【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用于 具體 某 一 種零 部 件的 專用平衡機(jī)和適用于大多數(shù)轉(zhuǎn)子的 通用平衡機(jī)。 若 按轉(zhuǎn)子軸線方向 來分，大致又 可分為臥式和立式 兩類 。 動(dòng)平衡機(jī)的用途 非常之 廣泛，具體可 以細(xì) 分為 以下幾 類： （ 1） .重工業(yè) 領(lǐng)域 ：大型發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子 ， 大形變速齒輪 、大型馬達(dá)離心機(jī) 轉(zhuǎn)子 ，垃圾處理機(jī) 等 。 （ 2） .汽車工業(yè) 領(lǐng)域 ：輪胎、曲軸、驅(qū)動(dòng)軸、離合器、剎車鼓 等 。 （ 3） .家電電機(jī) 領(lǐng)域 ：吸塵機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)子 、果汁機(jī)馬達(dá)、計(jì)算機(jī)磁盤 等 。 （ 4） .農(nóng)機(jī)具 領(lǐng)域 ：引擎零件 (曲軸、飛輪等 )刀具，鏈鋸等 旋轉(zhuǎn)類 零件。 （ 5） .航空 領(lǐng)域 ：陀螺儀，航空用引擎，螺旋漿葉，飛機(jī)用輪胎 等。 （ 6） .其它：捻線機(jī) ,磨擦輪等等。 動(dòng)平衡發(fā)展趨勢(shì)與展 望 隨著時(shí)代的發(fā)展，回顧動(dòng)平衡技術(shù)發(fā)展的整個(gè)歷程，不難看出動(dòng)平衡技術(shù)今后必有如下的發(fā)展趨勢(shì)： （ 1） 從設(shè)計(jì)制造的角度來講，必然會(huì)向著 低成本，高精度， 模塊化，通用化的方向發(fā)展； （ 2） 從操作應(yīng)用的角度來講，必然會(huì)向著高度自動(dòng)化，智能化，人機(jī)交互更加簡(jiǎn)易化方向發(fā)展； （ 3） 從能耗角度來講，必然會(huì)向著節(jié)能降耗，環(huán)境友好型方向發(fā)展； 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 7 （ 4） 現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡設(shè)備也必將趨于集成化，智能化，便攜化，操作更加人性化； （ 5） 在線自動(dòng)平衡技術(shù)的應(yīng)用愈來愈廣泛，機(jī)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單，體積越來越小，加工和安裝 越來越簡(jiǎn)便，平衡能力逐步提高，成本隨之降低，能夠滿足各種尺寸轉(zhuǎn)子，各種復(fù)雜轉(zhuǎn)子、高速轉(zhuǎn)子的平衡需求； （ 6） 平衡范圍可以覆蓋轉(zhuǎn)子生產(chǎn)加工、裝配、應(yīng)用的整個(gè)過程。 小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了動(dòng)平衡研究的現(xiàn)實(shí)背景和意義，然后說明了本文研究?jī)?nèi)容和要求，論述了國(guó)內(nèi)外動(dòng)平衡技術(shù)的研究發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀，以及動(dòng)平衡設(shè)備的基本構(gòu)成、種類和具體應(yīng)用。 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 8 2 轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理 這里所說的的 轉(zhuǎn)子 指的是 機(jī)器中 可以繞著軸線旋轉(zhuǎn)的零部件 。 理想情況下，假如 一個(gè)轉(zhuǎn)子 它 的質(zhì)量分布均勻，制造和安裝都非常精密，那么它的 運(yùn)轉(zhuǎn)是 應(yīng)該是絕對(duì) 平穩(wěn)的 ，這時(shí)轉(zhuǎn)子無論旋轉(zhuǎn)還是沒有有旋轉(zhuǎn) ， 它對(duì)軸承 只有靜壓力 [15]。這種旋轉(zhuǎn) 情況下 與不旋轉(zhuǎn)情況下 對(duì)軸承都只有靜壓力 作用 的轉(zhuǎn)子， 我們 稱 其 為平衡的轉(zhuǎn)子。如果轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn) 情況下 對(duì)軸承除 了 有靜壓力 之 外還附加有 其它 動(dòng)壓力， 我們 稱 這種轉(zhuǎn)子 為不平衡的轉(zhuǎn)子 ， 轉(zhuǎn)子如果不平衡 ,附加動(dòng)壓力將通過軸承傳 遞 到機(jī)器上 ,引起整個(gè)機(jī)器的振動(dòng) ,產(chǎn)生噪音 ,加速軸承的磨損 ,降低機(jī)器的壽命 ,甚至使機(jī)器控制失靈 ,發(fā)生嚴(yán)重事故 [16]。