最近更新于 2025-10-09 00:13

前言

去年 11 月的时候，我看了公司里一台立式平衡机的技术说明，搞懂了测量原理，然后编制了作业指导书，纠正了车间现场的操作。

工作原理

通过测量振动大小和振动的角度计算出不平衡量和角度。

1.物理量：不平衡量大小和角度 \vec{W}，传感器读取的振动大小和方向 \vec{V}

2.先假定一个前提，在轴承刚度足够，且转速低于临界转速时，主轴转速和主轴的振动大小可以看做线性相关。
①那么有 \vec{W}=K\vec{V}-\vec W_f，K为一个常数，受转速等因素影响，通过无重和加重测试可以计算出。
②\vec W_f也是一个常数，它是工装自身导致的不平衡量。比如工装结构上质心不在旋转中心，以及工件与工装接触的定位轴与旋转中心不同轴。在工装结构修改，工装发生拆卸安装后，都需要进行夹具补偿以计算出这个常量。

3.标定：
①将工件装上，然后启动无试重测试，测得振动\vec{V_1}，即有\vec W_1=K\vec V_1-\vec W_f。\vec W_1是\vec V_1振动对应的不平衡量，此时未知；\vec W_f是夹具导致的不平衡量，此时未知。
②在软件设定的半径和角度 \vec R 处加试重，试重质量 m 克，再气动加试重测试，测得振动 \vec V_2，则有 \vec W_1+m\vec R=K\vec V_2-\vec W_f。此时联立无试重测试和加试重测试的方程。一般加试重用的已知质量的磁铁粘在指定旋转半径、角度的位置.

\left \{
\begin{array}{l}
\vec W_1=K\vec V_1\vec-W_f\\
\vec W_1+m\vec R=K\vec V_2-\vec W_f
\end{array}
\right.

即有\vec K=\frac{m\vec R_1}{\vec V_2-\vec V_1}

4.夹具补偿。夹具补偿一般用两点补偿和三点补偿，任选一种。两点补偿就是装上工件启动一次夹具补偿测试，再将工件旋转180°再启动一次夹具补偿测试（三点就是测三次，每测一次转120°）。

以两点补偿来说明：
第一次补偿测试，测得振动\vec V_{0°}，设工件的不平衡量是\vec Wg，那么有K\vec V_{0°}=\vec W_g+\vec W_f
工件旋转180°后再次测得振动\vec V_{180°}，这个时候工件的不平衡量就是-\vec W_g，刚好反向，那么有K\vec V_{180°}=-\vec W_g+\vec W_f

\left \{
\begin{array}{l}
K\vec V_{0°}=\vec W_g+\vec W_f\\
K\vec V_{180°}=-\vec W_g+\vec W_f
\end{array}
\right.

即有\vec W_f=\frac{K(\vec V_{0°}+\vec V_{180°})}{2}

5.这样就得到了主轴振动大小和工件不平衡量的关系为W=\frac{m\vec R_1}{\vec V_2-\vec V_1}V-\frac{K(\vec V_{0°}+\vec V_{180°})}{2}

补充

工装校正

实践中，通常要尽可能保证工装自身的不平衡量值小，这样测量结果更准确。这个测量原理是假定了“在轴承刚度足够，且转速低于临界转速”，如果工装本身不平衡过大，轴承的刚度或许就不够了，此时就成了挠性转子了。设计工装的时候就要考虑对称结构，如果实在无法做到对称结构，在工装做出来后，可以先对工装测不平衡量，此时将工装视作工件进行检测，并采用加重或去重的方式进行工装校正。

在我出作业指导书以前，我看到的工人操作就是一顿瞎搞，标定、夹具补偿和工装校正混杂在一起操作。那时候我才进公司五个月多点，前面那段时间我也不懂也没管。我猜测最开始引入设备时是正常操作的，但是后面几年过去，操作工换过人，技术部也换人了，没交接好，就变成乱七八糟了。工人每次操作我看着很懵逼，把磁铁敲碎成小颗粒，一点一点粘上去测，直到测试的数值很小（实际相当于在进行工装校正），但是又夹杂在标定和夹具补偿的操作力进行，这就导致测量结果其实都不对，今天测一批某工件的不平衡量结果很差，过几天测一批出来又很好，以为是毛坯或加工的问题导致的，实际是因为每次的操作都是混乱随机的，测出来的结果就不对。

测量目标

这种立式平衡机只能测出一个总体的不平衡量大小和角度，这个不平衡量不是静不平衡量，也不是偶不平衡量，应该算是 静不平衡量+偶不平衡量等效静不平衡量。

卧式双面动平衡机

今年公司引入了一台卧式双面动平衡机，也是基于振动测量不平衡量的，只是有左右两个传感器，分别测量两侧的振动大小计算不平衡量。角度是通过测转速用的光电接近开关间接计算出来的，照射一束光到工件轴上，轴上有个扁方，轴转动时经过扁方棱角的位置，反射不同，就会感应到，转一圈感应到一次，单位时间感应到多少次就可以算出转速。加速到设定的测试转速时，维持转速恒定，此时算出转一圈需要的时间，从最近一次感应到至振动最大时经过了多少时间，这个时间占转一圈的时间的比例是多少，也就知道了振动最大位置的角度是多少了。
立式那台没有外露的测速传感器，就不知道用的什么方式了，一般就是编码器和接近开光，接近开光要么也是光电，也可能是霍尔磁感应，都可以检测转速，也能得到角度。