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有关动平衡方面的专业知识


有关动平衡方面的专业知识
动平衡机原理:
平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。 任何转子在围绕其轴线旋转时,由于相 对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动,产生噪声和 加速轴承磨损,以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺 转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中,都需要经过平衡才能平稳正常地运转。 根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正,可改善转子相对于轴线的质量分布,使转子旋转 时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此,平衡机是减小振动、改善性能和提 高质量的必不可少的设备。 通常,转子的平衡包括不平衡量的测量和校正两个步骤,平衡机主要用于不平衡量的测量,而不平衡 量的校正则往往借助于钻床、铣床和点焊机等其他辅助设备,或用手工方法完成。有些平衡机已将校正装 置做成为平衡机的一个部分。 重力式平衡机和离心力式平衡机是两类典型的平衡机。重力式平衡机一般称为静平衡机。它是依赖转 子自身的重力作用来测量静不平衡的。 如右图,置于两根水平导轨上的转子如有不平衡量,则它对轴线的重力矩使转子在导轨上滚动,直至这个 不平衡量处于最低位置时才静止。 被平衡的转子放在用静压轴承支承的支座上,在支座的下面嵌装一片反射镜。当转子不存在不平衡量时, 由光源射出的光束经此反射镜反射后,投射在不平衡量指示器的极坐标原点。如果转子存在不平衡量,则 转子支座在不平衡量的重力矩作用下发生倾斜,支座下的反射镜也随之倾斜并使反射出的光束偏转,这样 光束投在极坐标指示器上的光点便离开原点。根据这个光点偏转的坐标位置,可以得到不平衡量的大小和 位置。 重力式平衡机仅适用于某些平衡要求不高的盘状零件。对于平衡要求高的转子,一般采用离心式单面

或双面平衡机。 离心式平衡机是在转子旋转的状态下,根据转子不平衡引起的支承振动,或作用于支承的振动力来测量不 平衡。其按校正平面数量的不同,可分为单面平衡机和双面平衡机。单面平衡机只能测量一个平面上的不 平衡(静不平衡),它虽然是在转子旋转时进行测量,但仍属于静平衡机。双面平衡机能测量动不平衡,也 能分别测量静不平衡和偶不平衡,一般称为动平衡机。 离心力式平衡机按支承特性不同,又可分为软支承平衡机和硬支承平衡机。平衡转速高于转子一支承系统 固有频率的称为软支承平衡机。 这种平衡机的支承刚度小, 传感器检测出的信号与支承的振动位移成正比。 平衡转速低於转子一支承系统固有频率的称为硬支承平衡机,这种平衡机的支承刚度大,传感器检测出的 信号与支承的振动力成正比。 平衡机的主要性能用最小可达剩余不平衡量,和不平衡量减少率两项综合指标表示。前者是平衡机能 使转子达到的剩余不平衡量的最小值,它是衡量平衡机最高平衡能力的指标;后者是经过一次校正后所减 少的不平衡量与初始不平衡量之比,它是衡量平衡效率的指标,一般用百分数表示。 在现代机械中,由于挠性转子的广泛应用,人们研制出了挠性转子平衡机。这类平衡机必须在转子工作转 速范围内进行无级调速;除能测量支承的振动或振动力外,还能测量转子的挠曲变形。挠性转子平衡机有 时安装在真空防护室内,以适合汽轮机之类转子的平衡,它配备有抽真空系统、润滑系统、润滑油除气系 统和数据处理用计算机系统等庞大的辅助设备。 根据大批量生产的需要,对特定的转子能自动完成平衡测量和平衡校正的自动平衡机,以及平衡自动线, 现代已大量的装备在汽车制造、电机制造等工业部门。

