磨床砂轮动平衡的原理与应用.pdf

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图 ! 平衡装置离心力相位和大小的调整 !!砂轮 "!偏心轴套 #!偏心轮 ! $"平衡装置合离心力最大 磨床砂轮动平衡的原理与应用 汪建中 !常州工学院 机电工程学院#江苏 常州 "!#%%"" ! 前 言 砂轮由于制造误差和在法兰盘上安装的原因# 往往 会造成不平衡$ 砂轮不平衡是指砂轮的重心与旋转中心 不重合#即由于砂轮质心偏离旋转中心所致$要使砂轮平 衡#一般都是在砂轮法兰盘环形槽内装上多个平衡块#调 整平衡块的位置#使砂轮的重心与旋转中心重合#即可使 砂轮平衡$ 而平衡块则按砂轮的大小不同而不同# 其形 状%运动状态及控制的机构也有很大差别#这为人工调整 平衡带来了很大不便$采用动平衡装置自动平衡#能够适 时地了解砂轮的不平衡状态#平衡精度高#调整速度快$ " 自动平衡原理 通常# 不平衡的砂轮在高速旋转时产生的离心力为 !"#$!"$ 离心力的大小与砂轮角速度 ! 的平方成正比# 角速度 !大# 则离心力大$ 砂轮质量 # 与偏心距 $的乘 积称为砂轮的不平衡量#希望 !的值小#则取决于 #$#增 加配重#调整 !#$&%#则 !&%$ 要精确平衡砂轮#除了要做 静平衡外#还须做动平衡$ 静平衡消除过大的不平衡量# 调整时#使砂轮轴在较低速旋转达到平衡#再以工作速度 旋转精细修整#反复调整虽能基本保持平衡#但由于其它 因素还会振动#所以要提高平衡精度#还需动平衡$ 动平衡可利用极坐标平衡原理来调整实现$ 在砂轮 轴外圆装上偏心轴套#又在偏心轴套轴颈上装上偏心轮# 偏心轴套和偏心轮质量相同# 并且偏心轮相对于偏心轴 套的偏心量等于偏心轴套相对于砂轮轴偏心量的 "倍’各 自独立#互不牵连$使偏心轴套和偏心轮随同砂轮一道高 速旋转#而且又各自相对于砂轮有缓慢的旋转$当偏心轴 套和偏心轮的质心转至相同的角度# 且偏心轮质心在最 外侧时#合力为最大&当偏心轴套和偏心轮的质心转至相 反角度时! 即相差 !(%"时" #合力为 #! 见图 !" $ 根据砂轮 偏重的大小和偏心轴套与偏心轮的相位差# 可调整砂轮 的不同平衡量$ 调整的一般方法是’将偏重的大小和相位分开调整# 先调整偏心轴套和偏心轮连心线相对于砂轮质心和旋转 中心连心线的相位# 而后调整偏心轴套和偏心轮合质心 偏重的大小#通过分步调整使砂轮达到平衡状态$ " 自动平衡装置的结构 砂轮自动平衡装置与磨床主轴组装成一个整体结 构$利用极坐标平衡原理#采用上述先调整偏心轴套和偏 心轮连心线相位%后调整砂轮偏重大小的方法#设计的砂 轮自动平衡装置如图 "所示$ 它由砂轮外侧平衡装置 !% 驱动装置 "%传动机构 #%测振和控制装置 ) 等构成#而测 振和控制装置又由传感器%放大器%*+, 转换器%数显表% -./01! 单片机等组成$ 在砂轮高速旋转的情况下# 首先检测砂轮的不平衡 量#砂轮偏心引起振动通过安装在磨头架上方的 2/3"%% 振动传感器来测量#安装位置靠近砂轮轴颈支承处#也就 是通过测量砂轮主轴端的振动来求解砂轮不平衡量的大 !"机械工程师 !""# 年第 !" 期 摘 要’设计了一种新型砂轮自动平衡装置#采用计算机程序控制和数字处理#检测砂轮的不平衡量#并识别不平衡量 的大小和相位#自动平衡砂轮偏重#使砂轮达到最优的平衡状态$ 关键词’砂轮偏重& 平衡装置& 极坐标法& 自动调整 中图分类号’#$%&" 文献标识码’$ 文章编号’%""!&!’’’!!""#"!"