淺談導(dǎo)紙輥的平衡及校正

1、淺談導(dǎo)紙輥的平衡及校正        文章標(biāo)題：淺談導(dǎo)紙輥的平衡及校正摘要：平衡是導(dǎo)紙輥生產(chǎn)過(guò)程中重要的一環(huán)。加深對(duì)平衡理論的認(rèn)識(shí)，將其引入生產(chǎn)實(shí)踐，在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中進(jìn)行指導(dǎo)，對(duì)提高涂布機(jī)設(shè)備的整體性能有重要的意義。關(guān)鍵詞：導(dǎo)紙輥；平衡；校正作者簡(jiǎn)介：李成林（1974-），男，湖北十堰人，廣西大學(xué)在讀碩士研究生，工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)。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(shí)因不平衡而引起的振動(dòng)或振動(dòng)力減小到允許的范圍內(nèi)的工藝過(guò)程。當(dāng)不同的因素引起的離心力和離心力矩，出現(xiàn)在不平衡的轉(zhuǎn)子中

2、時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致軸承負(fù)荷的增加，磨損加劇，形成振動(dòng)和噪聲，縮短設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重的會(huì)使旋轉(zhuǎn)軸或軸承等部件生成疲勞缺口，進(jìn)而引起斷裂，危及設(shè)備和人身安全。導(dǎo)紙輥是涂布機(jī)設(shè)備中使用數(shù)量最多的轉(zhuǎn)子，是引導(dǎo)紙幅進(jìn)行各種工藝過(guò)程的必要支承，導(dǎo)紙輥平衡校正的好壞，直接影響到涂布設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而影響紙的涂布及整飾效果，決定能否獲得滿意的產(chǎn)品。研究導(dǎo)紙輥的平衡問(wèn)題，是涂布紙加工技術(shù)中不可缺少的一環(huán)。平衡技術(shù)不僅是導(dǎo)紙輥生產(chǎn)制造過(guò)程中重要的工藝措施和步驟，而且在涂布機(jī)設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程中，作為一種維護(hù)控制手段也具有十分明顯的意義，不僅能夠提高整機(jī)的運(yùn)行性能，大大延長(zhǎng)零部件的使用壽命，降低整機(jī)噪聲，還能根據(jù)生產(chǎn)過(guò)

3、程的管理記錄，科學(xué)可靠地提供導(dǎo)紙輥零部件的調(diào)換周期和維修周期。在涂布機(jī)設(shè)備向高速、寬幅發(fā)展的過(guò)程中，導(dǎo)紙輥的平衡校正問(wèn)題更需要引起足夠的重視。1不平衡產(chǎn)生的原因及表現(xiàn)形式由理論力學(xué)可知，當(dāng)通過(guò)轉(zhuǎn)子質(zhì)心的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不重合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生不平衡離心力C，式中：m轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量，kg；e質(zhì)心對(duì)旋轉(zhuǎn)軸線的偏移，m；轉(zhuǎn)子的角速度，1/s。從上式可知，即使e很小，但對(duì)于寬幅、高速的導(dǎo)紙輥而言，仍會(huì)引起較大的不平衡離心力，成為軸或軸承的磨損、設(shè)備振動(dòng)的主要原因。對(duì)導(dǎo)紙輥而言，引起不平衡的主要因素有：（1）在導(dǎo)紙輥的設(shè)計(jì)時(shí)，幾何形狀設(shè)計(jì)不對(duì)稱(chēng)，如開(kāi)槽或開(kāi)孔等，以及過(guò)多的未加工毛面；（2）在材料方面，主要

4、有輥體的型材組織不均以及鑄造悶頭的組織不均；（3）在制造工藝方面，加工誤差造成重心偏移以及各種零部件裝配造成質(zhì)量偏心或引起松動(dòng)，而且在整體安裝后，軸承偏心也會(huì)引起旋轉(zhuǎn)軸線的偏移。轉(zhuǎn)子的不平衡總的可以分為靜不平衡和動(dòng)不平衡兩種，如圖（1）和圖（2）。圖（1）是中心主慣性軸僅平行偏離于旋轉(zhuǎn)軸線的不平衡狀態(tài)。這種情況只需用位于重心的校正面上的一配重予以平衡。圖（2）是中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線在重心G相交的不平衡狀態(tài),又稱(chēng)之為力偶不平衡。但在實(shí)際情況中，剛性轉(zhuǎn)子的不平衡是以另外兩類(lèi)情形存在的，如圖（3）和圖（4）。圖（3）是中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線在重心G以外的某一點(diǎn)相交的不平衡狀態(tài)。這種情況也可以用一個(gè)

5、配重予以平衡。圖（4）是中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線既不平行也不相交的不平衡狀態(tài)。這是最常見(jiàn)的一種不平衡形式，它和力偶不平衡均不能用一個(gè)配重予以平衡。2不平衡的校正方法及理論依據(jù)依據(jù)轉(zhuǎn)子的軸向長(zhǎng)度b和直徑D的比例不同，可以對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行靜平衡或動(dòng)平衡。一般來(lái)說(shuō)，b/D<0.2時(shí)，即軸向尺寸較小的盤(pán)形轉(zhuǎn)子，例如繩輪、帶輪、齒輪等，可以利用在轉(zhuǎn)子上加減平衡質(zhì)量的辦法，使其質(zhì)心與固定回轉(zhuǎn)軸的軸線重合。靜平衡也成為單面平衡。在實(shí)際生產(chǎn)中，刀口靜平衡架是平衡實(shí)驗(yàn)常用的設(shè)備，該設(shè)備操作方便，平衡精度也較高。造紙機(jī)械輥筒與烘缸動(dòng)平衡（GB5799-86）中規(guī)定：車(chē)速大于150m/min且轉(zhuǎn)速大于100r/min

