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主轴动平衡的方法与应用 |
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作者：南通纵横国际股份有限公司 朱维南 祝致宁 |
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1 前言
机床高速化的应用和发展，要求主轴转速提高。但机床主轴组零件在制造过程中，不可避免会因材质不均匀、形状不对称、加工装配误差而导致重心偏离旋转中心，使机床产生振动和振动力，引起机床噪声、轴承发热等。随着转速升高，不平衡引起的振动越加激烈。
由于机床主轴组件转动时产生的变形很小，为了简化计算，故视其作为刚性转子的平衡方法来处理。将转子视作绝对刚体，且假定工作时，不平衡离心力作用下的转轴不会发生显著变形。为此在这些条件下刚性转子的许多复杂不平衡状态，可简化为力系不平衡来处理，即可在任意选定的两个平面上增加或减去两个等效于Ud1，和Ud2的动平衡力使其平衡。
刚性转子动平衡一般为低速动平衡，一般选用第一临界转速的1/3以下。
2 相关术语
1) 不平衡：由于离心力的作用而在轴承上产生振动或运动原因的转子质量分布状态。
2) 残留不平衡U：平衡处理后留下来的不平衡。
3) 相对不平衡e：不平衡除以转子质量得到的值，它等于离心力对于轴中心的位移。
4) 平衡程度G：是相对不平衡与指定角速度的乘积。
5) 平衡处理：为使作用在轴承上的与旋转速度同步的振动和力处在指定限定以内，而对转子质量分布进行调整的作业。
6) 满键：是对具有键槽的旋转轴和配合部件，进行最终装配时用的键或者等同的键。
7) 半键：是对具有键槽的旋转轴或者配合零件，各自单独进行动平衡处理时使用的键。这种不平衡与最终组装时用的键(埋在旋转轴或配合部件的键槽中的不平衡)相当。
3 刚性转子不平衡且的表达和精度要求
1) 转子平街程度G
也称偏心速度，它不仅表示了转子不平衡程度，而且还表示了转子质量偏心距与工作转速间的关系。
G=e×ω mm/s
e--相对不平衡，mm;
ω--实际使用的最高角速度rad/s。如果用旋转速度n(r/min)来代替，则：ω=2πn/60
2) 平衡程度的等级
我国采纳了IS01940-1986刚性转子平衡质量要求标准，标准将平衡程度分为11个等级(见下表)。单位mm/s
单位mm/s| 平衡程度等级 | G0.4 | G1 | G2.5 | G6.3 | G16 | G40 | G100 | G250 | G630 | G1600 | G4000 | | 平衡程度上限值 | 0.4 | 1 | 2.5 | 6.3 | 16 | 40 | 100 | 250 | 630 | 1600 | 4000 |
3) 关于平衡程度等级的选择
应根据使用状况决定。
进行由不平衡引起的振动、力、噪声等现场试验或实验室试验，确定平衡程度。
通过计算求得作用到轴承上的不平衡力，达到轴承的允许限度时的允许不平衡，从而确定不平衡程度。
在JISBO905-1992标准中列出参考附表1，表中示出了对于形式、大小以及旋转速度不同的有代表性刚性转子，按经验得到动平衡程度等级的推荐值。
机床主轴平衡程度等级为G1、G2.5级机床主轴轴系的传动零件平衡程度等级为G6.3、G16。
高速旋转机械以及轴承刚性低的机械通常选用平衡程度值小的，相反选用大值。
另外，旋转部份的质量与机械整体质量之比较小时.通常选用的平衡程度值要大。
4) 允许残留不平衡的求法
允许残留相对不平衡值
允许残留不平衡值Uper=eper×M×103g·mm
M--转子的质量，kg。
4 允许残留不平衡的各修正面的分配
当转子仅有一个修正面时，这个转子的允许残留不平衡值，就是这个修正面的允许残留不平衡值。
对于具有两个修正面I,II的转子，把允许残留不平衡值Uper分配给I ,I两个修正面的允许残留不平衡值UperI和UperII，分配方法由于转子修正面与轴承布置的距离不同可分为四种不同情况。立式加工中心主轴组件一般属于以下情况(见图1)。
图1
S--转子质量中心;
l--轴承间距离;
hI--修正面I和转子质量中心间距离;
hII--修正面II和转子质量中心间距离;
b=hI+hII--从修正面I到修正面II之间距离。
转子满足下列条件时：
转子质量中处在轴承间距离三等分的中央部分内。两个修正面I、II在两个轴承外侧夹住两个轴承时：
5 刚性转子的动平衡工艺原理
动平衡机由三个主要部分组成：支承部分(有软支承和硬支承两种)、传动部分、测量及计算部分。转子装在平衡机上，应尽可能支承在工作轴颈处，校正平面应选在最靠近轴承处两端，以增加校正效应，同时也便于试加配重。转子不平衡产生的支承振动或振动力，由左右传感器转换成相应电信号，经过平面分离电路处理后输出信号，它分别与左右校正平面上的不平衡量有关。同时与转子同轴旋转的参考相位发生器发出参数信号。
图2 动平衡机工作原理图
上述两种信号输人测量电路，经滤波放大器放大后，检测出两校正平面上不平衡量的大小和位置。
6 键的处理
对有键槽的旋转轴或者配合部件进行单独平衡时，必须用半键进行平衡。但是当平衡装置具有对键槽不平衡进行补偿功能时，就没有这种限制。
半键的理想状态应与零件安装的实际状况所分割部分情况相符合。但实际使用的半键形状，只要不平衡是同等的，也是允许的。
7 图纸的标记方法
旋转零部件的平衡程度用符号 表示。在图纸上有必要注明零件的平衡程度时，参照图3标注。
图3
(end)
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(5/26/2005) |
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