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文檔簡介
1、平衡機的工作原理平衡機是測量旋轉(zhuǎn)物體(轉(zhuǎn)子)不平衡量大小和位置的機器。 任何轉(zhuǎn)子在圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)時,由于相對于軸線的質(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)子軸承上會引起振動,產(chǎn)生噪聲和加速軸承磨損,以致嚴重影響產(chǎn)品的性能和壽命。電機轉(zhuǎn)子、機床主軸、內(nèi)燃機曲軸、汽輪機轉(zhuǎn)子、陀螺轉(zhuǎn)子和鐘表擺輪等旋轉(zhuǎn)零部件在制造過程中,都需要經(jīng)過平衡才能平穩(wěn)正常地運轉(zhuǎn)。 根據(jù)平衡機測出的數(shù)據(jù)對轉(zhuǎn)子的不平衡量進行校正,可改善轉(zhuǎn)子相對于軸線的質(zhì)量分布,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動或作用于軸承上的振動力減少到允許的范圍之內(nèi)。因此,平衡機是減小振動、改善性能和提高質(zhì)量的必不可少的設備。 通常,轉(zhuǎn)子的平衡包括不平衡量
2、的測量和校正兩個步驟,平衡機主要用于不平衡量的測量,而不平衡量的校正則往往借助于鉆床、銑床和點焊機等其他輔助設備,或用手工方法完成。有些平衡機已將校正裝置做成為平衡機的一個部分。 重力式平衡機和離心力式平衡機是兩類典型的平衡機。重力式平衡機一般稱為靜平衡機。它是依賴轉(zhuǎn)子自身的重力作用來測量靜不平衡的。om 如右圖,置于兩根水平導軌上的轉(zhuǎn)子如有不平衡量,則它對軸線的重力矩使轉(zhuǎn)子在導軌上滾動,直至這個不平衡量處于最低位置時才靜止。 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。當轉(zhuǎn)子不存在不平衡量時,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原
3、點。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指示器上的光點便離開原點。根據(jù)這個光點偏轉(zhuǎn)的坐標位置,可以得到不平衡量的大小和位置。 重力式平衡機僅適用于某些平衡要求不高的盤狀零件。對于平衡要求高的轉(zhuǎn)子,一般采用離心式單面或雙面平衡機。 離心式平衡機是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下,根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡引起的支承振動,或作用于支承的振動力來測量不平衡。其按校正平面數(shù)量的不同,可分為單面平衡機和雙面平衡機。單面平衡機只能測量一個平面上的不平衡(靜不平衡),它雖然是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時進行測量,但仍屬于靜平衡機。雙面平衡機能測量動不平衡,
4、也能分別測量靜不平衡和偶不平衡,一般稱為動平衡機。 離心力式平衡機按支承特性不同,又可分為軟支承平衡機和硬支承平衡機。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。這種平衡機的支承剛度小,傳感器檢測出的信號與支承的振動位移成正比。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,這種平衡機的支承剛度大,傳感器檢測出的信號與支承的振動力成正比。 平衡機的主要性能用最小可達剩余不平衡量,和不平衡量減少率兩項綜合指標表示。前者是平衡機能使轉(zhuǎn)子達到的剩余不平衡量的最小值,它是衡量平衡機最高平衡能力的指標;后者是經(jīng)過一次校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,一般用
