紀(jì)秀乾

(青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司，山東 青島 266101)

回轉(zhuǎn)體不平衡是引起機(jī)器振動(dòng)、噪聲和零部件損壞的主要原因之一，紡織產(chǎn)品的質(zhì)量好壞與紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡有著密切的關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)平衡是消除旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)太大的一項(xiàng)重要措施[1]。

1 回轉(zhuǎn)體不平衡產(chǎn)生原因

紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體設(shè)計(jì)上一般都會(huì)使它相對(duì)于回轉(zhuǎn)體軸線是對(duì)稱的，但由于工藝上的一系列原因，最終裝配體很難做到理想的絕對(duì)軸對(duì)稱，實(shí)際上都存在一定的不平衡量。造成的原因主要有以下幾種：(1)回轉(zhuǎn)體本身的材質(zhì)不均勻；(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因造成結(jié)合體重量不均勻；(3)加工過程造成的不均勻，如在鑄造、焊接、機(jī)械加工和裝配過程中產(chǎn)生的圓度偏差、壁厚偏差和偏心等。

以上情況下產(chǎn)生的不平衡無法通過計(jì)算得到，只能通過裝配現(xiàn)場(chǎng)靜平衡或者動(dòng)平衡的方法來測(cè)量和校正，最終使零件的不平衡量降低到允許的程度。

2 回轉(zhuǎn)體進(jìn)行平衡的條件

回轉(zhuǎn)體不平衡是由于旋轉(zhuǎn)體對(duì)于軸線質(zhì)量分布不均勻造成的，也就是說不平衡量是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的慣性軸線和回轉(zhuǎn)軸線不一致造成的，回轉(zhuǎn)體要平衡必須符合以下條件：(1)紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可以把轉(zhuǎn)子本身的變形忽略，其旋轉(zhuǎn)軸線可認(rèn)為是一條理想化的固定直線；(2)回轉(zhuǎn)體須是剛性轉(zhuǎn)子，可以在回轉(zhuǎn)體上采用在一個(gè)或兩個(gè)平面加重、去重或用其他方法，使慣性軸線和旋轉(zhuǎn)軸線相一致并盡量做到重合。

3 不平衡分類

當(dāng)回轉(zhuǎn)體繞定軸以等角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其各質(zhì)量離心慣性力將形成一個(gè)合力R和一個(gè)合力偶M，經(jīng)分析簡化，可分為以下四種類型：(1)轉(zhuǎn)軸與中心主慣軸平行(如圖1A)；(2)轉(zhuǎn)軸和中心主慣軸相交于一點(diǎn)(如圖1B)；(3)轉(zhuǎn)軸與中心主慣軸相交于質(zhì)心(如圖1C)；(4)轉(zhuǎn)軸和主慣軸既不相交也不平行(如圖1D)。

圖1 不平衡分類示意圖

以上四種情況，除第一種外都存在著離心慣性力和一個(gè)慣性力偶?；剞D(zhuǎn)體不平衡是客觀存在的。由于進(jìn)行平衡前慣性力和力偶是未知的，因此可根據(jù)表1的原則對(duì)回轉(zhuǎn)體進(jìn)行兩種方式平衡[2]。

表1 靜平衡和動(dòng)平衡選擇原則表

表1中未包括的情況視具體條件而定，如回轉(zhuǎn)體與支撐基礎(chǔ)條件，回轉(zhuǎn)體的形狀、轉(zhuǎn)速、工作條件等。一般情況下，當(dāng)回轉(zhuǎn)體小于極限轉(zhuǎn)速時(shí)，只需做靜平衡；當(dāng)大于極限轉(zhuǎn)速時(shí)，必須做動(dòng)平衡。

4 平衡方法

回轉(zhuǎn)體的平衡過程，一般需要在垂直于回轉(zhuǎn)體的校正面上進(jìn)行。靜平衡操作只需在一個(gè)校正面上進(jìn)行即可，而動(dòng)平衡操作則需要在兩個(gè)或兩個(gè)以上校正面上進(jìn)行。

4.1 加重法

在已知回轉(zhuǎn)體校正面不平衡量的反方向上加質(zhì)量。新增加的質(zhì)量產(chǎn)生的不平衡量與回轉(zhuǎn)體原不平衡量相互抵消[3]。加重法常用焊補(bǔ)、螺紋聯(lián)接、鉚接、膠接等方法進(jìn)行，但必須牢固，不得松動(dòng)。

4.2 去重法

在已知回轉(zhuǎn)體校正面不平衡量的反方向上去掉部分質(zhì)量。使減掉的質(zhì)量所帶來的不平衡量抵消原來的不平衡量[3]，去重可采用鉆孔、磨削、激光打孔等方法。

4.3 調(diào)整校正質(zhì)量法

設(shè)計(jì)之初，在回轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)上預(yù)留各種調(diào)整機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)加重或去重的目的。如調(diào)整筒體內(nèi)部平衡塊的數(shù)量、大小、分布角度等。在紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體平衡中，多采用相對(duì)方便的加重法，而電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)輪、扇輪多采用去重法。

