1、概述： 平衡機http://www.xdxsk.com/在國外應用已相當普及，專用平衡機的種類很多。我國由于平衡機起步晚，技術上不但落后于

濟南銀箭數(shù)控設備制造有限公司是1997年成立的山東省最大的，以研發(fā)制造動平衡機、綜合跳動檢測臺、檢測設備在線聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、數(shù)控機床、工業(yè)標記機為主業(yè)的高新技術企業(yè)。十多年來公司一直秉承自主創(chuàng)新的原則，走自主研發(fā)的道路，從產(chǎn)品的原理設計，軟件電器開發(fā)，零部件加工，整機裝配到售后服務都嚴格按照ISO9001:2001質(zhì)量體系的要求和行業(yè)的國際標準的規(guī)定，腳踏實地的為廣大客戶設計制造優(yōu)質(zhì)的動平衡機等數(shù)控設備，到目前已能規(guī)模生產(chǎn)六大系列近百種型號的動平衡機產(chǎn)品和四個系列的經(jīng)濟型數(shù)控車床及氣動標記機等數(shù)控產(chǎn)品。于2011年全資建設齊河欣大欣數(shù)控設備公司，占地50余畝，廠房10000平米，做為動平衡機產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，為廣大客戶提供更好的產(chǎn)品。主導產(chǎn)品動平衡機廣泛應用于電機、風機、水泵、汽車、紡織、化工、農(nóng)機、石油機械、造紙機械、印刷機械等行業(yè)，銷售量3000余臺，并出口緬甸、泰國、烏茲別克斯坦、伊朗等國家。自主研發(fā)的Y(R)YW-1平衡機軟件擁有國家軟件版權證書及多項產(chǎn)品專利，使用方便、精度高、故障率小。2006年公司在同行業(yè)中率先自主設計開發(fā)了基于Windows系統(tǒng)下的工業(yè)級動平衡機專用測量系統(tǒng)。一經(jīng)上市就受到廣大用戶的一致好評。解決了用戶在動平衡檢測中遇到的很多技術難點，同時公司進一步擴大的在專用平衡機領域的應用，例如針對大型多缸曲軸，專門設計研發(fā)了HBM-291曲軸專用軟件，經(jīng)各大曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家的使用，收到非常好的效果，實現(xiàn)了從單缸到13缸曲軸只用一套測量系統(tǒng)就能進行測量的效果，內(nèi)置六種自動解算優(yōu)化程序，是最先進的曲軸平衡解算軟件，在淄柴博洋公司大型九缸曲軸項目中填補國內(nèi)空白。

 1、概述：

    平衡機http://www.xdxsk.com/在國外應用已相當普及，專用平衡機的種類很多。我國由于平衡機起步晚，技術上不但落后于，

而且某些專用平衡機幾乎是空白，如風機，電機、木工機械、空調(diào)機等專用設備平衡機。對平衡機而言，機械系統(tǒng)是

平衡機中關鍵的部分，它性能好壞直接關系到轉(zhuǎn)子（工件）平衡精度及工作效率。只有針對不同工件設計專用機械

系統(tǒng)，才能把轉(zhuǎn)子振動減少到zui低限度。所以本文提出專用動平衡機機械系統(tǒng)的設計，對提高旋轉(zhuǎn)機械的性能和使用

壽命具有重要意義。
2、力學原理
①轉(zhuǎn)子兩面平衡原理：
    設有不平衡量的剛性轉(zhuǎn)子M繞定軸Z作勻速轉(zhuǎn)動，如圖1所示，由于轉(zhuǎn)子是不平衡的，可以分解為由若干個偏心薄圓

盤所組成，各圓盤的重心都不在轉(zhuǎn)動軸線上，當轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時，各圓盤均產(chǎn)生一個慣性力，即F1、F2·····FN

等組成一個空間慣性力系。這些慣性力雖然大小，方向、位置不相同，但它們都通過轉(zhuǎn)動軸，都和轉(zhuǎn)動軸線垂直。
    假定轉(zhuǎn)子的左右兩端面作為校正面，將每個慣性力都分解為通過A、B兩點的平行力，如第i個慣性力 分解 ，其中