5、百分數(shù)表示。 在現(xiàn)代機械中,由于撓性轉(zhuǎn)子的廣泛應用,人們研制出了撓性轉(zhuǎn)子平衡機。這類平衡機必須在轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進行無級調(diào)速;除能測量支承的振動或振動力外,還能測量轉(zhuǎn)子的撓曲變形。撓性轉(zhuǎn)子平衡機有時安裝在真空防護室內(nèi),以適合汽輪機之類轉(zhuǎn)子的平衡,它配備有抽真空系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、潤滑油除氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理用計算機系統(tǒng)等龐大的輔助設備。 根據(jù)大批量生產(chǎn)的需要,對特定的轉(zhuǎn)子能自動完成平衡測量和平衡校正的自動平衡機,以及平衡自動線,現(xiàn)代已大量的裝備在汽車制造、電機制造等工業(yè)部門。 現(xiàn)場平衡概念和必要性常用機械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運動的零部件,例如各種傳動軸、
6、主軸、電動機和汽輪機的轉(zhuǎn)子等,統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時,對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的,這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體,由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差,甚至設計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素,使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時,其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消,離心慣性力通過軸承作用到機械及其基礎上,引起振動,產(chǎn)生了噪音,加速軸承磨損,縮短了機械壽命,嚴重時能造成破壞性事故。為此,必須對轉(zhuǎn)子進行平衡,使其達到允許的平衡精度等級,或使因此產(chǎn)生的機械振動幅度降在允許的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)子動平衡和靜平衡的區(qū)別1、定義1)靜平衡在轉(zhuǎn)子一個校正面上進行校正
7、平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉(zhuǎn)子在靜態(tài)時是在許用不平衡量的規(guī)定范圍內(nèi),為靜平衡又稱單面平衡。2)動平衡 (Dynamic Balancing )在轉(zhuǎn)子兩個校正面上同時進行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉(zhuǎn)子在動態(tài)時是在許用不平衡量的規(guī)定范圍內(nèi),為動平衡又稱雙面平衡。2、轉(zhuǎn)子平衡的選擇與確定如何選擇轉(zhuǎn)子的平衡方式,是一個關鍵問題。其選擇有這樣一個原則:只要滿足于轉(zhuǎn)子平衡后用途需要的前提下,能做靜平衡的,則不要做動平衡,能做動平衡的,則不要做靜動平衡。原因很簡單,靜平衡要比動平衡容易做,省功、省力、省費用?,F(xiàn)代,各類機器所使用的平衡方法較多,例如單面平衡(亦稱靜平衡1)常使用平衡架,雙
8、面平衡(亦稱動平衡)使用各類動平衡試驗機。靜平衡精度太低,平衡時間長;動平衡試驗機雖能較好地對轉(zhuǎn)子本身進行平衡,但是對于轉(zhuǎn)子尺寸相差較大時,往往需要不同規(guī)格尺寸的動平衡機,而且試驗時仍需將轉(zhuǎn)子從機器上拆下來,這樣明顯是既不經(jīng)濟,也十分費工(如大修后的汽輪機轉(zhuǎn)子)。特別是動平衡機無法消除由于裝配或其它隨動元件引發(fā)的系統(tǒng)振動。使轉(zhuǎn)子在正常安裝與運轉(zhuǎn)條件下進行平衡通常稱為“現(xiàn)場平衡”?,F(xiàn)場平衡不但可以減少拆裝轉(zhuǎn)子的勞動量,不再需要動平衡機;同時由于試驗的狀態(tài)與實際工作狀態(tài)二致,有利于提高測算不平衡量的精度,降低系統(tǒng)振動。國際標準ISOl940一1973(E)“剛體旋轉(zhuǎn)體的平衡精度”中規(guī)定,要求平衡精
9、度為G0.4的精密轉(zhuǎn)子,必須使用現(xiàn)場平衡,否則平衡毫無意義?,F(xiàn)代的動平衡技術是在本世紀初隨著蒸汽透平的出現(xiàn)而發(fā)展起來的。隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展,旋轉(zhuǎn)機械逐步向精密化、大型化、高速化方向發(fā)展,使機械振動問題越來越突出。機械的劇烈振動對機器本身及其周圍環(huán)境都會帶來一系列危害。雖然產(chǎn)生振動的原因多種多樣,但普遍認為“不平衡力”是主要原因。據(jù)統(tǒng)計,有50%左右的機械振動是由不平衡力引起的。因此,有必要改變旋轉(zhuǎn)機械運動部分的質(zhì)量,減小不平衡力,即對轉(zhuǎn)子進行平衡。造成轉(zhuǎn)子不平衡的因素很多,例如:轉(zhuǎn)子材質(zhì)的不均勻性,聯(lián)軸器的不平衡、鍵槽不對稱,轉(zhuǎn)子加工誤差,轉(zhuǎn)子在運動過程中產(chǎn)生的腐蝕、磨損及熱變形等。這些因
