主軸動平衡的方法與應用

1前言機床高速化的應用和發展，要求主軸轉速提高。但機床主軸組零件在制造過程中，不可避免會因材質不均勻、形狀不對稱、加工裝配誤差而導致重心偏離旋轉中心，使機床產生振動和振動力，引起機床噪聲、軸承發熱等。隨著轉速升高，不平衡引起的振動越加激烈。由于機床主軸組件轉動時產生的變形很小，為了簡化計算，故視其作為剛性轉子的平衡方法來處理。將轉子視作絕對剛體，且假定工作時，不平衡離心力作用下的轉軸不會發生顯著變形。為此在這些條件下剛性轉子的許多復雜不平衡狀態，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Ud1，和Ud2的動平衡力使其平衡。剛性轉子動平衡一般為低速動平衡，一般選用第一臨界轉速的1/3以下。

　　2相關術語1)不平衡：由于離心力的作用而在軸承上產生振動或運動原因的轉子質量分布狀態。

　　2)殘留不平衡U：平衡處理后留下來的不平衡。

　　3)相對不平衡e：不平衡除以轉子質量得到的值，它等于離心力對于軸中心的位移。

　　4)平衡程度G：是相對不平衡與指定角速度的乘積。

　　5)平衡處理：為使作用在軸承上的與旋轉速度同步的振動和力處在指定限定以內，而對轉子質量分布進行調整的作業。

　　6)滿鍵：是對具有鍵槽的旋轉軸和配合部件，進行最終裝配時用的鍵或者等同的鍵。

　　7)半鍵：是對具有鍵槽的旋轉軸或者配合零件，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(埋在旋轉軸或配合部件的鍵槽中的不平衡)相當。

　　3剛性轉子不平衡且的表達和精度要求

　　1)轉子平街程度G也稱偏心速度，它不僅表示了轉子不平衡程度，而且還表示了轉子質量偏心距與工作轉速間的關系。G=e×ωmm/se--相對不平衡，mm;ω--實際使用的最高角速度rad/s。如果用旋轉速度n(r/min)來代替，則：ω=2πn/60G=e×2pn=enmm/s609.552)平衡程度的等級我國采納了IS01940-1986剛性轉子平衡質量要求標準，標準將平衡程度分為11個等級(見下表)。單位mm/s單位mm/s平衡程度等級G0.4G1G2.5G6.3G16G40G100G250G630G1600G4000平衡程度上限值0.412.56.31640100250630160040003)關于平衡程度等級的選擇應根據使用狀況決定。進行由不平衡引起的振動、力、噪聲等現場試驗或實驗室試驗，確定平衡程度。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、大小以及旋轉速度不同的有代表性剛性轉子，按經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，旋轉部份的質量與機械整體質量之比較小時.通常選用的平衡程度值要大。

　　4)允許殘留不平衡的求法允許殘留相對不平衡值eper=G=G×60=9.55Gmmw2pnn允許殘留不平衡值Uper=eper×M×103g·mmM--轉子的質量，kg。4允許殘留不平衡的各修正面的分配當轉子僅有一個修正面時，這個轉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的轉子，把允許殘留不平衡值Uper分配給I,I兩個修正面的允許殘留不平衡值UperI和UperII，分配方法由于轉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1S--轉子質量中心;l--軸承間距離;hI--修正面I和轉子質量中心間距離;hII--修正面II和轉子質量中心間距離;b=hI+hII--從修正面I到修正面II之間距離。轉子滿足下列條件時：轉子質量中處在軸承間距離三等分的中央部分內。兩個修正面I、II在兩個軸承外側夾住兩個軸承時：UperI=hII·lUperbbUperII=hI·lUperbb5剛性轉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。轉子不平衡產生的支承振動或振動力，由左右傳感器轉換成相應電信號，經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。同時與轉子同軸旋轉的參考相位發生器發出參數信號。動平衡機工作原理圖上述兩種信號輸人測量電路，經濾波放大器放大后，檢測出兩校正平面上不平衡量的大小和位置。

　　6鍵的處理對有鍵槽的旋轉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。