一、常用动平衡试验机参数 常用动平衡试验机参数 卧式软支撑(二面测定试验机)
SGF/STF 系列

最适用于小型物体的高精度的二面测定。 最适用于小型物体的高精度的二面测定。 岛津动平衡机 SGF/STF 系列具有超群的精度, 高度的稳定性, 以及便利的操作性。 得到广大用户的赞赏。 SGF/STF 系列比 SGB/STB 系列具有更高的精度。SGF/STF 系列适用于超精密、超高速的回转体高精度二面测试。 【特长】 ● SGF/STF 系列是针对小型回转体的高感度平衡机。 ● 对应测试重量在 0.001KGkg-30kg(根据重量分为 6 个机种) ● 因为使用实际零部件进行校正,所以全范围的误差非常小,而且能获得高度的面分离精度。 ● 因采用线圈旋转型感应器,从而实现了高值的 S/N 的比例。

【规格】 SGF/STF 系列(皮带驱动式) 项 目 SG(T)F -03KEL 0.01~0.3 60 40 190 1.5~8 200(变速) V 轴承 SG(T)F -1KEL 0.01~1 200 150 400 5~15 200(变速) SG(T)F -3KEL 0.03~3 200 150 400 5~25 200(变速)

试验体重量(kg) 试验体最大直径(mm) 转动带部位的最大直径(mm) 支撑轴最大轴距离(mm) 试验体轴径(mm)(1) 驱动电动机(w) 轴承型式(1) 到达最小不平衡距离 (μm)(2)

滚柱轴承

0.05(最大重量实验体的偏重心距离)

到达最小不平衡量 0.002 (g mm)
试验速度(rev/min)(3) 700~3600(根据被测体要求)

0.005

0.02

带传动系统(4) 尺寸(长×宽×高) mm 本体重量(kg) 电源

向上传动 830×900×1500 300 单相 200V,15A,3KVA

二、常用动平衡的问题: 常用动平衡的问题:
(一)如何选择合理的平衡精度? 一般标注为:在指定的两个平面上不平衡残余量应小于 xxx 克.毫米(或克.厘米) 也可标注为重心偏移量 xx 毫米

(二)在动平衡检测时,除了打孔还有么方法? 1、工装类、大型电机、砂轮等:通过调整配重块的位置及大小来实现平衡 2、中小型电机:铆配重垫片实现平衡 3、微型电机:树脂类胶或其他胶粘接实现平衡 4、普通风机类转子:焊接配重块实现平衡 5、防爆风机:必须通过砂磨去重实现平衡 6、罗茨风机:铣加钻孔实现平衡 7、轴、曲轴类:铣加钻孔实现平衡 8、汽车传动轴及一般工业万向节:焊接配重块实现平衡 9、配平衡的方法除图纸注明外,并没有特殊的规定。一般在不破坏零件使用性能的前提下, 应尽量选择简单的、易操作的方法。 当然,作为零件的设计者,应在提出平衡精度要求的同时,提出合理配平衡的方法,必要时 设计出调整平衡所需的工艺结构。 。 (三)现有几个高速齿轮,重量都不到 1kg,如果用传统的方法做动平衡,误差很大有没有好 的方法来做动平衡? 1、选用圈带传动方式或滚轮自驱动方式的平衡机,以尽量附加质量的影响;

2、想要高的平衡精度,必须先保证机械加工精度,尤其是定位孔;

