校正平面至左支承之間的距離調(diào)節(jié)范圍01000毫米 c 代表轉(zhuǎn)子右校正平面至右支承之間的距離調(diào)節(jié)范圍01000毫米 b 代表轉(zhuǎn)子左右校正平面之間的距離調(diào)節(jié)范圍為1001000毫米校正平面直徑旋鈕 d d d代表左校正平

50、面修正位置處的直徑調(diào)節(jié)范圍1001000毫米 d代表右校正平面修正位置處的直徑調(diào)節(jié)范圍1001000毫米必須按照平衡轉(zhuǎn)子量出 d d的實(shí)際尺寸來調(diào)節(jié)旋鈕的刻度刻度可以用厘米毫米為單位兩者必須一致必須按照工作狀態(tài)開關(guān)按鈕所指示的轉(zhuǎn)子裝載形式量出 a b c 的實(shí)際尺寸來調(diào)節(jié)旋鈕的刻度刻度可以用毫米為單位且三者一致靈敏度開關(guān)位于轉(zhuǎn)速開關(guān)的右側(cè)瓦特表標(biāo)度盤每格所表示的不平衡質(zhì)量由靈敏度開關(guān)上的指示數(shù)決定靈敏度開關(guān)共有四級每級代表不同的靈敏度分別為005克格01克格05克格25克格使用時選擇其中一個按下即可以光點(diǎn)指示值不超過瓦特表刻度盤的滿刻度為準(zhǔn)在對轉(zhuǎn)子校正平衡前必須在所有開關(guān)位置與旋鈕位置已調(diào)整好

51、的情況下先調(diào)整電測箱的光點(diǎn)零位此時將靈敏度開關(guān)接地即其按鈕一個也不按下再按下啟動按鈕使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)調(diào)整光點(diǎn)矢量瓦特表上端左右兩只調(diào)節(jié)螺釘使光點(diǎn)位于標(biāo)度盤的圓心當(dāng)變換轉(zhuǎn)速或改變轉(zhuǎn)子的裝載形式時需重新檢查光點(diǎn)零位若有偏離圓心情況可重新調(diào)整由不平衡產(chǎn)生的傳感器信號是一個正弦波然而實(shí)際上這個正弦波上夾雜著外界振動噪聲這些振動噪聲有的是機(jī)械本身驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的有的是支承軸承產(chǎn)生的有的是轉(zhuǎn)子形狀引起空氣阻流產(chǎn)生的有的是附近的其他機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的它們通常是一些高頻諧波為了有效準(zhǔn)確的測出實(shí)際不平衡的量測量系統(tǒng)必須濾出傳感器信號中的這些外界振動噪聲從中攝取反映不平衡量的基波信號選用的瓦特表系統(tǒng)本身的乘法器結(jié)構(gòu)使它具有優(yōu)良的頻率選擇特性能自動抑制干擾信號傳感器信號經(jīng)過兩次積分模擬運(yùn)算電路和一次信號功率放大后就可以顯示在光點(diǎn)矢量瓦特表的指示屏上1按照上述要求做好平衡試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作啟動平衡機(jī)試驗(yàn)選取中速最大靈敏度005中速650轉(zhuǎn)分表4-1 平衡機(jī)調(diào)整參數(shù)ddabc7272-7272-70其中ac有負(fù)號指在0位數(shù)以下