&""’(&") #$%&’%()* +&, -(()%’+.%/& /0 12&+3%’ 4+)+&’%&5 /0 .6* 7$%&,%&5 8+’6%&* 93*$2 :6**) :-;7 <%+&=>6/&5 !/45667 68 -945:;4<7 = >794?@;4<7 >:A;:99@;:AB .5<:AC56D E:F?;?D?9 68 G945:676AHI .5<:AC56D "!#%%"’ .5;:<" #$%&’()&’ ,9F;A:;:A A@<J<K9: ?5<? 4<74D7<?6@ L@649MD@9 68 9ND;7;$@;DK M9J;49 68 <D?6 68 < :9O 9K9@H O5997I <M6L?;6: 46:?@679M ?6 5<:M79I 9P<K;:9 ?59 9K9@H O5997 O;?5 <@;?5K9?;4 8;AD@9 ?6 K9<FD@9I <:M ;M9:?;8H ?59 A@<J<K9: ?59 F;C9 ?5<? K9<FD@9 O;?5 ?59I <D?6K<?;4<77H ?59 9ND;7;$@;DK 9K9@H O5997 6J9@ 09KL5<F;C9I K<Q9 ?59 9K9@H O5997 ?6 <??<;: FDL9@;6@ 9ND;7;$@;DKR *+, -.’/%’ ?59 9K9@H O5997 6J9@ 9KL5<F;C9FS 9ND;7;$@;DK 9ND;LK9:?S J9@H F;? ?6 K<@Q ?59 K9?56MS ?59 <D?6 <MTDF?F ! " # %" % %! ! 合 $ "$ ! <"平衡装置合离心力最小 数 控 技 术!!!""" ###$$$%%%&&&’’’((()))(((***+++ 小! 偏心轴套和偏心轮转角用绝对型 !"#$%&’( 光电编 码器来检测"角位移分辨率为!)"*+,%#! 对检测到的不平衡量由计算机判断是否在调整范围 以内! 在允许范围之内"实施补偿! 让补偿重量产生的离 心力和砂轮上的不平衡量产生的离心力大小相等" 方向 相反"直至把砂轮的不平衡量减小到允许的范围内"使砂 轮在平稳的状态下工作! 平衡装置由偏心轴套# 偏心轮和驱动机构等装置组 成! 偏心轴套和偏心轮安装在砂轮外侧-磨削时与砂轮一 起等速旋转! 如图 ’ 所示"偏心轴套 ) 的中心 !’相对于 砂轮的中心 ! 偏离 ""而偏心轮 + 的中心 !)又相对于 !’ 偏离 )"!通过机电传动机构"使偏心轴套和偏心轮分别相 对于砂轮得到慢速转动! 当偏心轴套和偏心轮同方向同 角速度转动时"可在 .$%+,.$范围内调整他们相对于砂轮 补偿重量的相位"相位可以按顺时针方向调整"也可以按 逆时针方向调整! 当偏心轴套和偏心轮反方向同角速度 转动时" 偏心轴和偏心轮合质心相对于砂轮的相位角不 变"但可在 .%)"范围内调整补偿重量偏心的大小! 因 #)/#+"# 合/#)0#+"偏心轮在偏心轴套外侧"且与 偏心轴套同相位时" 合离心力 $/#) "!)0#+ $"0)"%!)/ ("#)!)/)"#合 !)"这时能够补偿的砂轮偏重最大! 按相位和偏量先后调整" 不仅可以节约平衡砂轮的 时间" 而且还可以避免平衡装置的补偿重量和砂轮上的 不平衡重量叠加引起砂轮主轴部件的剧烈振动! ! 砂轮动平衡过程和程序控制 当平衡装置与砂轮处于任一种相对位置时" 砂轮上 的不平衡重量将产生一个离心力" 砂轮和平衡装置的合 力形成一个激振力"使砂轮主轴部件产生强迫振动"其振 幅与这个合力的大小成正比" 由测振传感器监测激振力 的大小! 