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技術(shù)文章

現(xiàn)場(chǎng)平衡概念和必要性

常用機(jī)械中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，例如各種傳動(dòng)軸、主軸、電動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子等，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時(shí)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的，這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，甚至設(shè)計(jì)時(shí)就具有非對(duì)稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過(guò)軸承作用到機(jī)械及其基礎(chǔ)上，引起振動(dòng)，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機(jī)械壽命，嚴(yán)重時(shí)能造成破壞性事故。為此，必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡，使其達(dá)到允許的平衡精度等級(jí)，或使因此產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)幅度降在允許的范圍內(nèi)。
     現(xiàn)代，各類機(jī)器所使用的平衡方法較多，例如單面平衡(亦稱靜平衡)常使用平衡架，雙面平衡(亦稱動(dòng)平衡)使用各類動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)。靜平衡精度太低，平衡時(shí)間長(zhǎng)；動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)雖能較好地對(duì)轉(zhuǎn)子本身進(jìn)行平衡，但是對(duì)于轉(zhuǎn)子尺寸相差較大時(shí)，往往需要不同規(guī)格尺寸的動(dòng)平衡機(jī)，而且試驗(yàn)時(shí)仍需將轉(zhuǎn)子從機(jī)器上拆下來(lái)，這樣明顯是既不經(jīng)濟(jì)，也十分費(fèi)工(如大修后的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子)。特別是動(dòng)平衡機(jī)無(wú)法消除由于裝配或其它隨動(dòng)元件引發(fā)的系統(tǒng)振動(dòng)。使轉(zhuǎn)子在正常安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行平衡通常稱為“現(xiàn)場(chǎng)平衡”?，F(xiàn)場(chǎng)平衡不但可以減少拆裝轉(zhuǎn)子的勞動(dòng)量，不再需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī)；同時(shí)由于試驗(yàn)的狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)二致，有利于提高測(cè)算不平衡量的精度，降低系統(tǒng)振動(dòng)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISOl940一1973(E)“剛體旋轉(zhuǎn)體的平衡精度”中規(guī)定，要求平衡精度為G0.4的精密轉(zhuǎn)子，必須使用現(xiàn)場(chǎng)平衡，否則平衡毫無(wú)意義。
     現(xiàn)代的動(dòng)平衡技術(shù)是在本世紀(jì)初隨著蒸汽透平的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的。隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械逐步向精密化、大型化、高速化方向發(fā)展，使機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題越來(lái)越突出。機(jī)械的劇烈振動(dòng)對(duì)機(jī)器本身及其周?chē)h(huán)境都會(huì)帶來(lái)一系列危害。雖然產(chǎn)生振動(dòng)的原因多種多樣，但普遍認(rèn)為“不平衡力”是主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有50%左右的機(jī)械振動(dòng)是由不平衡力引起的。因此，有必要改變旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量，減小不平衡力，即對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡。
     造成轉(zhuǎn)子不平衡的因素很多，例如：轉(zhuǎn)子材質(zhì)的不均勻性，聯(lián)軸器的不平衡、鍵槽不對(duì)稱，轉(zhuǎn)子加工誤差，轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的腐蝕、磨損及熱變形等。這些因素造成的不平衡量一般都是隨機(jī)的，無(wú)法進(jìn)行計(jì)算，需要通過(guò)重力試驗(yàn)（靜平衡）和旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)（動(dòng)平衡）來(lái)測(cè)定和校正，使它降低到允許的范圍內(nèi)。應(yīng)用*廣的平衡方法是工藝平衡法和整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡法。作為整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的一個(gè)重要分支，在線動(dòng)平衡技術(shù)也正處于蓬勃發(fā)展之中，很有前途。由于工藝平衡法是起步*早的一種經(jīng)典動(dòng)平衡方法。