： 作用于A點的端面上， 作用于B點的端面上，l為轉(zhuǎn)子左右兩個端面的距離，li為第i個慣性力至左端面的距離。
     同樣，把每個慣性力都向左、右兩個端面分解，按平面匯交力系，各自得到一個通過匯交點的合力，即顯然，這兩個作用在左、右端面上合力 與 和轉(zhuǎn)子的所有慣性力是等效的。因此，在左、右兩端面上進行平衡校正，適當?shù)丶又鼗蛉ブ鼐涂梢韵齊A、RB，使轉(zhuǎn)子得到平衡。
     由此可見，任何一個不平衡剛性轉(zhuǎn)子都可在兩個與轉(zhuǎn)軸垂直的平面上進行平衡校正，這就是剛性轉(zhuǎn)子兩面平衡原理，專用動平衡機機械系統(tǒng)設計就是根據(jù)這個平衡原理進行設計。
②硬支承平衡機機械特性和校正平面解算：
     硬支承平衡機是七十年代發(fā)展起來的新品種，其支承剛度大，故轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率很高，且遠遠高于平衡轉(zhuǎn)速，因此轉(zhuǎn)子支承振幅很小，轉(zhuǎn)子慣性力可忽略不計。轉(zhuǎn)子不平衡量是力形式作用在支承上，只要測出支承所受力，就能得到不平衡量，然后通過標準轉(zhuǎn)子加試運轉(zhuǎn)進行調(diào)整，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的幾何尺寸，無需啟動機器就能調(diào)整好系統(tǒng)。
    轉(zhuǎn)子和支承系統(tǒng)尺寸已知，左、右兩校正面的不平衡量為m1r1及m2r2，其對應的離心力，兩軸承處動反力為及 ，這些力都是矢量；若轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)，則這些力皆為零。
    硬支承平衡機就是根據(jù)動反力 來確定兩校正面上離心力 與 ，從而確定兩校正面上的不平衡量。由于是在測量軸承處，而校正是選定的兩校正面上，它們之間的關系是動力平衡的關系。因些轉(zhuǎn)子的慣性力可省略不計，故支承反力和不平衡力是平衡。
    由此可見，由不平衡量m1r1及m2r2產(chǎn)生的離心力 僅與兩軸承處的動反力 與 和軸承及校正面位置尺寸A、B、C有關。軸承處動反力通過傳感器測出，各位置尺寸通過鍵盤輸入計算機，由計算機進行平面分離解算加以調(diào)整。
3、專用動平衡機機械結構設計
    平衡機機械系統(tǒng)主要由兩大系統(tǒng)組成：驅(qū)動系統(tǒng)（它驅(qū)動被測轉(zhuǎn)子(工件)達到所需的平衡轉(zhuǎn)速）、擺架系統(tǒng)（它支承被平衡工件，并使之在不平衡力作用下產(chǎn)生振動）。
①驅(qū)動系統(tǒng)
    驅(qū)動系統(tǒng)：包括電機、傳動裝置（變速裝置）、制動裝置、傳動方式（聯(lián)軸節(jié)）等。主軸的一端安裝角度盤，用來指示工件不平衡相位。另外主軸上還裝有光電傳感器，用來產(chǎn)生基準信號。為了使被平衡工件達到所需的轉(zhuǎn)速，先確定電動機拖動功率及傳遞的轉(zhuǎn)矩，按傳動元件的尺寸參數(shù)，結合被平衡工件的規(guī)格、類型，及平衡精度要求，設計裝卸夾具，確定工件與主軸聯(lián)接方式。
    總之，驅(qū)動系統(tǒng)要保證被平衡工件在測量過程中有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速；避免驅(qū)動系統(tǒng)零部件在測量過程中，對工件振動特性產(chǎn)生不良影響。
②擺架系統(tǒng)
