主軸動平衡的方法與應用

發(fā)布時間：2021-01-24 14:02:10 點擊率：

機床高速化的應用和發(fā)展，要求主軸轉(zhuǎn)速提高。但機床主軸組零件在制造過程中，不可避免會因材質(zhì)不均勻、形狀不對稱、加工裝配誤差而導致重心偏離旋轉(zhuǎn)中心，使機床產(chǎn)生振動和振動力，引起機床噪聲、軸承發(fā)熱等。隨著轉(zhuǎn)速升高，不平衡引起的振動越加激烈。由于機床主軸組件轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的變形很小，為了簡化計算，故視其作為剛性轉(zhuǎn)子的平衡方法來處理。將轉(zhuǎn)子視作絕對剛體，且假定工作時，不平衡離心力作用下的轉(zhuǎn)軸不會發(fā)生顯著變形。為此在這些條件下剛性轉(zhuǎn)子的許多復雜不平衡狀態(tài)，可簡化為力系不平衡來處理，即可在任意選定的兩個平面上增加或減去兩個等效于U_d1，和U_d2的動平衡力使其平衡。剛性轉(zhuǎn)子動平衡一般為低速動平衡，一般選用第一臨界轉(zhuǎn)速的1/3以下。 2 相關(guān)術(shù)語

不平衡:由于離心力的作用而在軸承上產(chǎn)生振動或運動原因的轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布狀態(tài)。
殘留不平衡U:平衡處理后留下來的不平衡。
相對不平衡e:不平衡除以轉(zhuǎn)子質(zhì)量得到的值，它等于離心力對于軸中心的位移。
平衡程度G:是相對不平衡與指定角速度的乘積。
平衡處理:為使作用在軸承上的與旋轉(zhuǎn)速度同步的振動和力處在指定限定以內(nèi)，而對轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布進行調(diào)整的作業(yè)。
滿鍵:是對具有鍵槽的旋轉(zhuǎn)軸和配合部件，進行最終裝配時用的鍵或者等同的鍵。
半鍵:是對具有鍵槽的旋轉(zhuǎn)軸或者配合零件，各自單獨進行動平衡處理時使用的鍵。這種不平衡與最終組裝時用的鍵(埋在旋轉(zhuǎn)軸或配合部件的鍵槽中的不平衡)相當。

3 剛性轉(zhuǎn)子不平衡且的表達和精度要求

轉(zhuǎn)子平街程度G也稱偏心速度，它不僅表示了轉(zhuǎn)子不平衡程度，而且還表示了轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心距與工作轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。G=e×w mm/se——相對不平衡，mm;w——實際使用的最高角速度rad/s。如果用旋轉(zhuǎn)速度n(r/min)來代替，則:w=2pn/60

G= e×2pn = en mm/s

60 9.55

平衡程度的等級我國采納了IS01940-1986剛性轉(zhuǎn)子平衡質(zhì)量要求標準，標準將平衡程度分為11個等級(見下表)。單位mm/s

平衡程度等級	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

關(guān)于平衡程度等級的選擇應根據(jù)使用狀況決定。
1. 進行由不平衡引起的振動、力、噪聲等現(xiàn)場試驗或?qū)嶒炇以囼灒_定平衡程度。
2. 通過計算求得作用到軸承上的不平衡力，達到軸承的允許限度時的允許不平衡，從而確定不平衡程度。
在JISBO905-1992標準中列出參考附表1，表中示出了對于形式、大小以及旋轉(zhuǎn)速度不同的有代表性剛性轉(zhuǎn)子，按經(jīng)驗得到動平衡程度等級的推薦值。機床主軸平衡程度等級為G1、G2.5級機床主軸軸系的傳動零件平衡程度等級為G6.3、G16。高速旋轉(zhuǎn)機械以及軸承剛性低的機械通常選用平衡程度值小的，相反選用大值。另外，旋轉(zhuǎn)部份的質(zhì)量與機械整體質(zhì)量之比較小時.通常選用的平衡程度值要大。

允許殘留不平衡的求法允許殘留相對不平衡值

e_per=	G	=	G×60	=	9.55G	mm

	w		2pn		n

允許殘留不平衡值U_per=e_per×M×10³g·mmM——轉(zhuǎn)子的質(zhì)量, kg。

4 允許殘留不平衡的各修正面的分配當轉(zhuǎn)子僅有一個修正面時，這個轉(zhuǎn)子的允許殘留不平衡值，就是這個修正面的允許殘留不平衡值。對于具有兩個修正面I,II的轉(zhuǎn)子，把允許殘留不平衡值U_per分配給I ,I兩個修正面的允許殘留不平衡值U_perI和U_perII，分配方法由于轉(zhuǎn)子修正面與軸承布置的距離不同可分為四種不同情況。立式加工中心主軸組件一般屬于以下情況(見圖1)。

圖1

S——轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心;l——軸承間距離;h_I——修正面I和轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心間距離;h_II——修正面II和轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心間距離;b=h_I+h_II——從修正面I到修正面II之間距離。轉(zhuǎn)子滿足下列條件時:轉(zhuǎn)子質(zhì)量中處在軸承間距離三等分的中央部分內(nèi)。兩個修正面I、II在兩個軸承外側(cè)夾住兩個軸承時:

U_perI=	h_II	·	l	U_per

	b		b

U_perII=	h_I	·	l	U_per

	b		b

圖2 動平衡機工作原理圖

5 剛性轉(zhuǎn)子的動平衡工藝原理動平衡機由三個主要部分組成:支承部分(有軟支承和硬支承兩種)、傳動部分、測量及計算部分。轉(zhuǎn)子裝在平衡機上，應盡可能支承在工作軸頸處，校正平面應選在最靠近軸承處兩端，以增加校正效應，同時也便于試加配重。轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的支承振動或振動力，由左右傳感器轉(zhuǎn)換成相應電信號，經(jīng)過平面分離電路處理后輸出信號，它分別與左右校正平面上的不平衡量有關(guān)。同時與轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)的參考相位發(fā)生器發(fā)出參數(shù)信號。上述兩種信號輸人測量電路，經(jīng)濾波放大器放大后，檢測出兩校正平面上不平衡量的大小和位置。 6 鍵的處理

圖3

對有鍵槽的旋轉(zhuǎn)軸或者配合部件進行單獨平衡時，必須用半鍵進行平衡。但是當平衡裝置具有對鍵槽不平衡進行補償功能時，就沒有這種限制。半鍵的理想狀態(tài)應與零件安裝的實際狀況所分割部分情況相符合。但實際使用的半鍵形狀，只要不平衡是同等的，也是允許的。 7 圖紙的標記方法旋轉(zhuǎn)零部件的平衡程度用符號

表示。在圖紙上有必要注明零件的平衡程度時，參照圖3標注。

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下一個：如何調(diào)試主軸的動平衡？

G=	e×2pn	=	en	mm/s

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