動(dòng)平衡機(jī)原理

1、動(dòng)平衡機(jī)原理第一臺(tái)平衡機(jī)的出現(xiàn)乞今已有一百多年的歷史。而平衡技術(shù)的發(fā)展主要還是近四十年的 事。它與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切關(guān)聯(lián)。我國(guó)動(dòng)平衡理論和裝置的研究及新產(chǎn)品的開發(fā)是從五 十年代開始的。機(jī)械中繞軸線旋轉(zhuǎn)的零部件，稱為機(jī)器的轉(zhuǎn)子。如果一個(gè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布均勻， 制造和安裝都合格，則運(yùn)轉(zhuǎn)是平衡的。理想情況下，其對(duì)軸承的壓力，除重力之外別其它 的力，即與轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時(shí)一樣，只有靜壓力。這種旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸承都只有靜壓力的 轉(zhuǎn)子，稱為平衡的轉(zhuǎn)子。如果轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)軸承除有靜壓力外還附加有動(dòng)壓力，則稱之 為不平衡的轉(zhuǎn)子。從牛頓運(yùn)動(dòng)定律知道，任何物體在勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)體內(nèi)各個(gè)質(zhì)點(diǎn)，都有將產(chǎn)生 離心慣性力，簡(jiǎn)稱

2、離心力，如圖一所示，盤狀轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子是以角速度3作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，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F=m®2,這無數(shù)個(gè)離心力組成一個(gè)慣 性力系作用在軸承上，形成轉(zhuǎn)子對(duì)軸承的動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)軸對(duì)稱分布，則動(dòng)壓力為零，即各質(zhì)量的離心力互相平衡。否則將產(chǎn) 生動(dòng)壓力，尤其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)壓力是很大的。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)體，特別是高速旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行 動(dòng)平衡校正是必須的GJ近年來，許多機(jī)械制造業(yè)都在被迫接受著殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，特別是WTO的加入，簡(jiǎn)直是內(nèi)憂外患。價(jià)格戰(zhàn)、技術(shù)戰(zhàn)一場(chǎng)接著一場(chǎng)，使得眾多企業(yè)身心疲累，怨聲載道。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，提高產(chǎn)品質(zhì)量成

3、為致勝的有力武器，而動(dòng)平衡校正則是產(chǎn) 品質(zhì)量的前提和保證。平衡機(jī)是一種檢測(cè)旋轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡的檢測(cè)設(shè)備。從結(jié)構(gòu)上講，主要是由機(jī)械振動(dòng)系 統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電氣測(cè)量系統(tǒng)等三大部件組成。機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)主要功能是支承轉(zhuǎn)子，并允許轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生有規(guī)則的振動(dòng)振動(dòng)的物理量經(jīng)傳感器檢測(cè)后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行處理。平衡機(jī)的種類很多，就其機(jī)械振動(dòng)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)共振頻率的平衡機(jī)。簡(jiǎn)單來說， 硬支承平衡機(jī)的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)剛度大，外力不能使其自由擺動(dòng)。軟支承平衡機(jī)的

4、機(jī)械振動(dòng) 系統(tǒng)剛度小，一般來說，外力可以使其自由擺動(dòng)。以下是軟、硬支承平衡機(jī)的性能比較：、能殛支承平衡機(jī)軟支承平衡機(jī)平衡機(jī)的軸 承狀態(tài)支承軸承剛度接近轉(zhuǎn)子實(shí)際用的 軸承剛度，使平衡接近于轉(zhuǎn)子的實(shí) 際工作狀態(tài)軸承用板簧支承成次接近自由振 動(dòng)狀態(tài)，因此平衡時(shí)的支承軸承狀 態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)有很犬的區(qū)別平面分離與 ?；粗恍铚y(cè)量轉(zhuǎn)子尺寸、在測(cè)量系統(tǒng) 中輸入測(cè)量值，操作容易，不需要 預(yù)運(yùn)轉(zhuǎn)，一次標(biāo)定，長(zhǎng)久便用要附加試重，作預(yù)備運(yùn)行，操作 復(fù)雜調(diào)速困難機(jī)器承載范 圍大小適用池圍能用于多品種、小批量轉(zhuǎn)子的通 用機(jī)更大批量生產(chǎn)的專用平衡機(jī)只適用于大批重生產(chǎn)的專用平衡 機(jī)測(cè)重気蛾度與of成正比與(1)成正比不平衡

