汽車回轉(zhuǎn)類零件平衡的研究與實踐

黃衛(wèi)祥

摘 要：汽車運動的零部件中，回轉(zhuǎn)類占的比重很高?；剞D(zhuǎn)件由于材料組織不均勻、裝配誤差、零件外形的誤差和機構(gòu)形狀局部不對稱等原因，存在轉(zhuǎn)子質(zhì)心的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不相重合，所以在旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的離心力。本文著重研究了回轉(zhuǎn)類零件的平衡原理，平衡工藝的實現(xiàn)和精度分析，以及回轉(zhuǎn)類零件的工藝實踐。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)類零件 平衡 工藝 實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0080-01

1 問題的提出

汽車的高速化已成為發(fā)展的必然趨勢，由于由不平衡引起的離心慣性力于轉(zhuǎn)速的平方成正比，往往會導致軸承負荷的增加，磨損加劇，振動和噪聲的形成，縮短機器的使用壽命，且離心慣性力的方向不斷變化，因此除在傳統(tǒng)的曲軸、傳動軸等零件上有平衡要求外，目前在車橋的制動零件上有平衡要求已成為一種新的設計趨勢，制動零件的平衡可大大減少離心慣性力對汽車制動性能的影響。

2 回轉(zhuǎn)體平衡原理概述

2.1 回轉(zhuǎn)體的靜平衡

對于寬度不大的回轉(zhuǎn)體，可近似認為其偏心重量是位于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。在這種情況下發(fā)生不平衡，那是由于回轉(zhuǎn)體的重心不在回轉(zhuǎn)軸上的緣故。這樣的不平衡狀態(tài)，在回轉(zhuǎn)體靜止時即可顯示出來。

2.2 回轉(zhuǎn)體的動平衡

有些回轉(zhuǎn)體，其偏心重量是分布在不同的幾個平面內(nèi)的，如汽車發(fā)動機曲軸為例，即使回轉(zhuǎn)體的重心在回轉(zhuǎn)軸，而由于各偏心重量產(chǎn)生的離心慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，因而將形成慣性力偶，所以它仍是不平衡的。這種不平衡狀態(tài)，只有在回轉(zhuǎn)體運動的情況下，才能顯示出來，所以把這樣的不平衡回轉(zhuǎn)體稱為動不平衡的回轉(zhuǎn)體。而使這樣的回轉(zhuǎn)體得以平衡的措施，則稱為動平衡。

利用上述分析的結(jié)果，對于任何動不平衡的回轉(zhuǎn)體，無論在幾個不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，有多少個偏心重量，都只需要在任選的兩個平面內(nèi)分別適當?shù)丶由弦粋€配重，即可得到完全平衡。

2.3 轉(zhuǎn)子允許不平衡量的計算

根據(jù)標準ISO 1940-1：2003，允許不平衡量的計算公式為：

（1）

式中：表示允許不平衡量，單位：g。

m表示轉(zhuǎn)子的自身重量，單位：kg。

G表示轉(zhuǎn)子的平衡精度等級，單位：mm/s，可查機械設計手冊得出。

r表示轉(zhuǎn)子的校正半徑，單位：mm。

n表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位：rpm。

3 回轉(zhuǎn)類零件的平衡工藝分析

3.1 平衡機的分類概述

按照不平衡測量原理分為重力式平衡機和離心力式平衡機兩類。重力式平衡機是在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠轉(zhuǎn)子重力矩作用測量轉(zhuǎn)子靜不平衡的平衡機；而離心力式平衡機是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠測量由轉(zhuǎn)子不平衡離心力所引起支承系統(tǒng)的振動或支承所受的動載荷確定轉(zhuǎn)子不平衡的平衡機。重力式平衡機如前所述，效率很低。

按平衡機轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)的力學特性分類有軟支承和硬支承平衡機。軟支承平衡機是指平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)固有頻率的平衡機；而硬支承平衡機系指平衡轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)固有頻率的平衡機。硬支承平衡機是帶電子解算電路的通過測量振動力確定轉(zhuǎn)子不平衡量的。

