肖井泉
(中国化工集团蓝星石油公司大庆分公司，黑龙江 大庆 163713)
摘 要：分析了某公司机械加工设备产生不平衡的原因，并给出了现场动平衡方法在两个设备中的应用实例。
关键词：动平衡；转子；配重；振动
由于转子材质不均匀、制造误差及装配误差的产生，转动部件的相对移动可使转子的质心偏离旋转的轴线而产生惯性力导致机器产生振动。当机械加工设备存在不平衡时，在某种程度上会增加产品的不合格率，如无心磨床存在不平衡时，被加工零件的圆度误差较大。不平衡的存在对机床本身也有较大的损害(如轴承)。因此，需要校正机床的不平衡以达到机械加工所要求的精度，从而提高产品的合格率。
动平衡技术就是在转子上选定适当的校正平面，在其上增加或减少适当的校正质量，使转子的振动减少到某个允许值以下。一般来说，工作转速低于其一阶临界转速0．5倍的转子，可视为刚性转子，否则按柔性转子处理，文中以刚性转子为例，说明对机床的不平衡进行校正的情况。
1 刚性转子受力分析
图1为任意回转体示意图，设其以等角速度绕z轴旋转，取轴上任意一点(如0点)，由理论力学原理可知，刚性回转体上无数个质点产生的离心惯性力向0点简化时，惯性离心力系的主矢R。及主矩M。、相对主矢|R。|及相对主矩|M。|用下面的公式表示：
式中，R。为刚体回转体质心c到z轴的矢量，rj为第j个质点到z轴的矢量，r为任意质点到z轴的矢量，m；Fj为第j个质点产生的离心力，F为任意一个质点产生的离心力，N；mj为第j个质点的质量，M为刚体的总质量，M。为任意质点刚体的总质量，kg；ρ为任意刚体的密度，kg／m3；Jyz为回转体对轴的离心惯性积，Jzr为回转体对y轴的离心惯性积，kg·m2。
根据刚体力学可知，刚体回转平衡的充要条件是惯性力系向任一点简化得到的主矢矩都为0，即R。=0(质点通过z轴)和M。=0(z轴必须是刚体回转体的一条惯性主轴)。只要这两点满足就可称为中心惯性主轴，要想达到平衡，就必须调整质量的分布。常用的校正方法有减质量法、增加质量法和调整质量法。文中以增加质量法来达到动平衡校正，即采用在已知该校正平面上计算出不平衡量的大小和方向后，有意在其相反方向上增加一个大小相等、方向相反的平衡量的办法来实现动平衡校正。
2 应用举例
2．1 单面平衡
以德国产的MT85／IS无心磨床为例，其转速n=1500r／min，功率P=15kw。在使用过程中，用该磨床生产的产品(滚子)圆度变化较大，合格率较低。现场测试的频谱分析显示，其一倍频(工频)的能量远大于其它的频率能量，从现场制造的产品及实际工作情况来看，排除了不对中的可能性。因此，可判断其不平衡是由于砂轮的磨削引起的。因此，利用现场双通道动平衡仪对该磨床进行动平衡校正，其方法如下：①先在卡盘上粘贴反光条，把光速传感器、振动传感器安装好，得到工频vrmso=2．52mm／s，相位角φ0=140°。②采用测试得到的试重质量m=40g，再次测量得到了工频vrmsl=1．14mm／s，相位角φ1=152°。③采用自动动平衡解算得，在φ2=10°，加质量71g。由于其质量块是标准的40g，利用矢量分解得到应在相位角φ=37°和φ=343°处各加质量40g。3次平衡得到的配重质量为5．35g，相位角φ=142°。平衡后，产品合格率提高。
2．2 双面平衡
以一台非国标的搅拌器为例，其直径265mm，长8000mm，结构示意见图2。开机1个月以后，经常发生故障。经检查测量，其总质量为200kg，开机后底座振动较大。现场采集的参数见表1。
由表1可知，工频处的能量远大于其它频率分量的能量，可以确定是转子不平衡导致了设备振动超标。鉴于转子较长，故采用双面现场动平衡技术进行平衡。过程如下：在转子端面A加上m=1000g、转子端面B加上m=850g的试重质量块，解算得：转子端面A 的加配重质量为m=2950g，相位角φ=241°；转子端面B的m=2870g，相位角φ=302°。再次测量得到剩余振动的数据，在转子端面A，1fn=13HZ，v=1．21mm／S；在转子端面B，Ifn=13Hz，v=1．10mm／s，振动得到改善。进行二次平衡计算得到第2次配重质量：端面A的m=275g，φ=201°；端面B的m=153g，φ=172°。
3 结语
无心磨床和搅拌器经校正后，机械加工中的不平衡彻底消失，加工的工件已经达到要求，不再出现次品，产品质量达到用户要求。利用现场动平衡技术可以在很短的时问内解决设备转子不平衡的实际问题，具有一定的实用价值。