判断监测到的不平衡量是否可调& 在允许范围之内" 实施补偿’否则报警! 当平衡量过大时-需拆卸砂轮修整" 再安装到主轴上做动平衡! 执行相位调整程序"使偏心轴套和偏心轮的偏重以相 同角速度朝一个方向转动$同向同角速度转动%"直至偏心 轴套和偏心轮质心连心线的相位与砂轮质心相位相差 1&.$" 这时平衡装置和砂轮不平衡合力朝减小的方向变 化"因此强迫振动的振幅逐渐减小"测振传感器所测振幅 通过计算机数据处理确认为某一最小值"结束相位调整! 由于平衡装置偏重产生的离心力小于或大于砂轮不 平衡量产生的离心力"因此还没有完全平衡"继续执行偏 量调整程序"使偏心轴套和偏 心轮各以反向同角速度转动" 此时偏心轴套和偏心轮相位 保持不变"偏心轮的重心偏移 逐渐增大或减小"测振传感器 检测到的数据继续减小"直至 偏心轮偏重与砂轮不平衡重 产生的离心力近似相等"基本 互相抵消"则测振传感器的读 数至某一最小值"平衡即告完 毕"显示或打印平衡数据值! 控制程序如图 +所示! " 结 论 应用极坐标平衡原理对磨床砂轮进行动平衡" 不必 先做静平衡"并可适时检测不平衡量的大小和相位!平衡 装置与砂轮主轴结构进行整体设计" 配重零部件尽可能 靠近砂轮支承轴颈"有利于减小附加弯矩和残余振幅"提 高平衡精度! 磨削一批工件"当监测到砂轮振幅加剧时" 立即停止磨削加工"若因砂轮不平衡所致"可直接利用动 平衡装置进行平衡" 剩余不平衡度 " 小于 .21 344*53"不 平衡减少率可达 6,7"动平衡过程约为几分钟时间不等" 平衡速度快"平衡精度高"可使砂轮迅速回到最佳的工作 状态! (参考文献) (&) 林东海2 实现真正动平衡的理论基础和手段(8)2航空精密制造 技术")..)"9&:*++;+<2 (’) 殷春生2 刚性转子动平衡探析(8)2 机械工程师")%%)"9(:*)+;)=2 (() 陈振强2 刚性转子现场平衡的实现方法(8)2试验机与材料试验2 166="9,:*1);1,2 $编辑 昊 天% 作者简介*汪建中$&)*+,%"男"副教授"高级工程师"主要研究方向为 机械设计#制造工艺与机电一体化! 收稿日期*)--*,-+,-) !!!!!!!!!! 图 # 砂轮自动平衡装置 1.平衡装置 ).驱动装置 +.传动机构 (.测振和控制装置 !" 机械工程师 !""#年第 !" 期 & ’ ( / 启动 检测 "! 砂>"$? 调整相位 调整偏量 达标否& 显示#打印或报警 @ A @ A 图 $ 控制程序 数 控 技 术 !!!""" ###$$$%%%&&&’’’((()))(((***+++数 控 技 术 !!!""" ###$$$%%%&&&’’’((()))(((***+++ 邮发代号*(;=(( 全面报导国内外液压#液力#气动#密封与控制技术的 专业性应用刊物! 由上海市机械工程学会#上海液压气动 总公司#交通大学#同济大学等联合创办! 主要栏目*专家 论坛#综合评述#基础理论#设计计算#试验研究#工场实 践#计算机应用#连载讲座#行业动态#供销$ 产品%信息等! 读者对象B 从事和使用液压#液力#气动#密封和控制技术 的工程技术人员#企业管理人员#采购人员#大中专院校师 生及技术工人等! 双月刊 9单月:" 大 1,C"每期 < 元"全年 +. 元"国内统 一刊号B DA+1;16)1*EF! 地 址* 上海市定西路 (..号 邮 编*)...<) 电 话*$ .)’%,)&.)&.+ 传 真*$ .)’%,)&)()&( 联系人* 张士才 陈华奋 电子邮件*GHIJKLMNH2JO 请订阅+流体传动与控制,