磨床砂轮动平衡的原理与应用

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２Ｉ３００２　

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　的大小和相位，自动平衡砂轮偏重，使砂轮达到最侥的平衡状态。　，检测砂轮的不平衡量，并识别不平衡量　蔫键词：砂轮偏重Ｉ平衡装置：极坐标法；自动调整　中盈分粪鼍：ＴＧ５８０　文碱标识礴：Ａ　文章编号：１００２—２３３３｛２０ｏ６）１０一ＯＯ４９—０２　

Ｐｒｉｌｌｅｉ　ｐｌｅ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｉ）ｙｎａＩｎｉｃ　Ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｇｒｉｎｄｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｅｍｅｒｙ　Ｗｈｅｅｌ　ＷＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｚｈｏｎｇ　ｆ　Ｓｅｈ　ｑｍｌ　ｎｒ　Ｍｅ（｜ｍｉｃａｌ＆ＥｌｅｅｔｒＧ、ａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｃｈａｎｇ＇ｚｈ，ｉｕ　Ｊ　ｒｉｌｌｉＩ　ｌ１　ｌｌｒ１Ｈ　ＩｉｎｏｌｏＫｖ　Ｃｈａｎ￣．ｈ－Ｉ［Ｉ　２Ｉ３（Ｘ］２　ＣｈｉＩｌｌｌｌ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ￣ｒａｖａｍｅｎ　ｔｈａｔ　ｆａ　ｉ］ｌａｌｏｒ　ｌ１Ｈｌ（　Ｉｕ　ｔ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ‘Ｉ　１．　ｏｆ　ｉＩＩ】１¨Ｉ·　ｆ　ｌｌＩ＿　Ｐ１１１４　ｒｙ　ｗ１］·　ｌ　ａｄ，’ｌｌＩｉＩＪｎ　ｃａｎｔｔｏｌｅｄ　ｆｆ】］ｌ￣ｌｌｌ　ｑｌｉｅ．Ｐ　ｘａ　ｒｔ￣ｉｎｔ＂ｔｈＰ￣－［１ｌＰｒ，（ｗｈ　Ｅ－ｅ１　ｗｉｌｈ　ａｒｈｈｒｎｅｔｉｔ　ｆｌｇｕｒｔ￣『．Ｊ　ｍ　￣ＩＳｌｌ　ｒＰ　ａｎｄ　ｉｄｔ－ｒ￣ｌｉ　ｔｌｌ　ｇｒａ＇￣ｋ１１１１￣［Ｉ　ｔｈｅ　ｓｉｚｅ　ｔｈａｉ　Ｉ　ａ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ．ａｕｌｍｒｔａｌｉｃａｌｌｙ　ｌｌ１『Ｊ　ｅｑｔｆｉｌｉｈｆｉｕｍ￣＇ｚｌｌｅｒ，ｗｈｔ‘ｅｌ··ｖＰｒ—ｔ￣ｌｎ［１ｉｌａｓｌｚｅ．ｍａｋｅ　ｆｉｎｅ　ｅ『ｎｌＪｒＹ　ｗｈｅｅｌ　Ｉ　Ｌ）ａｌｌａｉｌｌ　ｓｕｐｔ·ｒｋｔｆ　ｅｑｕｉ］ｉｂｒｉｕｍ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：１ｈｅ　ｅ＿『ｌｐ　ｒｖ　ｗｈｅｅｌ￣Ｊ　Ｆｆ＇ｒ　ｅ　ｒｎｐｈａｓｉｚｅｓｚ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉ．ｍ　ｅｑｕｉＩＩＨＩ￣Ｉ＿ｌ：　【Ｉ　ｆ¨ａｌｋ　ｔｈｅ（ｔＩ　ｈ‘，ｄ　ｔｈｅ　¨Ｌｔ１　ａｄｊｕｓｔｓ　