3.2 平衡機的選擇確定

針對汽車回轉(zhuǎn)件的特點，選用立式及單面平衡機、離心力式平衡機；又因硬支承平衡機是測量轉(zhuǎn)子的不平衡離心力，可實現(xiàn)“永久性定標”，操作簡單，使用方便，得到越來越廣泛的應用，因此選用硬支承平衡機。

4 回轉(zhuǎn)類零件的平衡工藝實施

4.1 夾具的設計

夾具的定位基準應選擇零件在工作時的安裝基準，采用固定尺寸定心軸的定位方式是可行的。

4.2 工藝實施

夾具安裝在平衡機上后，就可以開始實施檢測過程了。在檢測前應進行如下的準備工作：

4.2.1 定標樣件的準備

由于檢測前必須進行定標，因此必須準備一個定標樣件，此樣件是一個其上打有一個用于安裝定標砝碼的螺紋孔并經(jīng)平衡后的零件。

4.2.2 量綱的選擇

選擇gCm作為量綱。

4.2.3 加/去重選擇

由于設計圖紙要求三種零件達到平衡要求的方式均為去重，因此選擇去重方式，即平衡機的顯示點為重點。

4.2.4 夾具的偏心補償

將零件裝上夾具，選擇主軸偏心定標功能，根據(jù)顯示提示，輸入N=2，帶零件開車一次，然后松開零件，并將零件相對于夾具180°旋轉(zhuǎn)，在平衡機顯示OK后，即完成夾具的偏心補償。

4.2.5 許用不平衡量的輸入

根據(jù)不同的零件，輸入許用不平衡量。

4.3 去重

根據(jù)檢測出的不平衡量，在圖紙規(guī)定要求的部位去除相應重量的材料，以滿足不平衡量。去重裝置上采用了在Z535立鉆工作臺上放置一個Φ400的手動分度頭的方式，在分度頭上再安裝一個Φ320的卡盤，操作時在卡盤上安裝零件，手動轉(zhuǎn)動分度頭將零件轉(zhuǎn)至鉆孔位置，如需要在不同位置鉆孔時，則再手動轉(zhuǎn)動分度頭，鉆孔深度則靠看Z535立鉆上的刻度盤來控制。

5 結(jié)論

綜上所述，回轉(zhuǎn)類零件基本上均可按靜平衡來處理，平衡機也基本上可選擇單面立式平衡機，平衡機校驗項目主要為最小可達剩余不平衡度（emar）和不平衡減少率（URR），平衡夾具的設計要注意平衡精度和定位孔、軸的尺寸關(guān)系，當零件重量不大時，要注意壓板對檢測精度的影響，回轉(zhuǎn)類零件達到平衡要求的方式基本上為去重。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.endprint

摘 要：汽車運動的零部件中，回轉(zhuǎn)類占的比重很高?；剞D(zhuǎn)件由于材料組織不均勻、裝配誤差、零件外形的誤差和機構(gòu)形狀局部不對稱等原因，存在轉(zhuǎn)子質(zhì)心的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不相重合，所以在旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的離心力。本文著重研究了回轉(zhuǎn)類零件的平衡原理，平衡工藝的實現(xiàn)和精度分析，以及回轉(zhuǎn)類零件的工藝實踐。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)類零件 平衡 工藝 實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0080-01

1 問題的提出

汽車的高速化已成為發(fā)展的必然趨勢，由于由不平衡引起的離心慣性力于轉(zhuǎn)速的平方成正比，往往會導致軸承負荷的增加，磨損加劇，振動和噪聲的形成，縮短機器的使用壽命，且離心慣性力的方向不斷變化，因此除在傳統(tǒng)的曲軸、傳動軸等零件上有平衡要求外，目前在車橋的制動零件上有平衡要求已成為一種新的設計趨勢，制動零件的平衡可大大減少離心慣性力對汽車制動性能的影響。

