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什么是動(dòng)平衡的基本原理?

首頁(yè)    什么是動(dòng)平衡的基本原理?

1. 不平衡發(fā)生的原因

  • 轉子不對稱(chēng)的設計(如根據DIN 69871規定的刀柄抓握槽或是Welden刀柄的夾持螺釘)。
  • 不對稱(chēng)的質(zhì)量分布是由于受到制造公差引起的徑向偏擺,如錐形刀具外徑的徑向擺動(dòng)。
  • 定位誤差發(fā)生在構成轉子幾個(gè)零部件的裝配過(guò)程中,如銑削主軸和刀柄,刀柄和刀具。
  • 在轉子軸承發(fā)生的徑向偏擺,如主軸軸承。

2. 什么是不平衡?

2.1 靜態(tài)不平衡

靜態(tài)不平衡

轉子的重心位于轉軸外。

  • 轉子靜止狀態(tài)時(shí)也可以進(jìn)行測量,如用于砂輪的動(dòng)平衡秤。
  • 轉動(dòng)時(shí)離心力會(huì )垂直于轉軸。
  • 這可以借由單面動(dòng)平衡被消除掉??梢赃x擇任何動(dòng)平衡平面的位置。通常情況下,靜態(tài)動(dòng)平衡后依舊會(huì )有力偶不平衡的存在。

Mu = 不平衡量(以g單位表示)
r = 距離轉軸的不平衡量(以mm單位表示)
M = 轉子量,(以kg單位表示)
e = 距離轉軸的重心(以μm單位表示)
FF  = 離心力
靜態(tài)不平衡的大?。?U = Mu*r = M*e
不平衡的單位: [U] = g * mm = kg * μm

2.2 力偶不平衡

力偶不平衡

重心的位置是在轉軸

  • 只能在轉子轉動(dòng)時(shí)進(jìn)行測量。
  • 轉動(dòng)時(shí)會(huì )導致傾斜力矩。
  • 這兩個(gè)不平衡量的離心力會(huì )相互平衡(無(wú)側向力)。
  • 這只能藉由雙面動(dòng)平衡被消除掉。

MU1,MU2 = 不平衡量(以g單位表示)
r = 距離轉軸的不平衡量(以mm單位表示)
M = 轉軸量(以kg單位表示)
FF1,FF2 = 離心力
MU1 = MU2
FF1 = FF2

2.3 動(dòng)態(tài)不平衡

靜態(tài)和力偶不平衡的組合

  • 通常用于工業(yè)轉子

3. 什么是動(dòng)平衡?

什么是動(dòng)平衡

動(dòng)平衡是用來(lái)對轉子上非對稱(chēng)質(zhì)量分布進(jìn)行重新補償。
可以通過(guò)下列各點(diǎn)來(lái)實(shí)現:

  • 增加重量,如平衡汽車(chē)輪胎的夾持重量塊
  • 移除質(zhì)量,如通過(guò)鉆孔
  • 調整質(zhì)量,如通過(guò)增添動(dòng)平衡環(huán),螺釘

3.1 單平面動(dòng)平衡(靜態(tài))

補償不平衡的靜態(tài)部分

  • 轉子的重心被帶回至轉軸(偏心率e=0)
  • 動(dòng)態(tài)不平衡的力偶部分保持不變

3.2 雙面動(dòng)平衡(動(dòng)態(tài))

不平衡的完整補償(靜態(tài)和力偶不平衡)

  • 原則上,可以選擇任何動(dòng)平衡平面(有利條件:距離越遠越好)。

4. 測量不平衡

4.1 測量原則

測量不平衡
  • 刀柄被插入到動(dòng)平衡機主軸內,并讓其轉動(dòng)。
  • 應力傳感器能夠測量任何離心力。
  • 使用動(dòng)平衡主軸支架上兩種不同的平面來(lái)測量離心力。由于離心力的作用方向是與主軸一同旋轉,從而產(chǎn)生一個(gè)正弦力信號。不僅要確定信號的幅度,還有其與主軸的角位。
  • 力信號被用來(lái)計算相關(guān)動(dòng)平衡平面的不平衡。如果動(dòng)平衡平面的位置改變,計算出來(lái)的不平衡量也會(huì )跟著(zhù)改變。
  • 從不平衡值計算出不平衡的補償。