工業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)今世界，現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備 正 朝著 高速、高效、高精度 方向 發(fā)展， 如何 為操作工人 創(chuàng)造 更加 舒適 ，人性化 的工作 環(huán)境 、 同時(shí) 節(jié) 能高效成為現(xiàn)代工業(yè)追求的目標(biāo) 。 所以 ， 怎樣才能合理有效地 限制 并消除不必要的機(jī)械 振動(dòng) 和噪聲 就 顯得非常重要 。 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因及其危害 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因是很多的，但大致可以 分為如下的幾類 ： ( l ) 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱： 日常生活中我們不難發(fā)現(xiàn) ， 對(duì)于 不同旋轉(zhuǎn) 類機(jī)械，它們 的結(jié)構(gòu) 往往 是不 相 同的， 其中就有相當(dāng)一部分的旋轉(zhuǎn)部件從結(jié)構(gòu)上來看 是不對(duì)稱的， 例如我們常見的 曲軸。 曲軸設(shè)計(jì)時(shí)， 由于 所設(shè)計(jì)的 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排列 的形式不盡相同 ， 隨之 氣缸 的 工作順序 也不一定相同 ， 再加上不同發(fā)動(dòng)機(jī) 氣缸 的 數(shù)目 根據(jù)不同的需求各有差異 ， 所以設(shè)計(jì) 人員設(shè)計(jì) 的方案必然是多種多樣的 ； 性質(zhì)使然， 曲軸 在機(jī)械 結(jié)構(gòu)上 存在 不對(duì)稱 在所難免 ， 所以 ， 曲軸設(shè)計(jì)時(shí) 要求必須 要給 曲軸設(shè)計(jì) 相應(yīng)的 配重， 而且加工成型的曲軸在出廠前 還必須 要 對(duì) 其 做動(dòng) 平衡 校驗(yàn) ， 只有完成校驗(yàn) 剩余不平衡量 達(dá)到 要求 的曲軸才能正常 投入使用。 ( 2 ) 原材料或毛坯的缺陷： 由于材料的缺陷， 而導(dǎo)致 機(jī)械 轉(zhuǎn)子的不平衡 進(jìn) 而 造成 零部件的 非正常失效是機(jī)械領(lǐng)域 中經(jīng)常 會(huì)碰到 的 問題 。 常見的情況有 ：原材料 自 身的 密度 分布 不均勻， 鑄造 毛坯 存在 氣孔、砂眼 、縮孔 等 組織 缺陷；鍛件 內(nèi)部有 夾雜物等， 這些 都 常常 導(dǎo)致 轉(zhuǎn)子 出現(xiàn) 不平衡。 ( 3 ) 轉(zhuǎn)子加工和裝配有誤差： 假如機(jī)械 轉(zhuǎn)子在加工或 者 裝配 的 過程中 有 誤差 存在 ， 那么這樣就會(huì)使 轉(zhuǎn)子繞軸線的質(zhì)量分布 狀況發(fā)生改變 ， 在所難免地就會(huì)造成機(jī)械轉(zhuǎn)子的不 平衡。 比 如： 機(jī)械 轉(zhuǎn)子與軸雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 9 頸 的 軸線 不重合 ；裝配時(shí) 零部件的 徑向間隙不均勻或 者存在 不同軸 的 現(xiàn)象 等 都會(huì) 導(dǎo)致機(jī)械 轉(zhuǎn)子的不平衡 問題 。 ( 4 ) 機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的不平衡： 比 如：砂輪、離心機(jī)分離缽等 由于工作性質(zhì)原因 難免會(huì)有的 不均勻磨損； 機(jī)器 運(yùn)轉(zhuǎn)過程中溫度變化而 導(dǎo)致 的變形，離心力 的存在而 引起的零部件的微小移動(dòng)或彈性變形等，也都會(huì)破壞轉(zhuǎn)子原來的平衡狀態(tài) [17]。 ( 5 ) 機(jī)器在維修過程中產(chǎn)生的不平衡： 一般來講各個(gè)行業(yè)的機(jī)械 維修部門 的 設(shè)備 都比較 落后 ，技術(shù)力量 也相對(duì)較 差， 工作人員 在維修過程中 ，通常在排除 主要故障的同時(shí)，卻引 入了一些 潛在的隱患， 尤其 是對(duì)于轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡 問題，人們通過肉 眼 很難觀察 到，手也感覺 很難感覺的到 ， 這種情況下就 必須 借助于 動(dòng)平衡試驗(yàn)才能 給出 結(jié)論， 這就導(dǎo)致動(dòng)平衡問題很容易被人們忽略 。