2 回轉(zhuǎn)體平衡原理概述

2.1 回轉(zhuǎn)體的靜平衡

對于寬度不大的回轉(zhuǎn)體，可近似認為其偏心重量是位于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。在這種情況下發(fā)生不平衡，那是由于回轉(zhuǎn)體的重心不在回轉(zhuǎn)軸上的緣故。這樣的不平衡狀態(tài)，在回轉(zhuǎn)體靜止時即可顯示出來。

2.2 回轉(zhuǎn)體的動平衡

有些回轉(zhuǎn)體，其偏心重量是分布在不同的幾個平面內(nèi)的，如汽車發(fā)動機曲軸為例，即使回轉(zhuǎn)體的重心在回轉(zhuǎn)軸，而由于各偏心重量產(chǎn)生的離心慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，因而將形成慣性力偶，所以它仍是不平衡的。這種不平衡狀態(tài)，只有在回轉(zhuǎn)體運動的情況下，才能顯示出來，所以把這樣的不平衡回轉(zhuǎn)體稱為動不平衡的回轉(zhuǎn)體。而使這樣的回轉(zhuǎn)體得以平衡的措施，則稱為動平衡。

利用上述分析的結(jié)果，對于任何動不平衡的回轉(zhuǎn)體，無論在幾個不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，有多少個偏心重量，都只需要在任選的兩個平面內(nèi)分別適當?shù)丶由弦粋€配重，即可得到完全平衡。

2.3 轉(zhuǎn)子允許不平衡量的計算

根據(jù)標準ISO 1940-1：2003，允許不平衡量的計算公式為：

（1）

式中：表示允許不平衡量，單位：g。

m表示轉(zhuǎn)子的自身重量，單位：kg。

G表示轉(zhuǎn)子的平衡精度等級，單位：mm/s，可查機械設計手冊得出。

r表示轉(zhuǎn)子的校正半徑，單位：mm。

n表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位：rpm。

3 回轉(zhuǎn)類零件的平衡工藝分析

3.1 平衡機的分類概述

按照不平衡測量原理分為重力式平衡機和離心力式平衡機兩類。重力式平衡機是在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠轉(zhuǎn)子重力矩作用測量轉(zhuǎn)子靜不平衡的平衡機；而離心力式平衡機是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠測量由轉(zhuǎn)子不平衡離心力所引起支承系統(tǒng)的振動或支承所受的動載荷確定轉(zhuǎn)子不平衡的平衡機。重力式平衡機如前所述，效率很低。

按平衡機轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)的力學特性分類有軟支承和硬支承平衡機。軟支承平衡機是指平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)固有頻率的平衡機；而硬支承平衡機系指平衡轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)固有頻率的平衡機。硬支承平衡機是帶電子解算電路的通過測量振動力確定轉(zhuǎn)子不平衡量的。

3.2 平衡機的選擇確定

針對汽車回轉(zhuǎn)件的特點，選用立式及單面平衡機、離心力式平衡機；又因硬支承平衡機是測量轉(zhuǎn)子的不平衡離心力，可實現(xiàn)“永久性定標”，操作簡單，使用方便，得到越來越廣泛的應用，因此選用硬支承平衡機。

4 回轉(zhuǎn)類零件的平衡工藝實施

4.1 夾具的設計

夾具的定位基準應選擇零件在工作時的安裝基準，采用固定尺寸定心軸的定位方式是可行的。

4.2 工藝實施

夾具安裝在平衡機上后，就可以開始實施檢測過程了。在檢測前應進行如下的準備工作：

4.2.1 定標樣件的準備

由于檢測前必須進行定標，因此必須準備一個定標樣件，此樣件是一個其上打有一個用于安裝定標砝碼的螺紋孔并經(jīng)平衡后的零件。

4.2.2 量綱的選擇

選擇gCm作為量綱。

4.2.3 加/去重選擇

由于設計圖紙要求三種零件達到平衡要求的方式均為去重，因此選擇去重方式，即平衡機的顯示點為重點。

4.2.4 夾具的偏心補償

將零件裝上夾具，選擇主軸偏心定標功能，根據(jù)顯示提示，輸入N=2，帶零件開車一次，然后松開零件，并將零件相對于夾具180°旋轉(zhuǎn)，在平衡機顯示OK后，即完成夾具的偏心補償。