    擺架系統(tǒng)：包括軸承（滾輪）、擺架、彈性元件等。軸承與擺架連成一體，通過彈性元件與支承架聯(lián)接，工件安裝在兩支承架之間與擺架組成振動系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)時，由于工件不平衡，在離心力作用下被迫振動，通過傳感器將擺架的振動量轉(zhuǎn)換為電訊號，輸入測量回路。
    在擺架系統(tǒng)的結構設計中，先要選擇適當?shù)闹С蟹绞酱_定框架的結構形式，以及與之相適應的元件。且又要保證平衡工件要求在平衡機的重量范圍內(nèi)，擺架應有一定足夠尺寸的剛度。同時，鑒于要確保平衡機有較高的靈敏度，又要求擺架重量適當。所以擺架系統(tǒng)設計是平衡機結構設計中關鍵的一個環(huán)節(jié)。
③自由度不平衡轉(zhuǎn)子振動系統(tǒng)計算
    平衡機振動系統(tǒng)的設計計算，是平衡機機械結構設計中心問題，為了是平衡振動系統(tǒng)有較好相頻和幅頻特性，以保證平衡測量的穩(wěn)定性和精度，振動系統(tǒng)應滿足兩個基本要求。
    a.在激振力可能達到的范圍內(nèi),激振力與位移的關系是線性的。
    b.振動系統(tǒng)固有頻率 與平衡轉(zhuǎn)速對應的轉(zhuǎn)動頻率ω必須符合規(guī)定：ω＜0.3 。
1)運動方程:
    本文以三自由度的機械振動系統(tǒng)為例，其轉(zhuǎn)子及支承力學模型如圖3所示：轉(zhuǎn)子運動以系統(tǒng)質(zhì)點O方向平動，繞質(zhì)點O在YZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)和Z軸旋轉(zhuǎn)。 
    轉(zhuǎn)子以角速度ω進行平衡，由于轉(zhuǎn)子不平衡引起彈性系統(tǒng)一起振動，振動系統(tǒng)隨質(zhì)心沿Y方向的平動為 ，繞質(zhì)心YZ平動時的轉(zhuǎn)動θ。假定轉(zhuǎn)子質(zhì)量M，擺架軸系附件質(zhì)量 ,簧板剛度K，校正平面的徑向慣性力mrω2轉(zhuǎn)子在YOZ平面運動時振動固有頻率
2)簧板剛度:
①取值范圍:
    硬支承平衡機轉(zhuǎn)子振動頻率遠遠小于其固有頻率，質(zhì)心的位移和轉(zhuǎn)角又很小，質(zhì)量為M的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運動中的慣性力可以略去不計，支承上測得的彈性力近似于m不平衡量引起徑向力，有一定誤差。為了使誤差限制在一定范圍內(nèi)，設計硬支承平衡機時，應使質(zhì)量M的慣性力和不平衡量m引起徑向力之比不大于誤差率σ，即：
②簧板厚度:
    左右彈性支承采用兩片等厚度的矩形簧板支承，簧板兩端用螺釘分別固連于底板及擺架上
③數(shù)據(jù)分析:
由于篇幅有限制，本文以風機專用為例，給出有些相關數(shù)據(jù)：
工件（風輪）質(zhì)量：M=50Kg
擺架軸系附件質(zhì)量：M’ =35Kg
彈性系統(tǒng)總剛度:2K=119.5Mpa
當平衡轉(zhuǎn)速n =1200r/min時，轉(zhuǎn)動頻率：ω=(2πn)/60=125.6 rad/s
誤差率 ≈0.01(當 =0.01時)
4、總結：
①按照本文提供相關數(shù)據(jù)設計制造的專用動平衡機，測量線性好，比一般平衡機工作效率更高，操作更方便、精度更高。
②經(jīng)實踐證明：專用機械系統(tǒng)配SANF-60型微機箱，一次不平衡量減少率URR ≥95\%，zui小可達剩余不平衡量emar≤0.3g.mm/kg。
③本系統(tǒng)設計對提高旋轉(zhuǎn)機械性能和使用壽命有很大參考價值，同時也對開發(fā)全自動平衡機有一定借鑒作用。

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