5、減少 率85%-558 松 95%安轉(zhuǎn)基礎(chǔ)要求較高匕51支承機(jī)器的安裝簡(jiǎn)單工作頻率w < 0.3,適合特大工件的中、 低逋平衡校驗(yàn)a)>13ah,適用于徽型工件的高 速平衡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要功能是驅(qū)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)主要有萬向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)和圈帶驅(qū)動(dòng)。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(shí)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(shí)和心軸安裝時(shí)更為突出。因此，萬向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)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(dòng)中，由于傳動(dòng)帶具有減振作用，能減少驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的振動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子的影 響，且轉(zhuǎn)子不需要在平衡機(jī)上作準(zhǔn)

6、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(dòng)相比，它不存在結(jié)構(gòu)間隙及安裝幾何偏差，能大大的提 高測(cè)量精度。電氣測(cè)量系統(tǒng)是的主要功能是處理由傳感器來的電信號(hào)，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(cè)量系 統(tǒng)是我公司在吸收國(guó)內(nèi)外平衡機(jī)頂尖技術(shù)的基礎(chǔ)上和國(guó)內(nèi)多所大中院校聯(lián)系自行設(shè)計(jì)、開 發(fā)的平衡機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，工業(yè)計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）控制系統(tǒng)，采用臺(tái)灣、日本；美國(guó)多種電 子元件及芯片，用先進(jìn)的技術(shù)制造，所有產(chǎn)品均經(jīng)過嚴(yán)格的品質(zhì)管制；保障系統(tǒng)高效率、 高安全、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。不平衡量的校正過程，即是從轉(zhuǎn)子上較重的部分去掉一部分

7、材料，或者在轉(zhuǎn)子較輕的部 分加上一些平衡配重，使轉(zhuǎn)子趨于平衡的過程。不平衡量的校正通常有加重和去重兩種平 衡校正方法。由于各種原因的影響，一些轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)在使用過程中會(huì)發(fā)生變化，對(duì)這些轉(zhuǎn)子通常就 要采用加配重的方法進(jìn)行校正。這樣做的好處是便于轉(zhuǎn)子（以及整機(jī)）的再行校正。在不 平衡量較大時(shí)，去重校正顯然不及加重校正方便快捷。用戶必須根據(jù)工件的具體情況選擇 合理的平衡校正方式。平衡機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，有一個(gè)精度的參數(shù):Mxe = mxr e = Gx 1 O（m = K/lxGxl Onxr式中汕 一一 工件的質(zhì)量（公斤）e偏四率（徹米）m 不年衡.質(zhì)墾（克）r 不平循質(zhì)量所在半徑亳米G 一平衡級(jí)數(shù)

8、n 一一工件工作轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）這幾個(gè)公式表明平衡機(jī)的測(cè)量精度在微米的數(shù)量級(jí)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(gè)數(shù)量級(jí)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(gè)簡(jiǎn)單的例子：設(shè)：轉(zhuǎn)子的質(zhì)量M = 2000公斤，工藝軸的加工跳動(dòng)為e = 5絲=50微米轉(zhuǎn)子的校正半徑為r = 250毫米那么，由工藝軸的跳動(dòng)引起的不平衡質(zhì)量mm= M Xe/r = 2000 X 5 0/2 50 = 400 （克）由此看來,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

9、，這樣才能保證平衡的最終精度目的。平衡工藝軸的修正極限為：當(dāng)跳動(dòng)大于 5 絲時(shí)，必需修正，否則平衡效果為假平衡。不平衡合格量的計(jì)算：根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦，精度等級(jí)分為： G4000、 G1600、 G630、 G250、G100、 G40 、 G16 、 G6.3 、 G2.5 、 G0.4 共 11 級(jí)。風(fēng)機(jī)、電機(jī)、膠棍的平衡精度要求為G= 6.3級(jí)。設(shè)：轉(zhuǎn)子的質(zhì)量M=200（公斤轉(zhuǎn)子的校正半徑為r =250毫米工件的工作轉(zhuǎn)速為 n=500 （ 轉(zhuǎn) / 分 ）精度等級(jí)選用 G=6.3 級(jí)則不平衡合格量 m =2000x6.3x10000/250x500=10（克（動(dòng)平衡機(jī)的工作原理（如何進(jìn)