4.2.5 許用不平衡量的輸入

根據(jù)不同的零件，輸入許用不平衡量。

4.3 去重

根據(jù)檢測出的不平衡量，在圖紙規(guī)定要求的部位去除相應重量的材料，以滿足不平衡量。去重裝置上采用了在Z535立鉆工作臺上放置一個Φ400的手動分度頭的方式，在分度頭上再安裝一個Φ320的卡盤，操作時在卡盤上安裝零件，手動轉(zhuǎn)動分度頭將零件轉(zhuǎn)至鉆孔位置，如需要在不同位置鉆孔時，則再手動轉(zhuǎn)動分度頭，鉆孔深度則靠看Z535立鉆上的刻度盤來控制。

5 結(jié)論

綜上所述，回轉(zhuǎn)類零件基本上均可按靜平衡來處理，平衡機也基本上可選擇單面立式平衡機，平衡機校驗項目主要為最小可達剩余不平衡度（emar）和不平衡減少率（URR），平衡夾具的設計要注意平衡精度和定位孔、軸的尺寸關(guān)系，當零件重量不大時，要注意壓板對檢測精度的影響，回轉(zhuǎn)類零件達到平衡要求的方式基本上為去重。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.endprint

摘 要：汽車運動的零部件中，回轉(zhuǎn)類占的比重很高?；剞D(zhuǎn)件由于材料組織不均勻、裝配誤差、零件外形的誤差和機構(gòu)形狀局部不對稱等原因，存在轉(zhuǎn)子質(zhì)心的主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不相重合，所以在旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的離心力。本文著重研究了回轉(zhuǎn)類零件的平衡原理，平衡工藝的實現(xiàn)和精度分析，以及回轉(zhuǎn)類零件的工藝實踐。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)類零件 平衡 工藝 實踐

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0080-01

1 問題的提出

汽車的高速化已成為發(fā)展的必然趨勢，由于由不平衡引起的離心慣性力于轉(zhuǎn)速的平方成正比，往往會導致軸承負荷的增加，磨損加劇，振動和噪聲的形成，縮短機器的使用壽命，且離心慣性力的方向不斷變化，因此除在傳統(tǒng)的曲軸、傳動軸等零件上有平衡要求外，目前在車橋的制動零件上有平衡要求已成為一種新的設計趨勢，制動零件的平衡可大大減少離心慣性力對汽車制動性能的影響。

2 回轉(zhuǎn)體平衡原理概述

2.1 回轉(zhuǎn)體的靜平衡

對于寬度不大的回轉(zhuǎn)體，可近似認為其偏心重量是位于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。在這種情況下發(fā)生不平衡，那是由于回轉(zhuǎn)體的重心不在回轉(zhuǎn)軸上的緣故。這樣的不平衡狀態(tài)，在回轉(zhuǎn)體靜止時即可顯示出來。

2.2 回轉(zhuǎn)體的動平衡

有些回轉(zhuǎn)體，其偏心重量是分布在不同的幾個平面內(nèi)的，如汽車發(fā)動機曲軸為例，即使回轉(zhuǎn)體的重心在回轉(zhuǎn)軸，而由于各偏心重量產(chǎn)生的離心慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，因而將形成慣性力偶，所以它仍是不平衡的。這種不平衡狀態(tài)，只有在回轉(zhuǎn)體運動的情況下，才能顯示出來，所以把這樣的不平衡回轉(zhuǎn)體稱為動不平衡的回轉(zhuǎn)體。而使這樣的回轉(zhuǎn)體得以平衡的措施，則稱為動平衡。

利用上述分析的結(jié)果，對于任何動不平衡的回轉(zhuǎn)體，無論在幾個不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，有多少個偏心重量，都只需要在任選的兩個平面內(nèi)分別適當?shù)丶由弦粋€配重，即可得到完全平衡。