整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是為了解決工藝平衡技術(shù)中存在的問(wèn)題而提出的。
     工藝平衡法的測(cè)試系統(tǒng)所受干擾小，平衡精度高，效率高，特別適于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械零件作單體平衡，目前在動(dòng)平衡領(lǐng)域中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用，汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用這種平衡方法。但是，工藝平衡法仍存在以下問(wèn)題：
        (1)平衡時(shí)的轉(zhuǎn)速和工作轉(zhuǎn)速不一致，造成平衡精度下降。例如：有不少轉(zhuǎn)子屬于二階臨界轉(zhuǎn)速的擾性轉(zhuǎn)子，由于平衡機(jī)本身轉(zhuǎn)速有限，這些轉(zhuǎn)子若采用工藝平衡，則無(wú)法有效的防止轉(zhuǎn)子在高速下發(fā)生變形而造成的不平衡。
        (2)平衡機(jī)（特別是高速立式平衡機(jī)）價(jià)格昂貴。
        (3)在動(dòng)平衡機(jī)上平衡好的轉(zhuǎn)子，裝機(jī)后其平衡精度難以保證。因?yàn)閯?dòng)平衡時(shí)的支承條件不同于轉(zhuǎn)子在實(shí)際工作條件下的支承條件，且轉(zhuǎn)子同平衡裝置之間的配合也不同于轉(zhuǎn)子與其自身轉(zhuǎn)軸之間的配合條件，即使出廠前已在動(dòng)平衡機(jī)上達(dá)到高精度平衡的轉(zhuǎn)子，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、再裝配等過(guò)程，平衡精度在使用前難免有所下降，當(dāng)處于工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，仍可能產(chǎn)生不允許的振動(dòng)。
       (4)有些轉(zhuǎn)子，由于受到尺寸和重量上的限制，很難甚至無(wú)法在平衡機(jī)上平衡。例如：對(duì)于大型發(fā)電機(jī)及透平一類的特大轉(zhuǎn)子，由于沒(méi)有相應(yīng)的特大平衡裝置，往往會(huì)造成無(wú)法平衡；對(duì)于大型的高溫汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，一般易發(fā)生彈性熱翹曲，停機(jī)后會(huì)自動(dòng)消失，這類轉(zhuǎn)子需進(jìn)行熱動(dòng)態(tài)平衡，用平衡機(jī)顯然是無(wú)法平衡的。
        (5)轉(zhuǎn)子要拆下來(lái)才能進(jìn)行動(dòng)平衡，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、平衡速度慢、經(jīng)濟(jì)損失大。
         為了克服上述工藝平衡法的缺點(diǎn)，人們提出了整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡法。
將組裝完畢的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)場(chǎng)安裝狀態(tài)下進(jìn)行的平衡操作稱為整體現(xiàn)場(chǎng)平衡。這種方法是機(jī)器作為動(dòng)平衡機(jī)座，通過(guò)傳感器測(cè)的轉(zhuǎn)子有關(guān)部位的振動(dòng)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以確定在轉(zhuǎn)子各平衡校正面上的不平衡及其方位，并通過(guò)去重或加重來(lái)消除不平衡量，從而達(dá)到高精度平衡的目的。
有于整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是直接接在整機(jī)上進(jìn)行，不需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī)，只需要一套價(jià)格低廉的測(cè)試系統(tǒng)，因而較為經(jīng)濟(jì)。此外，由于轉(zhuǎn)子在實(shí)際工況條件下進(jìn)行平衡，不需要再裝配等工序，整機(jī)在工作狀態(tài)下就可獲得較高的平衡精度。
    砂輪在線動(dòng)平衡的意義
磨床是精密機(jī)械加工必不可少的工作母機(jī)，為了適應(yīng)日趨精密的工作精度需求及不斷追求的高效率和低成本的目標(biāo)，全球的磨床制造業(yè)都在不懈地致力于:提高機(jī)床的幾何精度，剛性和性能穩(wěn)定性。
眾所周知，砂輪是磨床的必要工具。想要讓砂輪磨削出準(zhǔn)確的尺寸和光潔的表面，必須防止磨削過(guò)程中的振動(dòng)。砂輪的結(jié)構(gòu)是由分布不均的大量顆粒組成，先天的不平衡無(wú)法避免，這必然會(huì)引起一定的偏心振動(dòng)。而砂輪安裝的偏心度、砂輪的厚度不均、主軸的不平衡及砂輪對(duì)冷卻液的吸附等，會(huì)使振動(dòng)更加增大。這些振動(dòng)不僅僅影響到磨床的加工質(zhì)量，還會(huì)降低磨床的主軸壽命、砂輪壽命，增加砂輪修正次數(shù)及修整金剛石的消耗等。