6、的造紙機(jī)械中各種輥筒和烘缸均需進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)與校正。下面重點(diǎn)探討一下動(dòng)平衡的校正原理。如圖（5）所示是典型的導(dǎo)輥類(lèi)轉(zhuǎn)子，設(shè)其具有偏心質(zhì)量m1、m2、m3，分別位于平面1、2、3內(nèi)，r1、r2及r3為其回轉(zhuǎn)半徑，方位如圖所示。當(dāng)該轉(zhuǎn)子繞回轉(zhuǎn)中心以等角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力F1、F2和F3將構(gòu)成一空間力系。由理論力學(xué)可知，一個(gè)力可以分解為與它平行的兩個(gè)分力。所以，我們可根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，選定兩個(gè)平衡校正面a和b，作為安裝平衡質(zhì)量的平面，將上面的各個(gè)離心慣性力分別分解到平面a和平面b內(nèi)，既將F1、F2和F3分解為在平面a的F1a、F2a和F3a，以及在平面b的F1b、F2b和F3b。

7、它們的大小為：Fia=Fili/L=mi2rili/LFib=Fili/L=mi2rili/L這樣，就把空間力系的平衡問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)平面上的匯交力系的平衡問(wèn)題，顯然，只要在平面a和平面b內(nèi)適當(dāng)?shù)馗骷右粋€(gè)平衡質(zhì)量ma、mb，其回轉(zhuǎn)半        徑分別為ra、rb，使兩個(gè)平面內(nèi)的慣性力之和為零，這個(gè)轉(zhuǎn)子也就得到完全平衡。所以說(shuō)，對(duì)于任何不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，無(wú)論在其幾個(gè)不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，有多少個(gè)偏心質(zhì)量，都只需要在任選的兩個(gè)平衡校正面內(nèi)、在適當(dāng)?shù)姆轿簧线m當(dāng)?shù)馗骷由弦粋€(gè)平衡質(zhì)量，便可實(shí)現(xiàn)完全平衡。導(dǎo)紙輥結(jié)構(gòu)是基本對(duì)稱(chēng)的

8、，根據(jù)結(jié)構(gòu)特性，校正面很自然地選定為兩個(gè)端面。3導(dǎo)紙輥不平衡量的計(jì)算及推導(dǎo)在導(dǎo)紙輥的設(shè)計(jì)中，對(duì)裝配好的導(dǎo)紙輥需要進(jìn)行動(dòng)平衡校正的工藝要求，因此必須確定許用不平衡量（UPER），該值是檢驗(yàn)導(dǎo)紙輥平衡狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)測(cè)量設(shè)備，可以把導(dǎo)紙輥的不平衡量減小到相當(dāng)小的范圍，但對(duì)平衡品質(zhì)要求過(guò)高是不經(jīng)濟(jì)的，也是不必要的。這里先介紹三個(gè)公式：eper=Uper/m式(1)eper.=const（常量）式(2)G=eper./1000式(3)式（1）表示許用不平衡度ePER為許用不平衡量UPER與轉(zhuǎn)子質(zhì)量m的比值。式（2）表示許用不平衡度ePER與轉(zhuǎn)子最高工作角速度成反比。式（3）是平衡品質(zhì)等級(jí)的定

9、義。將式（3）代入式（1），有Uper=m.eper=m.1000G/又=2.n/60代入上式令K=1000G.60/（2）式(4)則Uper=K.m/n式(5)將G1.6G6.3代入式（4），可得許用總不平衡量的計(jì)算常數(shù)，如下表：品級(jí)G1.6G2.5G4G6.3G，mm/s1.62.546.3K1528238738206016在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，就可利用式（5），計(jì)算導(dǎo)紙輥或其它輥筒的許用總不平衡量。因?yàn)閷?dǎo)紙輥選定的是兩個(gè)校正平面，所以兩個(gè)校正平面上的許用不平衡量Uper1和Uper2為：Uper1=Uper2=Uper/2用該計(jì)算公式比查圖表的方法既精確又可靠，不僅能節(jié)省時(shí)間，更能為實(shí)際生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。4裝配實(shí)例簡(jiǎn)介如圖（6）所示，是涂布設(shè)備中常見(jiàn)的ø156的導(dǎo)紙輥，它主要由輥體、悶頭、軸和蓋板組成。一般的加工工藝過(guò)程中，當(dāng)軸、悶頭和輥體組裝后，在輥體外圓以及軸頭尺寸加工完成后，就需要進(jìn)行動(dòng)平衡的校正。這個(gè)過(guò)程需要在動(dòng)平衡機(jī)上完成，操作人員把相關(guān)參數(shù)如平衡車(chē)速、平衡品級(jí)等輸入電腦，啟用動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行測(cè)量，就可以準(zhǔn)確地得到需要配重的位置及配重量。再由技術(shù)人員根據(jù)所得結(jié)果，就可指導(dǎo)裝配工人安裝適宜的配重桿。如果在平衡機(jī)上測(cè)試結(jié)果接近技術(shù)要求，可以適當(dāng)簡(jiǎn)化配重工藝，如采用去重法，有時(shí)效果更好。5結(jié)論從總體上來(lái)講，大部分導(dǎo)紙