動(dòng)平衡機(jī)原理-

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。理想狀況下，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)稱離心力，如圖一所示，盤狀轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子是以角速度ω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=mrω2,這無(wú)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)量的分布狀況。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)平衡矯正是必需的。

近年來(lái)，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，提升產(chǎn)品質(zhì)量成為致勝的有力武器，而動(dòng)平衡矯正則是產(chǎn)品質(zhì)量的前提和確保。

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，并同意轉(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(jiàn)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(lái)說(shuō)，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)的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)剛度小，一般來(lái)說(shuō)，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：

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(jiàn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)和圈帶驅(qū)動(dòng)。萬(wàn)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)更為特別。因此，萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)主要用于一般的、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)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(wàn)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，能大大的提升測(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(lái)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)是我公司在汲取國(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)系自行制定、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)，采納臺(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(guò)嚴(yán)格的品質(zhì)管制；確保系統(tǒng)高效率、高安全、長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。不平衡量的矯正過(guò)程，即是從轉(zhuǎn)子上較重的部分去掉一部分材料，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(guò)程。不平衡量的矯正通常有加重和去重兩種平衡矯正方法。由于各種原因的影響，一些轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化，對(duì)這些轉(zhuǎn)子通常就要采納加配重的方法進(jìn)行矯正。這樣做的好處是便于轉(zhuǎn)子〔以及整機(jī)〕的再行矯正。在不平衡量較大時(shí)，去重矯正顯然不及加重矯正方便快捷。用戶必需依據(jù)工件的具體狀況選擇合理的平衡矯正方式。平衡機(jī)的技術(shù)指標(biāo)中，有一個(gè)精度的參數(shù)：

這幾個(gè)公式說(shuō)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(shuō)在10微米－100微米之間。從這個(gè)數(shù)量級(jí)的具體意義來(lái)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)子的矯正半徑為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×ｅ／ｒ＝2000×５０／２50＝400〔克〕

由此看來(lái),5絲的精度有如此大的影響，而5絲的確保已經(jīng)有所不易，所以平衡工藝軸的加工一定要經(jīng)過(guò)磨削工藝，這樣才干確保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：

依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織推舉，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=2000公斤轉(zhuǎn)子的矯正半徑為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=1008(克)動(dòng)平衡機(jī)的工作原理〔如何進(jìn)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)，由于相關(guān)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(guò)程中，都需要經(jīng)過(guò)平衡才干平穩(wěn)正常地運(yùn)轉(zhuǎn)。依據(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)行矯正，可改善轉(zhuǎn)子相關(guān)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)力減少到同意的范圍之內(nèi)。因此，平衡機(jī)是減小振動(dòng)、改善性能和提升質(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(cè)量和矯正兩個(gè)步驟，平衡機(jī)主要用于不平衡量的測(cè)量，而不平衡量的矯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)已將矯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(lái)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)。依據(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。關(guān)于平衡要求高的轉(zhuǎn)子，一般采納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，依據(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(lái)測(cè)量不平衡。其按矯正平面數(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(guò)一次矯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，人們研制出了撓性轉(zhuǎn)子平衡機(jī)。這類平衡機(jī)必需在