2.3 轉(zhuǎn)子允許不平衡量的計算

根據(jù)標準ISO 1940-1：2003，允許不平衡量的計算公式為：

（1）

式中：表示允許不平衡量，單位：g。

m表示轉(zhuǎn)子的自身重量，單位：kg。

G表示轉(zhuǎn)子的平衡精度等級，單位：mm/s，可查機械設計手冊得出。

r表示轉(zhuǎn)子的校正半徑，單位：mm。

n表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位：rpm。

3 回轉(zhuǎn)類零件的平衡工藝分析

3.1 平衡機的分類概述

按照不平衡測量原理分為重力式平衡機和離心力式平衡機兩類。重力式平衡機是在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠轉(zhuǎn)子重力矩作用測量轉(zhuǎn)子靜不平衡的平衡機；而離心力式平衡機是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，依靠測量由轉(zhuǎn)子不平衡離心力所引起支承系統(tǒng)的振動或支承所受的動載荷確定轉(zhuǎn)子不平衡的平衡機。重力式平衡機如前所述，效率很低。

按平衡機轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)的力學特性分類有軟支承和硬支承平衡機。軟支承平衡機是指平衡轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)固有頻率的平衡機；而硬支承平衡機系指平衡轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子-支承系統(tǒng)固有頻率的平衡機。硬支承平衡機是帶電子解算電路的通過測量振動力確定轉(zhuǎn)子不平衡量的。

3.2 平衡機的選擇確定

針對汽車回轉(zhuǎn)件的特點，選用立式及單面平衡機、離心力式平衡機；又因硬支承平衡機是測量轉(zhuǎn)子的不平衡離心力，可實現(xiàn)“永久性定標”，操作簡單，使用方便，得到越來越廣泛的應用，因此選用硬支承平衡機。

4 回轉(zhuǎn)類零件的平衡工藝實施

4.1 夾具的設計

夾具的定位基準應選擇零件在工作時的安裝基準，采用固定尺寸定心軸的定位方式是可行的。

4.2 工藝實施

夾具安裝在平衡機上后，就可以開始實施檢測過程了。在檢測前應進行如下的準備工作：

4.2.1 定標樣件的準備

由于檢測前必須進行定標，因此必須準備一個定標樣件，此樣件是一個其上打有一個用于安裝定標砝碼的螺紋孔并經(jīng)平衡后的零件。

4.2.2 量綱的選擇

選擇gCm作為量綱。

4.2.3 加/去重選擇

由于設計圖紙要求三種零件達到平衡要求的方式均為去重，因此選擇去重方式，即平衡機的顯示點為重點。

4.2.4 夾具的偏心補償

將零件裝上夾具，選擇主軸偏心定標功能，根據(jù)顯示提示，輸入N=2，帶零件開車一次，然后松開零件，并將零件相對于夾具180°旋轉(zhuǎn)，在平衡機顯示OK后，即完成夾具的偏心補償。

4.2.5 許用不平衡量的輸入

根據(jù)不同的零件，輸入許用不平衡量。

4.3 去重

根據(jù)檢測出的不平衡量，在圖紙規(guī)定要求的部位去除相應重量的材料，以滿足不平衡量。去重裝置上采用了在Z535立鉆工作臺上放置一個Φ400的手動分度頭的方式，在分度頭上再安裝一個Φ320的卡盤，操作時在卡盤上安裝零件，手動轉(zhuǎn)動分度頭將零件轉(zhuǎn)至鉆孔位置，如需要在不同位置鉆孔時，則再手動轉(zhuǎn)動分度頭，鉆孔深度則靠看Z535立鉆上的刻度盤來控制。

5 結(jié)論

綜上所述，回轉(zhuǎn)類零件基本上均可按靜平衡來處理，平衡機也基本上可選擇單面立式平衡機，平衡機校驗項目主要為最小可達剩余不平衡度（emar）和不平衡減少率（URR），平衡夾具的設計要注意平衡精度和定位孔、軸的尺寸關(guān)系，當零件重量不大時，要注意壓板對檢測精度的影響，回轉(zhuǎn)類零件達到平衡要求的方式基本上為去重。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.endprint