10、素造成的不平衡量一般都是隨機的,無法進行計算,需要通過重力試驗(靜平衡)和旋轉(zhuǎn)試驗(動平衡)來測定和校正,使它降低到允許的范圍內(nèi)。應用最廣的平衡方法是工藝平衡法和整機現(xiàn)場動平衡法。作為整機現(xiàn)場動平衡技術的一個重要分支,在線動平衡技術也正處于蓬勃發(fā)展之中,很有前途。由于工藝平衡法是起步最早的一種經(jīng)典動平衡方法。整機現(xiàn)場動平衡技術是為了解決工藝平衡技術中存在的問題而提出的。工藝平衡法的測試系統(tǒng)所受干擾小,平衡精度高,效率高,特別適于對生產(chǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)機械零件作單體平衡,目前在動平衡領域中發(fā)揮著相當重要的作用,汽輪機、航空發(fā)動機普遍采用這種平衡方法。但是,工藝平衡法仍存在以下問題:(1)平衡時的轉(zhuǎn)速
11、和工作轉(zhuǎn)速不一致,造成平衡精度下降。例如:有不少轉(zhuǎn)子屬于二階臨界轉(zhuǎn)速的擾性轉(zhuǎn)子,由于平衡機本身轉(zhuǎn)速有限,這些轉(zhuǎn)子若采用工藝平衡,則無法有效的防止轉(zhuǎn)子在高速下發(fā)生變 形而造成的不平衡。(2)平衡機(特別是高速立式平衡機)價格昂貴。(3)在動平衡機上平衡好的轉(zhuǎn)子,裝機后其平衡精度難以保證。因為動平衡時的支承條件不同于轉(zhuǎn)子在實際工作條件下的支承條件,且轉(zhuǎn)子同平衡裝置之間的配合也不同于轉(zhuǎn)子與其自身轉(zhuǎn)軸之間的配合條 件,即使出廠前已在動平衡機上達到高精度平衡的轉(zhuǎn)子,經(jīng)過運輸、再裝配等過程,平衡精度在使用前難免有所下降,當處于工作轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時,仍可能產(chǎn)生不允許的振動。(4)有些轉(zhuǎn)子,由于受到尺寸和重量上的
12、限制,很難甚至無法在平衡機上平衡。例如:對于大型發(fā)電機及透平一類的特大轉(zhuǎn)子,由于沒有相應的特大平衡裝置,往往會造成無法平衡;對于大型的高溫汽輪 機轉(zhuǎn)子,一般易發(fā)生彈性熱翹曲,停機后會自動消失,這類轉(zhuǎn)子需進行熱動態(tài)平衡,用平衡機顯然是無法平衡的。(5) 轉(zhuǎn)子要拆下來才能進行動平衡,停機時間長、平衡速度慢、經(jīng)濟損失大。為了克服上述工藝平衡法的缺點,人們提出了整機現(xiàn)場動平衡法。將組裝完畢的旋轉(zhuǎn)機械在現(xiàn)場安裝狀態(tài)下進行的平衡操作稱為整體現(xiàn)場平衡。這種方法是機器作為動平衡機座,通過傳感器測的轉(zhuǎn)子有關部位的振動信息,進行數(shù)據(jù)處理,以確定在轉(zhuǎn)子各平衡校正面上的不平衡及其方位,并通過去重或加重來消除不平衡量,
13、從而達到高精度平衡的目的。有于整機現(xiàn)場動平衡是直接接在整機上進行,不需要動平衡機,只需要一套價格低廉的測試系統(tǒng),因而較為經(jīng)濟。此外,由于轉(zhuǎn)子在實際工況條件下進行平衡,不需要再裝配等工序,整機在工作狀態(tài)下就可獲得較高的平衡精度。砂輪在線動平衡的意義 磨床是精密機械加工必不可少的工作母機,為了適應日趨精密的工作精度需求及不斷追求的高效率和低成本的目標,全球的磨床制造業(yè)都在不懈地致力于:提高機床的幾何精度,剛性和性能穩(wěn)定性。 眾所周知,砂輪是磨床的必要工具。想要讓砂輪磨削出準確的尺寸和光潔的表面,必須防止磨削過程中的振動。砂輪的結(jié)構(gòu)是由分布不均的大量顆粒組成,先天的不平衡無法避免,這必然會引起一定的偏心振動。而砂輪安裝的偏心度、砂輪的厚度不均、主軸的不平衡及砂輪對冷卻液的吸附等,會使振動更加增大。這些振動不僅僅影響到磨床的加工質(zhì)量,還會降低磨床的主軸壽命、砂輪壽命,增加砂輪修正次數(shù)及修整金剛石的消耗等。磨床砂輪在在線動平衡校正的應用為現(xiàn)代研磨工藝不可或缺的重要工程,當磨床內(nèi)外環(huán)境振動較好的時候,經(jīng)在在線動平衡校正后的砂輪殘余振動量,會比一般傳統(tǒng)手動靜平衡效果再優(yōu)化一個
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