在汽車維修行業(yè)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸動(dòng)不平衡過大，而使飛輪殼碎裂報(bào)廢數(shù)個(gè)卻使一些維修人員找不到原因的現(xiàn)象， 常常遇到 [18]。 這種現(xiàn)象很可能就是由于維修過程中的引入的不平衡造成的 。 這時(shí)如果 將曲軸飛輪組件 進(jìn)行動(dòng) 平衡 校正 ，問題就 會(huì)得到很好的解決 。 所以 ， 伴 隨著機(jī)械 轉(zhuǎn)子 運(yùn) 行 速度的 逐步 提高，轉(zhuǎn)子的 不 平衡 所帶來的 問題， 人們就不得不面對(duì)，也不得不給予充分的重視 。 顯然， 在 絕大多數(shù)情況下，機(jī)械振動(dòng)是有百害而無一利 的，其危害性主要有： ( 1 ) 使機(jī)器 的 支承 受到動(dòng)裁荷的 破壞 ，影響 支承 系統(tǒng) 的正常工作。 ( 2 ) 加劇 機(jī)械 損 壞 ，致使機(jī)器 產(chǎn)品 經(jīng)常修理或 非正常報(bào)廢 。 ( 3 ) 對(duì)周圍 的機(jī)械設(shè)備和儀表 造成干擾 ，使設(shè) 其 無法正常工作。 ( 4 ) 產(chǎn)生噪音， 對(duì)員工 的身心健康 造成傷害 。 假如機(jī)械 轉(zhuǎn)子 的 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子 自身 軸系的固有頻率相同或 相 近， 設(shè)備就很可能出現(xiàn) 共振 現(xiàn)象 。 一旦發(fā)生共振以后 ，振幅 會(huì) 迅速 被放大 ， 整個(gè)設(shè)備 將產(chǎn)生劇烈 的 振動(dòng) 嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致設(shè)備損毀 。據(jù)報(bào)導(dǎo)，在 1972 年 6 月，日本關(guān)西海南電廠一臺(tái) 600MW 的汽輪機(jī)組在試車時(shí)，因振功過大而造成飛車，致使機(jī)組全部損壞 [19]。 當(dāng)然，其它 的很多 原因也 都會(huì)導(dǎo)致 機(jī)器 發(fā)生 振功， 比 如大型汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子還會(huì) 因?yàn)?油膜振蕩、間隙振蕩等 其它 原因 產(chǎn)生機(jī)械 振動(dòng)。但 是很據(jù) 概率 統(tǒng)計(jì) 得到的數(shù)據(jù)來看 ， 機(jī)械 轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻 所 引起 的振動(dòng)占據(jù)了相當(dāng)大的比例，甚至可達(dá) 70~80％ 左右 。 所以 ， 機(jī)械 轉(zhuǎn)子的 動(dòng) 平衡 檢測(cè)與 校正 就顯得尤為重要 。 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 10 不平衡的種類 轉(zhuǎn)子的不平衡 可分為以下四類 ：靜不平衡、力偶不平衡、動(dòng)不平衡和準(zhǔn)靜不平衡。 靜不平衡 轉(zhuǎn)子的靜不平衡即 轉(zhuǎn)子的 不平衡 量?jī)H 作用 于 轉(zhuǎn)子的重心所在的徑向平面 內(nèi) 。 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子時(shí) ，轉(zhuǎn)子上 只存在通過質(zhì)心的不平衡質(zhì)量引起的 靜不平衡力 ， 而 沒有 不平衡離心力偶 存時(shí)即為 靜不平衡： 在 航天航空 領(lǐng)域內(nèi)， 轉(zhuǎn)子的 靜不平衡 通 常指 的是轉(zhuǎn)子的 重心偏移。歷史上， 人們最早發(fā)現(xiàn)的不平衡就是這種轉(zhuǎn)子靜不平衡 。將轉(zhuǎn)子軸頸 放 在刀口上，不平衡點(diǎn)將移到 底 部，這時(shí)即可用靜止方法觀察到，故了“靜不平衡”一詞 [20]。 力偶不平衡 轉(zhuǎn)子的 力偶不平衡也稱力矩不平衡。 當(dāng) 轉(zhuǎn)子的中心主慣性軸 線 相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線 存在角位移、 且和旋轉(zhuǎn) 軸線交于重心時(shí) 而產(chǎn)生 的不平衡 量， 稱為轉(zhuǎn)子的力偶不平衡。 