5 平衡精度及表示方法

平衡精度是指回轉(zhuǎn)體經(jīng)過平衡之后的不平衡程度，也可以稱作許用不平衡量，常用的平衡精度表示方式有以下三種。

5.1 不平衡量Gr表示法

Gr=Me

式中G—校正質(zhì)量，g或kg；r—平衡半徑，即平衡校正處到轉(zhuǎn)軸中心線的距離，mm；M—回轉(zhuǎn)體的質(zhì)量，kg；e—回轉(zhuǎn)體主慣軸與轉(zhuǎn)軸的偏心距。

在日常動(dòng)平衡應(yīng)用中M(左)、e(左)、M(右)、e(右)均無法精確得到。當(dāng)采用單面校正時(shí)Gr=Me，采用Gr來計(jì)算允用平衡質(zhì)量；當(dāng)采用雙面校正時(shí)Gr(左)=M(左)×e(左)、Gr(右)=M(右)×e(右)，Gr(左)=Gr(右)=Gr，計(jì)算允用平衡質(zhì)量更合理更安全。

5.2 偏心距e表示法

偏心距e是指主慣軸與轉(zhuǎn)軸在該回轉(zhuǎn)體校正面上的偏移，采用單面校正就是指質(zhì)心對(duì)轉(zhuǎn)軸的偏移。偏心距e所表示的不平衡程度與回轉(zhuǎn)體的質(zhì)量無關(guān)，偏心距有時(shí)可以稱為擺距。

在紡織機(jī)械中，回轉(zhuǎn)體之間有一個(gè)隔距是非常重要的工藝參數(shù)，所以在計(jì)算和確定回轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡精度時(shí)，應(yīng)考慮回轉(zhuǎn)體的偏心距，否則在紡織機(jī)械高速回轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)因偏心距導(dǎo)致隔距變化無法滿足紡織機(jī)械工藝上的要求。

偏心距e的測(cè)定多使用千分表，將回轉(zhuǎn)體一端鎖定，測(cè)定另一端的跳動(dòng)，另一端偏心距e和徑跳的關(guān)系是偏心距e是徑跳數(shù)值a的一半，并且回轉(zhuǎn)體中心部位的偏心距，大概是一端偏心距e的一半,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。

e=Gr/M

式中e—偏心距，μm或mm；G—校正質(zhì)量，g或kg；r—校正半徑，mm；M—回轉(zhuǎn)體質(zhì)量，kg。

偏心距的測(cè)定，可以用來衡量回轉(zhuǎn)體動(dòng)不平衡程度，也可用來檢查電子平衡機(jī)的檢查精度，防止電子平衡機(jī)失靈。

5.3 平衡精度A表示法

A=eω/1000

式中A—平衡精度，mm/s；e—偏心距，μm或mm；ω—回轉(zhuǎn)體工作角速度，rad/s。

因ω=2πn/60≈n/10, 所以A=eω/1000≈e×n/10000(n—工作轉(zhuǎn)速，rpm)

目前，平衡等級(jí)已標(biāo)準(zhǔn)化(ISO 1940—1或JB 3330—83)，分為G4000、G1600、G630、G250、G100、G40、G16、G6.3、G2.5、G1、G0.4 11級(jí)，常用平衡等級(jí)見表2。

表2 常用平衡等級(jí)表

6 平衡精度計(jì)算

平衡精度的三種表示方法是有內(nèi)在聯(lián)系的，可以通過計(jì)算的方法相互轉(zhuǎn)換。

6.1 計(jì)算允許剩余不平衡量(左右兩個(gè)平衡面)

m=e×M/r×2

式中m—允許剩余不平衡量，g；e—偏心距，μm；M—轉(zhuǎn)子質(zhì)量，kg；r—平衡半徑，mm。

例如工作質(zhì)量20 kg ，偏心距45 μm,平衡半徑60 mm，雙面平衡，則每個(gè)平衡面的允許剩余不平衡量為m=7.5 g。

6.2 計(jì)算轉(zhuǎn)子的偏心距

e=A×10000/n

式中e—偏心距，μm；A—平衡精度等級(jí)，mm/s；n—工作轉(zhuǎn)速，rpm。

例如某羅拉工件工作速度1400 rpm，平衡精度6.3 mm/s，則偏心距為e=45 μm。

6.3 計(jì)算轉(zhuǎn)子平衡精度

A=e×n/10000

式中A—平衡精度，mm/s；e—偏心距，μm；n—轉(zhuǎn)速，rpm。

7 結(jié)語

對(duì)紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體動(dòng)平衡進(jìn)行分析，通過平衡精度等級(jí)計(jì)算，采用正確的平衡方法，可有效減小回轉(zhuǎn)體不平衡量，提高其正常運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性、穩(wěn)定性。紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體在動(dòng)平衡方面有其特殊要求，不僅要考慮其對(duì)軸承受力狀態(tài)、機(jī)器振動(dòng)等方面的影響，更需要關(guān)注的是紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體之間有嚴(yán)格的隔距要求?；剞D(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩回轉(zhuǎn)體之間的隔距一致性，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有很大的影響，因此，紡織機(jī)械回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡指標(biāo)成為紡織機(jī)械設(shè)備驗(yàn)收的關(guān)鍵項(xiàng)目。