王興亮

(陜西航空電氣有限責(zé)任公司，興平 713107)

0　引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速增長，制造業(yè)的復(fù)蘇，特別是目前設(shè)備向高速化、高效化和高精度化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)平衡問題日益突出，已經(jīng)成為制約重大設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量性能的關(guān)鍵因素。為保證旋轉(zhuǎn)件的品質(zhì)，動(dòng)平衡機(jī)的正確檢驗(yàn)與合理評(píng)定顯現(xiàn)得尤為重要。

動(dòng)平衡機(jī)按照GB/T 4201—2006/ISO 2953：1999《平衡機(jī)的描述檢驗(yàn)與評(píng)定》進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)定，平衡機(jī)的主要性能用最小可達(dá)剩余不平衡量Umar和不平衡量減少率URR兩項(xiàng)綜合指標(biāo)評(píng)定判斷是否符合要求。檢驗(yàn)與評(píng)定時(shí)，通常是人工記錄數(shù)據(jù)，然后人工進(jìn)行計(jì)算和繪制Umar及URR評(píng)定圖，過程繁瑣而且效率低。為改進(jìn)原檢驗(yàn)與評(píng)定過程的人工計(jì)算、繪制圖形的方法，提高效率及準(zhǔn)確性，利用Excel中的函數(shù)及圖表功能，研究動(dòng)平衡機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算且繪制評(píng)定圖的方法，并達(dá)到預(yù)期效果。

1　設(shè)計(jì)流程

動(dòng)平衡機(jī)分為臥式和立式平衡機(jī)兩大類。本文針對(duì)常用臥式平衡機(jī)B型校驗(yàn)轉(zhuǎn)子雙面動(dòng)平衡進(jìn)行探討。

1.1　最小可達(dá)剩余不平衡量Umar

最小可達(dá)剩余不平衡量Umar即平衡機(jī)能使轉(zhuǎn)子達(dá)到的剩余不平衡量的最小值，單位是g·mm，是衡量平衡機(jī)最高平衡能力的性能指標(biāo)。

在校驗(yàn)轉(zhuǎn)子的3試驗(yàn)平面上加可產(chǎn)生10Umar不平衡量的試驗(yàn)質(zhì)量，按任意順序?qū)⒃撛囼?yàn)質(zhì)量依次加在3平面上的所有螺孔中，運(yùn)行轉(zhuǎn)子，測(cè)量試驗(yàn)質(zhì)量在每個(gè)位置上對(duì)應(yīng)的1和2試驗(yàn)平面上的不平衡量。我們以一臺(tái)臥式平衡機(jī)為例，記錄數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　Umar檢測(cè)記錄　g·mm

利用Excel中SUM函數(shù)求每個(gè)平面不平衡量值的總和：

SUM(number1,number2,...)

再用AVERAGE函數(shù)求每個(gè)平面不平衡量值的平均數(shù)：

AVERAGE(number1，number2,...)

然后再求每個(gè)平面各試驗(yàn)質(zhì)量位置的不平衡量值相對(duì)于其平均值的倍數(shù)：

平面不平衡量值/平面不平衡量值的平均數(shù)

在Excel中插入圖表，圖表類型選擇“XY散點(diǎn)圖—平滑線散點(diǎn)圖”(如圖1)，在源數(shù)據(jù)對(duì)話框中X值選擇試驗(yàn)質(zhì)量位置，Y值選擇各平面不平衡量值相對(duì)于平均值的倍數(shù)。

圖1　選擇圖表類型平滑線散點(diǎn)圖

雙面試驗(yàn)Umax檢測(cè)評(píng)定圖如圖2所示。其中Y軸兩條虛線(0.88和1.12)表征每個(gè)平面算術(shù)平均值的±12%的限值界線，所標(biāo)繪點(diǎn)均在兩條虛線給定范圍內(nèi)，允許有一點(diǎn)超出，可認(rèn)為該平衡機(jī)通過Umar檢測(cè)。

圖2　雙面試驗(yàn)Umar檢測(cè)評(píng)定圖

1.2　不平衡量減少率URR

不平衡量減少率URR即經(jīng)過一次平衡校正所減少的不平衡量與初始不平衡量之比值，它是衡量平 衡機(jī)效率的性能指標(biāo)，以百分?jǐn)?shù)表示：