5. 動(dòng)平衡刀柄

5.1 動(dòng)平衡質(zhì)量等級G

動(dòng)平衡質(zhì)量等級G
容許的剩余不平衡量如下圖所示。 x軸: 操作速度 y軸: 與轉子重量相關(guān)的剩余不平衡。

DIN ISO1940-1(原先為2060 VDI指南)規定了用于測量不平衡和動(dòng)平衡的原則。動(dòng)平衡精度是用平衡質(zhì)量等級G(原先:Q)來(lái)表示。

動(dòng)平衡質(zhì)量等級只能適用于轉子特定的操作速度。

從轉子的平衡質(zhì)量等級,轉子操作速度和轉子重量可以計算出容許的剩余不平衡量。


U容許不平衡量 = (G•M)/n • 9549

U容許不平衡量 = 容許的不平衡量,以gmm單位來(lái)表示
G = 平衡質(zhì)量等級
M = 轉子質(zhì)量 , 以kg單位表示
n =  轉子的操作速度 , 以min-1單位表示
9549 = 測量單元轉換后所產(chǎn)生的常數因子。

例如:

  • 銑刀被夾持在筒夾夾頭內。
  • 總重量為0.8kg
  • 使用銑刀的操作速度必須是在 n = 15,000 min-1。
  • 主軸制造者要求的平衡質(zhì)量等級 G = 2.5
  • 容許的剩余不平衡量 U容許不平衡量 = 1.3 gmm

容許的剩余不平衡量如下圖所示。

5.2 可達到的精度

上述的例子得到容許的剩余不平衡為1.3gmm。為了說(shuō)明這個(gè)值的有效性,必須把不平衡量轉換成偏心率

U容許不平衡量 = M * e容許不平衡量
e容許不平衡量 = U容許不平衡量 / M = 1.3gmm/800g = 0.0016 mm = 1.6 μm

因此,距離轉軸的刀柄重心最多可以偏移1.6μ。動(dòng)平衡進(jìn)行時(shí),轉軸被當成是錐柄或空心錐柄的軸。刀具在銑床是繞著(zhù)主軸轉動(dòng)。


就算是新的主軸也有 高達5μm的徑向偏擺(等于偏心率e = 2.5μm)

另一例子:
平衡質(zhì)量等級G = 1
操作速度n = 40,000 l/min
刀具重量M = 0.8kg
U容許不平衡量 = 0.2gmm
e容許不平衡量 = 0.3μm

這里容許無(wú)法在現實(shí)中實(shí)現的偏心率。
更換刀具時(shí),即使品質(zhì)優(yōu)良的主軸也會(huì )有1-2μm的重復定位精度。
少許的臟污基本會(huì )破壞測量精度。


銑削主軸的總不平衡量是受多種因素的影響:

  • 主軸本身的不平衡
  • 主軸徑向偏擺所導致的不平衡(對稱(chēng)軸非轉動(dòng)軸)
  • 主軸配件(冷卻劑輸送的轉接頭,夾持系統)的徑向偏擺
  • 夾持系統(彈簧,拉桿)在夾持時(shí)的橫向變形
  • 主軸上刀具的傾斜和徑向偏擺
  • 刀柄本身的不平衡
  • 牽引螺釘的徑向偏擺(偏移)
  • 刀具的徑向偏擺
  • 刀柄附件(如夾持螺母)的不平衡

總結:

容許小于1gmm的剩余不平衡量是不切實(shí)際的。

2021年4月22日 10:33
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