曲轴去重平衡机原理分析与维修

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1、曲轴去重平衡机原理分析与维修陈刚130012一汽轿车股份有限公司技术部设备设施科摘要曲轴去重平衡机是发动机加工的复杂设备之一，使用效果直接影响发动机的性能和质量。本文从算法原理、控制方式、编程内容及维修技术等多角度对曲轴去重平衡机进行了解析和探讨。对曲轴平衡机的正确使用、工艺管理和维修有指导意义。关键词平衡理论动平衡机数控编程平衡仪1曲轴动平衡的基本原理解析曲轴去重平衡机是典型的机电一体化设备，集成了机械加工、计算机数控、微电子技术、发动机工艺理论等技术于一体，是我厂比复杂的设备之一。首先，简要地了解动平衡理论

2、有助于我们正确地掌握该设备。1．1平衡理论（1）什么是不平衡量以一个均匀转子为例，如图1：OO＇MM＇图1：均匀转子的几何支撑轴线OO＇与惯性轴线和MM＇　正常情况下，其惯性主轴线应与支撑主轴线重合，如不重合，则表示该转子不平衡。其不平衡量可用下式表示：Ｕ＝m×r单位：g.cm，m：不平衡质量，不平衡半径。真正的转子不平衡程度不仅与不平衡质量和不平衡半径有关，而且与转子的总质量Ｍ有直接关系，显然，同样的Ｕ值，Ｍ越大，表示不平衡程度越小；Ｍ越小，则表示不平衡程度越大。由此，引入了偏心距的概念。即，偏心距：E=mr

3、/M=U/M这个参数能较为准确地表示一个转子的不平衡程度。（２）不平衡量的常见分布形式这里主要是指和曲轴不平衡相关的：“径向不平衡”。其常见形式有：　１）静不平衡惯性轴线与几何支撑轴线平行．如图2：O＇OM＇Mm图2：静不平衡示意图２）偶不平衡惯性轴线与几何支撑轴线斜交于几何轴线的中心点。如图3：mmM＇MO＇O图3：偶不平衡示意图３）准静不平衡　惯性轴线与几何支撑轴线斜交，但不过中心点。如图4：mM＇MO＇O图4：准静不平衡示意图４）动不平衡惯性轴线与几何支撑轴线不相交，亦不平行。如图5：mM＇MO＇Om　　

4、图5：动不平衡示意图曲轴的不平衡即属于这种类型，由于其不平衡量的分布特点，去重时最少要平衡两点以上。（3）不平衡量的工业标准国标ISO1940规定了不平衡量的工业标准，即：G=EW/1000其中，E：偏心距。微米。W：转速。弧度/秒。G取值一般为G0.4-G4000，曲轴在G40-G100之间。1．2动平衡机（1）平衡机测量的基本力学关系如下图，为一台平衡机的测量系统局部结构示意图。角速度ωrαmf垂直f水平传感器离心力f图6：一个简单的平衡机测量装置图中不平衡量m产生的离心力：f=mrw2水平方向的离心力分量

5、：f水平=mrw2cosα垂直方向的离心力分量：f垂直=mrw2sinα支撑弹簧变形量：A=f垂直/K，K为弹性系数。水平力传递给传感器，由传感器测取并产生电压信号，送控制系统。(2)平衡方程一个系统的平衡方程如下：MX″+CX′+KX=mrw2其中：M：转子质量。X：支撑体变形量。m：不平衡质量。r：不平衡半径。w：转子角速度。C：阻尼系数。主要来自风阻，摩擦阻尼。K：支撑体弹性系数。阻尼力很小，一般分析时可不予考虑。（3）硬支撑平衡机的力学分析当地基足够稳定时，可以不考虑惯性力时KX＂，可以设计为硬支撑结构

6、。这时，平衡方程可改写为：X=mrw2/K可见，硬支撑平衡机与床身质量无关，出厂时做一次性标定即可，无须经常标定。但对地基要求高，否则惯性力将产生影响，影响平衡精度。机床的共振点为：w0=K/M对硬支撑平衡机，工件转速应在w0/3以内。（4）软支撑平衡机的力学分析这种平衡机的弹性力相对于惯性力而言，由于支撑弹簧很软，弹性力很小，可以忽略。平衡方程为：MX＂=mrw2X＂=mrw2/MX＂为加速度，可使用加速度传感器测量。由于式中包括机床质量Ｍ，故机床需要经常标定，对地基要求不高。这种平衡机的工件转速一般控制在2

7、-2.5w0之内。　　　（5）半硬支撑平衡机的力学分析　　这种平衡机既要考虑惯性力，又要考虑弹性力。其平衡方程为：MX＂+KX=mrw2这一方程的计算较为困难，从力学关系来进行分析，可以从下面公式进行不平衡量的分离。即：abcU1U2ULUR图7：不平衡量的分离如图，有：U1=UL+(ULa/b-URc/b)U2=UR-(ULa/b-URc/b)　显然，当去重点事先选定后，很容易依据从支撑点测量到的不平衡量UL和UR确定应去重量U1及U2。半硬支撑的平衡机，其工件转速在w0附近，因而灵敏度高。它对地基的要求介于

8、硬支撑和软支撑之间。(6)我厂平衡机类型及曲轴去重美国引进的平衡机属于软支撑型，而新采购平衡机（日本）属于半硬支撑型。由此，我们不难得出两台机床在使用和保养中应注意哪些问题的结论。两台设备的曲轴去重点都是10°、130°、190°、250°四个点。常见的曲轴驱动方式有摩擦轮驱动、皮带轮驱动、端部驱动和虎壳驱动四种。我厂的美国平衡机为端部驱动，这种驱动方式对联轴节要求很高，需要经常进行补