URR(%)=(U1-U2)/U1×100%

=(1-U2/U1)×100%

式中：U1為初始不平衡量；U2為次平衡校正后的剩余不平衡量。

URR檢測(cè)由一組11次測(cè)量操作組成，在每個(gè)試驗(yàn)平面上要使用一個(gè)固定試驗(yàn)質(zhì)量Ustation和一個(gè)移動(dòng)試驗(yàn)質(zhì)量Utravel，我們選取Ustation=30Umar，Utravel=5Ustation，分別在標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)轉(zhuǎn)子柱面上左、右試驗(yàn)平面的12個(gè)孔中任選一個(gè)孔作為固定試重的安裝位置,兩固定試重的位置不許同相或反相。再分別在左右試驗(yàn)平面的12個(gè)孔中任選一個(gè)作為移動(dòng)試重的起始位置。啟動(dòng)平衡機(jī),測(cè)量和記錄兩個(gè)試驗(yàn)平面的幅值和相位值，將左試驗(yàn)平面上的移動(dòng)試重每次增加30°,右試驗(yàn)平面上的移動(dòng)試重每次減少30°,安裝到下一個(gè)試驗(yàn)孔。啟動(dòng)平衡機(jī),測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)。重復(fù)此試驗(yàn),碰到固定試重時(shí)跳過,直到完成一圈11孔的試驗(yàn)為止。雙面試驗(yàn)URR檢測(cè)記錄如表2所示。

表2　雙面試驗(yàn)URR檢測(cè)記錄

續(xù)表

用CAD繪制URR極限圖，在Excel編輯菜單中選擇“選擇性粘貼”，在對(duì)話框中選擇圖元文件，將URR極限圖插入Excel中，將圖片工具欄中“設(shè)置對(duì)象格式”對(duì)話框“顏色與線條”透明度調(diào)到100%。在Excel中插入圖表XY散點(diǎn)圖，選擇子圖表類型如圖3所示。

圖3　選擇圖表類型XY散點(diǎn)圖

因URR極限圖中坐標(biāo)單位為Ustation的倍數(shù)，所以利用Excel函數(shù)功能將幅值讀數(shù)算成Ustation倍數(shù)：

不平衡量值/Ustation

將散點(diǎn)圖和URR極限圖坐標(biāo)調(diào)整一致，因不平衡量值是由量值和相角組成的一對(duì)數(shù)據(jù)，Excel無法在極坐標(biāo)下繪圖，因此我們需要把不平衡量轉(zhuǎn)換到XY坐標(biāo)軸：

X值=不平衡量值倍數(shù)*SIN(RADIAND(不平衡量相角-固定試重相角))

Y值=不平衡量值倍數(shù)*COS(RADIAND(不平衡量相角-固定試重相角))

雙面試驗(yàn)URR評(píng)定圖如圖4所示。URR評(píng)定圖上的所有試驗(yàn)點(diǎn)均應(yīng)落在對(duì)應(yīng)著標(biāo)稱的URR限值的極限圓內(nèi)，允許每個(gè)校正平面有一點(diǎn)超出，則URR檢測(cè)合格，否則平衡機(jī)不能通過此項(xiàng)檢測(cè)。

圖4　雙面試驗(yàn)URR評(píng)定圖

2　小結(jié)

動(dòng)平衡機(jī)的常規(guī)評(píng)定方法繁瑣、耗時(shí)、人工描繪評(píng)定誤差較大。為改善以上問題，減少人工工作量，提高檢測(cè)評(píng)定的效率和準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了基于Excel的動(dòng)平衡機(jī)評(píng)定系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用動(dòng)平衡檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算且繪制Umar和URR評(píng)定圖，判斷動(dòng)平衡機(jī)是否符合要求。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)論證，可以達(dá)到預(yù)期要求。

[1]GB/T 4201—2006/ISO2953：1999平衡機(jī)的描述檢驗(yàn)與評(píng)定[S]

[2]尚曉新.Excel2007入門與應(yīng)用[M].北京:中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2011

[3]劉健忠,高建平,張鐵軍.Excel函數(shù)公式與圖標(biāo)[M].北京:北京希望電子出版社,2012

[4]周駿,潘曉銘,周哲為. 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007(4):151-153

[5]金肖峰.動(dòng)平衡機(jī)的測(cè)量不確定度評(píng)定[J].科學(xué)咨詢(科技·管理)，2012(6):58-59