3、改用设计锥度小的动平衡芯棒,穿芯棒,将芯棒加工成 穿芯棒,

1:2000 至 1:4000

的锥度, 的锥度,而且将平衡支撑直径和齿轮的定位直径加工成同一名义尺寸(尽量保证较高的、
同样的形位误差); 4、根据工件质量选用平衡机规格,平衡机标称最大转子质量应相当于转子质量的 2-5 倍为最 佳。 最后,一定要搞清楚平衡精度的正确性。 (四)转子类型有哪些? 1、刚性安装的船用柴油机的曲轴驱动件。 2、刚性安装的大型四冲程发动机的曲轴驱动件。 3、刚性安装的高速四缸柴油机的曲轴驱动件。 4、六缸和多缸柴油机的曲轴驱动件。 5、汽车、货车和机车用的(汽油、柴油)发动机整机。 6、汽车车轮、箍轮、车轮整体;汽车、货车和机车用的发动机的曲轴驱动件。 7、粉碎机、农业机械的零件;汽车、货车和机车用的(汽油、柴油)发动机个别零件。 8、航空燃气涡轮机的转子部件;海轮(商船)主蜗轮机的齿轮;离心分离机、泵的叶轮;风 扇;飞轮;机床的一般零件;普通电机转子;特殊要求的发动机的个别零件。 9、燃气和蒸气涡轮,包括海轮(商船)主涡轮刚性涡轮发电机转子;透平增压器:机床驱动 件;特殊要求的中型和大型电机转子;小电机转子;涡轮泵。 10、磁带录音机及电唱机驱动件;磨床驱动件;特殊要求的小型电枢。 11、精密磨床的主轴、磨轮及电枢、回转仪等。 (五)动平衡 10.5gram.cm/ 3gm.cm 是什么意思? 3gm.cm 为什么是两个指标?

gm 和 gram 及 gramme 都是质量单位:克 10.5gram.cm/ 以:10.5gram.cm 为例:

所谓:克.厘米是指在 1 厘米半径上的残余不平衡量应小于 10.5 克,也可解释为在 10.5 厘米 半径上的残余不平衡量应小于 1 克,依次类推。 (六)机床主轴平衡方法? 1、用两个加速度传感器分别安装在机床主轴箱的前端和后端,测量方向平行于机床主轴箱 的安装平面,垂直于主轴。

2、用两块毫伏档电压表(万用表)分别连接两个加速度传感器。 3、主轴在不安装刀具的状态下旋转(平衡过程的每次转速应保持不变)。看两块毫伏档电压 表(万用表)的读数。 4、 主轴在停止旋转后调整主轴上的平衡块, 使得下次主轴旋转时两块毫伏档电压表 (万用表) 的读数尽量变小。 5、多次重复步骤 3、4,可实现主轴的平衡。 (七)静平衡和挠性转子平衡从理论上是不是一个概念? 静平衡和一般的动平衡是假设被平衡转子为理想刚性,即转子在任何情况下其内在质量分布 都不会变化。 而挠性转子平衡要解决的恰好是指转子在引起其内在质量分布变化的转速下的不平衡问题。 (八)如何定量得判断某一转子的刚性? 任何一个机械的旋转系统(简称:转子),只要其同速旋转的大部分另部件与主轴有可靠的 刚性联结,都存在一个最低的固有频率和这个频率的 2、3、4……等倍数的固有频率。 最简单的物理模型可以描述为:以两端轴承为支撑,以轴的刚度为弹性参数,以整个转子的 相当质量及相当质心(注意:是质量而不是重量)为质量,在垂直于轴线方向的固有振动频 率。这个频率为这个转子固有的参数,即使转子静止时它依然存在。 当转子的旋转速度(将 转/分 换算成赫兹)与此频率或其整倍数相等时,会产生共振,是不 允许的。 当转子的旋转速度(将 转/分 换算成赫兹)相当于此频率 70%以下时,可以认为转子是刚性 的。 当转子的旋转速度(将 转/分 换算成赫兹)超过此频率但不等于和不接近此频率或其整倍数 时,它就是挠性转子。 当然,转子的旋转速度越低越好;转子的固有振动频率越高越好。 有些特殊转子在其出厂参数里,会标注“一介临界转速”换算成赫兹时就是指转子的固有振 动频率。 (九)动平衡不平衡量的简化计算公式:

m =9549.M.G/r.n,
m------不平衡量 单位 g M ----- 转子质量 单位 kg

G ------精度等级选用 单位 g.mm/kg r ------校正半径 单位 mm , 校正半径 r 取转子最大半径。

n -----工件的工作转速 单位 rpm 有的观点认为按此公式计算的结果应该一分为二,即动平衡的两个校正面平均分摊。不过这 一观点在全国性的学术会议上也没有获得太多的支持。 以直径计算的结果暗合以上观点,供参考! (十)平衡问题? 一个盘类零件,质量分布均匀,但我要在上面打六个螺孔,由于条件的限制,这六个螺孔不 能均布,请问如何才能保证这个零件的平衡(动平衡和静平衡)?可以将六个螺孔的深度打 的不同,但相差多少?理论计算太过复杂,请问 sw 能进行平衡模拟和计算吗?如果不能什么 软件可以实现这种功能?谢谢! 如果想不经过平衡工艺实现大概平衡,最简单的办法是: 设计时将六个孔以矢量化计算,设每个孔的相当质量与其重心到轴心线的距离的乘积为 一个作用在轴心线上的矢量(参考离心力的基本公式),使一个平面上分布的六个矢量之和 等于零即可。 即,旋转状态下转子上所有离心力的合力为零!
(十一)动平用衡案例 本文结合图片和文字,在一个动平衡试验台上把动平衡过程整个走一遍,希望给读者大致的了解。 本次实验器材设备由浙江大学某实验室提供,在此表示感谢。

上图是做动平衡用的实验台,主要是做双面的动平衡,在图中可以看到有两个转子(转盘),和一根轴线, 其中一个盘子上黏贴了一个橡皮泥(绿色),人为的造成其质心的偏移,既不平衡。

所有的实验用具,动平衡试验台,激光转速计,CoCo 信号分析仪(巡检模式)。 其中 CoCo 的第一通道直接接上转速记的脉冲输出,两个转子旁边个有一个加速度计,输入的信号分别接 入 2,3 通道。 在实验之前,有必要对不平衡的振动现象做一个简单的测试,一来让各位读者有更深的了解,二来在整个 实验结束后也能做个对比。

上图是先去掉橡皮泥的谱,既平衡时候的谱,请注意,转速是 1200rpm 多一点,对应于 21,22Hz 左右的 位置,在图上看是第一个小尖峰,但是很小,约 25e-6。

上图是加额外橡皮泥的谱,既不平衡时候的谱。 当时的转速是 1200rpm,在不平衡的时候,可以看到在 20Hz(对应于转速)的能量相比与平衡时明显增大, 约 1.1e-3。这说明,在不平衡的时候,在转速的频率上引起了能量较强的振动。

实验开始:

设置完转速,传感器后,第一次试运行。

A 盘加试重,共 0.0295 盎司,试运行。这个 0.0295 盎司的重量是随意取的,但是也有一个大致的估计范 围,基本上相对应你的测试对象有一个比例关系。

这里顺便插两句,整个动平衡单次测试(双转子)过程大致为: 试运行, A 转子加试重,试运行,B 转子加试重,试运行, 然后计算机会根据三次试运行得到的信息(相位,振幅等)计算出每个转子面上需要增加的配重重量以及 其位置。 一次测完成之后如果还没到平衡的要求,则在刚才配重的基础上重新走一遍流程,直到结果满意为止。 B 盘加试重,也是用刚才同样的橡皮泥,再试运行,此时是试加重,因此刚才 A 盘上的橡皮泥得取下来。 三次运行后经过仪器计算: 得到 A,B 盘最后加的配重表。

按照计算得出的配重表,分别把配重加到 A,B 两盘相应的位置上。 按照表上的数据把相应的配重加上。最后再运行频谱进行分析:

可以看到,原先的转速(25Hz)对应的振动能量明显的减小,约 65e-10,说明现在转子的质心已经很接近 转动轴线。 如果还不达到标准,可以重复刚才的步骤做 2 次的动平衡。 整个流程按照界面上的流程按部就搬,还算是简单的吧。


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