１前言　砂轮南于制造误差和在法兰盘上安装的晾固，往往　会造成　平衡砂轮不平衡星指砂轮的重心　旋转中心　不重合，即由于砂轮质心偏离旋转中心所致一受使砂轮　Ｆ　衡．一般部是在砂轮法　盘环形槽内装ｔ多个平衡块．嘲　整平衡块的位置．使砂轮的莺心　ｊ旋转中心重台．即ｎＴ使　砂轮平衡＝而平衡块则按砂轮的太小不同而不同，其形　状、运动状态及控制的机构也有很大差别，这ｌ工ｊ人＿ｒ调整　平衡带米了很大不便。采用动平衡装置自动平衡．能够适　时地ｒ懈砂轮的不平衢状态，平衡精度高　铡整速度快．　２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　Ｆ＝ｍｅｗ　。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ｍ　偏心距　的乘　积称为砂轮的不平衡量，希单　的值　、，则取决于　，增　加配重，调整Ｙｍｅ＝Ｏ　则Ｆ＝Ｏ．．要精确平衡砂轮，除了要做　静平衡外．还须做动平衡：静平衡消踪过太的不平衡量，　调整时，使砂轮轴在较低速旋转达到平衡，再以　作速度　旋转精细修整，反复凋整虽能基本保持　衡　但由于其　因素还会振动，所以要提高平衡精鹰．还需动平衡　动平衡可利用敏坐标平衡原理来调整实现在砂轮　轴外圆装　偏心轴套，又在偏心轴套轴颈卜装上偏心轮．　偏心轴套和偏心轮质量棚同．并且偏心轮中码对于偏心轴　套的偏心量等于偏心轴套相对于砂轮轴偏心量的２倍，符　自独立、互不牵连　使偏心轴套和偏心轮随同砂轮一道南　速旋转，而且叉各自相对于砂轮有缓慢的旋转。　偏心轴　套和偏心轮的质心转至相同的角度．且偏心轮质心　最　外侧时，台力为最大；当偏心轴套和偏心轮的质心转至相　反角度时（即相差ｌ　８０。时，．台力为Ｏ（见网１）　根据砂轮　

‘　新装置台离心　毋小　【㈤－　衙越置台离心　最大　图ｌ平衡装置离心力相位和大小的调齄　砂轮２偏　轴套３偏　轮　Ｊ　

偏乖的几小和偏心轴套　ｊ偏心轮的村｛位差．可调性砂轮　的不同半衡量　捌整的一般打进是：将偏重的大小午Ⅱ相位分开蒯整．　先调整偏心轴套和偏心轮连心线村１对于砂轮质心和旋转　中心琏心线的相位，而后词性偏心轴套和偏心轮合质心　偏重的大小．通过分步谰栏使砂轮达到平衡状惫　自动平衡装置的结构　砂轮门动　衡装置与磨床丰轴组装成一个整体结　构利用极坐标平衡嘹押．采用【一述先渊整偏心轴套和偏　心轮连心鼗相位、后调整砂轮偏重大，Ｊ、的方法．设计的砂　轮自动平衡装置如冈所示。它由砂轮外侧　衡装置、　驱动装氍、传ｌ动机构　删振ｍ掩制装旨等掏陂，而测　振和控制装嚣叉由传感器、放大器、　转换器　数显表、　Ｉ单片机等组成．．　在砂轮高速旋转的情况下，首先椅测砂轮的不平衡　量．砂轮偏心　Ｉ起振动通过安装在磨头架上方的　振动传感器米测量，安装位置靠近砂轮轴颈支承处，电就　是通过测量砂轮主轴端的振动来求解砂轮不平衡量的大　

机植工程师２００５年第１０期｝４９　

维普资讯 http://www.cqvip.com 小。偏心轴套和偏心轮转角用绝对型ＧＰＭＶ０８１４光电编　码器来检测，角位移分辨率为＋２＂／３６０。。　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ｌ所示，偏心轴套２的中心０．相对于　砂轮的中心０偏离ｅ，而偏心轮３的中心０　又相对于０．　偏离２ｅ。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０。～３６０。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０～２ｅ范围内调整补偿重量偏心的大小。　因ｍ　：ｍ，，ｍ☆＝ｍ　＋ｍ　，偏心轮在偏心轴套外侧，且与　偏心轴套同相位时，合离心力Ｆ＝ｍ２ｅ∞　＋ｍ３（ｅ＋２ｅ）∞　＝　４ｅｍ　ｔｏ２＝２ｅ　∞　，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Ｉ二的　不平衡重量叠加引起砂轮主轴部件的剧烈振动。　４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，砂轮卜　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　ｌ８０。，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　５０　ｌ机械工程师２００５年第１０期　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３所示。　５结论　Ｎ　启动　调整偏量　达标否？　［　显示、打印或报警　图３控制程序　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ｅ小于０．１　ｇｍｍ／ｋｇ，不　平衡减少率可达９６％，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】　［１］林东海．实现真正动平衡的理论基础和手段［Ｊ］．航空精密制造　技术，２００２，（８）：３３—３５．　［２　Ｊ殷春生．刚性转子动平衡探析［ＪＪ．机械工程师，２００２，ｆ４）：２３—２７．　［３］陈振强．刚性转子现场平衡的实现方法［Ｊ］．试验机与材料试验．　１９９７，（６）：１２－１６．　（编辑昊天）　

作者简介：汪建中（１９５７一），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：２ｏ０５—０７—０９　

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