這種情況下，我們 通?？?以 用兩個(gè)互 成 180 ?、空間上相距一定距離、且大小相等的不平衡 量來 簡(jiǎn)化 表示。 航空航天 領(lǐng)域中常稱 其 為“慣性積”。力偶不平衡在靜止?fàn)顟B(tài)下無法觀察到，只有在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)才能觀察，這時(shí)轉(zhuǎn)子上加有搖擺型振動(dòng)，中心主慣性軸線相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線是以錐形軌跡運(yùn)動(dòng) [21]。 動(dòng)不平衡 事實(shí)上 ，轉(zhuǎn)子 中心主慣性軸 線和 旋轉(zhuǎn)軸線既不平行也不重合最 為 常見 ，這種情況稱為轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡 。動(dòng)不平衡 有的特點(diǎn) 為 不平衡 的 離心力 和 離心力偶 均不為零。 所以， 動(dòng)不平衡 的校正 需在垂直于 轉(zhuǎn)子 軸線的兩個(gè)平面內(nèi) 進(jìn)行 ，必要時(shí)也可將 轉(zhuǎn)子的 力偶不平衡和靜不平衡 進(jìn)行 分別 校正。 準(zhǔn)靜不平衡 轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)靜不平衡是指 由不 位于重心平面內(nèi)的、以單一不平衡質(zhì)量為代表的不平衡現(xiàn)象 ， 由于轉(zhuǎn)子的 中心主慣性軸線與 轉(zhuǎn)子的 旋轉(zhuǎn)軸線 的 交點(diǎn)不在重心上，所以 轉(zhuǎn)子的 準(zhǔn)靜不平衡是 轉(zhuǎn)子 靜不平衡 和轉(zhuǎn)子 力偶不平衡 組合 的特例 [28]。 若 已知準(zhǔn)靜不平衡的精確平面， 則 可用單個(gè)校正質(zhì)量在這平面內(nèi)校正， 否 則 需要像動(dòng)不平衡 校正 那樣在兩個(gè)平面內(nèi)進(jìn)行校正 [28]。 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 11 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理 在 轉(zhuǎn)子的 平衡技術(shù)中，剛性轉(zhuǎn)子 指的是轉(zhuǎn)子 在重力和 由于轉(zhuǎn)子 不平衡所產(chǎn)生的離心力作用下轉(zhuǎn)軸的變形 量非常小以至于 可以忽略 不計(jì) ， 而 且 這種變形對(duì)轉(zhuǎn)子的正常工作幾乎沒有什么影響 。 實(shí)際生產(chǎn)生活中 ，絕對(duì)剛性的轉(zhuǎn)子 只是一種假設(shè)并不存在 ， 而我們習(xí)慣于把那些工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速， 而且由于轉(zhuǎn)子的 不平衡離心力 而 使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的變形 極 小的轉(zhuǎn)子 稱之為 剛性轉(zhuǎn)子。 實(shí)際情況下 ， 對(duì)于 低速的 轉(zhuǎn)子 ，轉(zhuǎn)子的 不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力 很小 ， 所以我們可以認(rèn)為這樣的轉(zhuǎn)子是剛性的 。其動(dòng)平衡原理如下： ( 1 ) 無論 起初 轉(zhuǎn)子的不平衡 量是怎樣 分布的， 我們 總 是能夠 在預(yù) 先 選 定好 的兩校正平面內(nèi) 通過適當(dāng)?shù)募又厝ブ貋?進(jìn)行 動(dòng)平衡校正。這時(shí)因?yàn)楹雎粤宿D(zhuǎn)子的變形之后，僅考慮離心力的作用的情況下，由于 離心力 的大小 與轉(zhuǎn)速的平方成正比， 同一轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度是相等的，所以 剛性轉(zhuǎn)子的平衡 就 與 轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速無關(guān)。 所以 在某一 旋 轉(zhuǎn)速 度 下平衡校正過 的剛性轉(zhuǎn)子，其剩余不平衡量的 數(shù) 值在其它 的 轉(zhuǎn)速、 甚至是 最高轉(zhuǎn)速下，也不會(huì)發(fā)生明顯的改變 。 ( 2 ) 經(jīng)過動(dòng)平衡校正的轉(zhuǎn)子一定滿足轉(zhuǎn)子的靜平衡，無需 再 進(jìn)行靜平衡校正 ，反之怎不然 。 顯然， 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡 校正 原理 較為 簡(jiǎn)單，它轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡 問題 的基礎(chǔ)。 撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理 與剛性轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng) ， 我們將 不符合剛性轉(zhuǎn)子定義的轉(zhuǎn)子統(tǒng)稱為撓性轉(zhuǎn)子。 嚴(yán)格來說 ，對(duì)于工作轉(zhuǎn)速接近或高于轉(zhuǎn)子自身的第一臨界轉(zhuǎn)速 的轉(zhuǎn)子都屬于 撓性轉(zhuǎn)子。 比 如套裝式葉輪的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、 大部分 發(fā)電機(jī) 的 轉(zhuǎn)子。 尤其 是 在 現(xiàn)代化設(shè)備中 出現(xiàn) 的 一些長(zhǎng)徑比很大的轉(zhuǎn)子， 它們 的臨界轉(zhuǎn)速 較低 ，工作轉(zhuǎn)速 卻較高 ， 高速 工作 時(shí) ，轉(zhuǎn)子 會(huì) 呈現(xiàn)撓曲狀，如果還像 平衡 剛性轉(zhuǎn)子那樣， 忽略 轉(zhuǎn)子的撓曲變形， 很難 得到 預(yù)期的 平衡 效果， 甚至 會(huì)越校正越不平衡 。 下面對(duì)撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理做簡(jiǎn)要的介紹 ： ( 1 ) 失 去平 衡 的 撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)撓度 會(huì) 隨 著 轉(zhuǎn)速 實(shí)時(shí)的發(fā)生變化 。 這就要求 撓性轉(zhuǎn)子不僅要在 正常的 工作轉(zhuǎn)速下 進(jìn)行 平衡，而且在 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的 整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都 必須 進(jìn)行 相應(yīng)的 動(dòng)平衡校驗(yàn)。 ( 2 ) 當(dāng) 撓性轉(zhuǎn)子 接 近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)， 其旋轉(zhuǎn) 軸線上各點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)最大撓度 變形 時(shí)所形雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 12 成的彈性曲線可近似 看作轉(zhuǎn)子在這一轉(zhuǎn)的速時(shí) 振型。 經(jīng)過數(shù)學(xué)分析計(jì)算， 振型可 以表示成適當(dāng)?shù)?函數(shù)形式， 而 且振型函數(shù)具有正交 特 性。 這樣 ，撓性轉(zhuǎn)子 就 可以按振型逐階地進(jìn)行 平衡校正 。如果 轉(zhuǎn)子 逐階 均進(jìn)行了 平衡 校正 ， 那么 轉(zhuǎn)子在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)也就完成了平衡校正 。 ( 3 ) 撓性轉(zhuǎn)子 平衡校正時(shí)，所添加或者去除的平衡塊 ，不 僅 應(yīng) 該 使軸承 所受的 動(dòng)反力為零，還應(yīng) 讓 轉(zhuǎn)子所受的撓矩 盡量最小甚至為零 ，這樣 撓性 轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的變形 也就相應(yīng)的最小或者為零 ， 從而 使 轉(zhuǎn)子 因撓曲 而 產(chǎn)生的附加不平衡離心力 最小或者為 零 。 校正時(shí)， 顯然 就不能像剛性轉(zhuǎn)子那樣只在兩個(gè)面內(nèi) 進(jìn)行校正 。 正確的做法是 根據(jù)起始不平衡量軸向 的 位置和大小，在其所在的軸向平面上 的 對(duì)側(cè)位置處加上平衡配重， 使 轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡。 ( 4 ) 因 轉(zhuǎn)子的 不平衡離心力必然會(huì) 使 轉(zhuǎn)子 軸承振動(dòng)。 所