10、行測(cè)量）平衡機(jī)是測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體（轉(zhuǎn)子）不平衡量大小和位置的機(jī)器。何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn) 時(shí)，由于相對(duì)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(huì)引起振動(dòng)，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(cè)出的數(shù)據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子的不平衡量進(jìn)行 校正，可改善轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸線的質(zhì)量分布，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)或作用于軸承上的振 動(dòng)力減少到允許的范圍之內(nèi)。因此，平衡機(jī)是減小振動(dòng)、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

11、的測(cè)量和校正兩個(gè)步驟，平衡機(jī)主要用于不平衡量的 測(cè)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(gè)部分。重力式平衡機(jī)和離心力式平 衡機(jī)是兩類典型的平衡機(jī)。重力式平衡機(jī)一般稱為靜平衡機(jī)。它是依賴轉(zhuǎn)子自身的重力作 用來測(cè)量靜不平衡的。置于兩根水平導(dǎo)軌上的轉(zhuǎn)子如有不平衡量，則它對(duì)軸線的重力矩 使轉(zhuǎn)子在導(dǎo)軌上滾動(dòng)，直至這個(gè)不平衡量處于最低位置時(shí)才靜止。被平衡的轉(zhuǎn)子放在用靜壓軸承支承的支座上，在支座的下面嵌裝一片反射鏡。當(dāng)轉(zhuǎn)子 不存在不平衡量時(shí)，由光源射出的光束經(jīng)此反射鏡反射后，投射在不平衡量指示器的極坐 標(biāo)原點(diǎn)。如果轉(zhuǎn)子存在

12、不平衡量，則轉(zhuǎn)子支座在不平衡量的重力矩作用下發(fā)生傾斜，支座 下的反射鏡也隨之傾斜并使反射出的光束偏轉(zhuǎn)，這樣光束投在極坐標(biāo)指示器上的光點(diǎn)便離 開原點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)光點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的坐標(biāo)位置，可以得到不平衡量的大小和位置。重力式平衡機(jī)僅適用于某些平衡要求不高的盤狀零件。對(duì)于平衡要求高的轉(zhuǎn)子，一般 采用離心式單面或雙面平衡機(jī)。離心式平衡機(jī)是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡引 起的支承振動(dòng)，或作用于支承的振動(dòng)力來測(cè)量不平衡。其按校正平面數(shù)量的不同，可分為 單面平衡機(jī)和雙面平衡機(jī)。單面平衡機(jī)只能測(cè)量一個(gè)平面上的不平衡（靜不平衡） ，它雖然 是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，但仍屬于靜平衡機(jī)。雙面平衡機(jī)能測(cè)量動(dòng)不平衡，也能分

13、別測(cè) 量靜不平衡和偶不平衡，一般稱為動(dòng)平衡機(jī)。離心力式平衡機(jī)按支承特性不同，又可分為 軟支承平衡機(jī)和硬支承平衡機(jī)。平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)固有頻率的稱為軟支承平衡 機(jī)。這種平衡機(jī)的支承剛度小，傳感器檢測(cè)出的信號(hào)與支承的振動(dòng)位移成正比。平衡轉(zhuǎn)速 低於轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)固有頻率的稱為硬支承平衡機(jī)，這種平衡機(jī)的支承剛度大，傳感器檢 測(cè)出的信號(hào)與支承的振動(dòng)力成正比。平衡機(jī)的主要性能用最小可達(dá)剩余不平衡量，和不平衡量減少率兩項(xiàng)綜合指標(biāo)表示。 前者是平衡機(jī)能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值，它是衡量平衡機(jī)最高平衡能力的指 標(biāo)；后者是經(jīng)過一次校正后所減少的不平衡量與初始不平衡量之比，它是衡量平衡效率的 指標(biāo)，一般用百分?jǐn)?shù)表示。在現(xiàn)代機(jī)械中，由于撓性轉(zhuǎn)子的廣泛應(yīng)用，人們研制出了撓性