近年來，工業(yè)生產(chǎn)中逐步普及了旋轉(zhuǎn)零部件的應(yīng)用。旋轉(zhuǎn)零部件中，倘若出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸不對(duì)稱分布的情況，會(huì)產(chǎn)生能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)、噪聲的同期性離心力，進(jìn)而降低本身的壽命與穩(wěn)定性。而當(dāng)前正處于高精化、高效化和高速化發(fā)展的時(shí)代，有關(guān)重大設(shè)備及關(guān)鍵產(chǎn)品的質(zhì)量性能方面，旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡問題發(fā)展為關(guān)鍵性的制約因素。為了保障各產(chǎn)品的質(zhì)量、穩(wěn)定性，有必要研究動(dòng)平衡機(jī)校驗(yàn)方法。
 
1  動(dòng)平衡機(jī)工作原理和類別
      從結(jié)構(gòu)來看，動(dòng)平衡機(jī)包含車式與離車式兩種；從測(cè)量原理來看，包含硬、軟支撐兩種；從實(shí)際應(yīng)用來看，包含臥式和立式、專用和通用兩大類。常見的臥式動(dòng)平衡機(jī)主軸設(shè)置為水平方向，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本不高，且傳感設(shè)施也不復(fù)雜，然而卻不具備較高的測(cè)量靈敏度，一般維持在5~10g，數(shù)顯設(shè)備分辨度最低為5g；垂直放置主軸的立式動(dòng)平衡機(jī)，裝有水平傳感器兩個(gè)，靈敏度優(yōu)良，能夠?qū)崿F(xiàn)較高精度的測(cè)量，最高可達(dá)1g。圖1呈現(xiàn)了動(dòng)平衡機(jī)工作原理圖。定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的動(dòng)平衡理論是動(dòng)平衡機(jī)的賴以實(shí)施的核心所在，在機(jī)電轉(zhuǎn)換設(shè)備的運(yùn)用下將不平衡量向電子信號(hào)轉(zhuǎn)化，通過系統(tǒng)完成測(cè)量與計(jì)算工作后，輸送至儀表設(shè)備同時(shí)顯示不平衡量值，檢測(cè)工作就此完成。

 
圖1  平衡機(jī)原理示意圖

2  動(dòng)平衡機(jī)校驗(yàn)性能指標(biāo)
2.1  最小可達(dá)剩余不平衡質(zhì)量校驗(yàn)
      該性能指標(biāo)表示在動(dòng)平衡機(jī)檢測(cè)平衡的過程中，可將動(dòng)不平衡質(zhì)量默認(rèn)不存在。然而，會(huì)剩余平衡機(jī)無法檢測(cè)的極其微小的不平衡質(zhì)量，即為最小可達(dá)剩余不平衡質(zhì)量。具體儀器校驗(yàn)期間，首先需要完成被校驗(yàn)動(dòng)平衡機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)轉(zhuǎn)子的安裝與固定，同時(shí)將以被校驗(yàn)動(dòng)平衡機(jī)最小可達(dá)剩余不平衡質(zhì)量為參照，對(duì)剩余動(dòng)不平衡質(zhì)量調(diào)整控制，使動(dòng)平衡機(jī)儀器出現(xiàn)為零的顯示數(shù)值。通過在加一試重后的裝載，將標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)轉(zhuǎn)子試重質(zhì)量控制在同等于動(dòng)平衡機(jī)最小可達(dá)剩余不平衡質(zhì)量的水平上，觀察動(dòng)平衡機(jī)上是否出現(xiàn)了始終不平衡質(zhì)量數(shù)值。
 
2.2  動(dòng)平衡機(jī)示值誤差校驗(yàn)
      校驗(yàn)動(dòng)平衡機(jī)時(shí)，一般會(huì)將兩個(gè)校驗(yàn)平面上有大小相同的8~12個(gè)孔的校驗(yàn)轉(zhuǎn)子當(dāng)作待測(cè)對(duì)象，具體校驗(yàn)期間可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試重砝碼的添加。首先，將校驗(yàn)轉(zhuǎn)子通過定位孔安裝在動(dòng)平衡測(cè)量主軸上，結(jié)合粘橡皮泥或加平衡塊等方式將剩余動(dòng)不平衡量消除，待動(dòng)平衡機(jī)顯示零后，即可實(shí)施校驗(yàn)工作。具體校驗(yàn)中，通過按動(dòng)平衡機(jī)，以10倍最小可達(dá)剩余不平衡質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)控制其質(zhì)量，并在校驗(yàn)轉(zhuǎn)子兩側(cè)校驗(yàn)平面上加載10e倍的標(biāo)準(zhǔn)試重砝碼2個(gè)，保障處于相同圓孔位置處，讀取記錄動(dòng)平衡機(jī)數(shù)值顯示情況。調(diào)整砝碼位置，分別記錄數(shù)值顯示情況，以相應(yīng)公式為根據(jù)展開計(jì)算，并以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)對(duì)動(dòng)平衡機(jī)狀況進(jìn)行判定，各個(gè)測(cè)量值均不超過規(guī)定數(shù)值時(shí)，即可確定設(shè)備與相關(guān)要求相符合。
 
2.3  主軸轉(zhuǎn)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性校驗(yàn)
      不平衡力的高低很大程度上取決于偏心半徑與質(zhì)量、旋轉(zhuǎn)角速度等因素，例如在對(duì)車輪平衡進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于不平衡偏心半徑與質(zhì)量是明確的，所以動(dòng)平衡機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)角速度基本上取決于被平衡車輪平衡準(zhǔn)確性。具體儀器校驗(yàn)中，需要嚴(yán)格規(guī)定主軸轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，結(jié)合手持式數(shù)字轉(zhuǎn)速表測(cè)量動(dòng)平衡機(jī)主軸轉(zhuǎn)速并進(jìn)行校正，校正標(biāo)準(zhǔn)以主軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為主。
 
2.4  校驗(yàn)分離比
      測(cè)試動(dòng)平衡機(jī)時(shí)，會(huì)有不平衡變化出現(xiàn)在被測(cè)轉(zhuǎn)子校正面一側(cè)，且同時(shí)會(huì)有不平衡示值變化情況出現(xiàn)在較正面另一側(cè)，體現(xiàn)了較正面一側(cè)對(duì)校正面另一側(cè)干擾能力，當(dāng)分離比數(shù)值越小時(shí)，即代表抵抗能力更強(qiáng)，具體校正期間動(dòng)平衡機(jī)具備更高的平衡效率。校驗(yàn)動(dòng)平衡機(jī)示值誤差時(shí)，可計(jì)算分離比，將試重砝碼裝置在校驗(yàn)轉(zhuǎn)子校驗(yàn)平面左側(cè)，對(duì)動(dòng)平衡機(jī)左右示值分別進(jìn)行記錄，以相關(guān)公式為根據(jù)對(duì)分離比展開計(jì)算。同樣，在校驗(yàn)轉(zhuǎn)子右側(cè)安置砝碼，以示值為根據(jù)完成分離比的計(jì)算。分離比表示給定轉(zhuǎn)子兩校驗(yàn)正平面A與B干擾比，即IAB和IBA。

      式中，UAB和UBB對(duì)應(yīng)的是將規(guī)定的不平衡量加在校驗(yàn)正平面B上后，A、B面上不平衡量的指示值；UBA和UAA對(duì)應(yīng)的是將規(guī)定的不平衡量加在校驗(yàn)正平面A上后，B、A面上不平衡量的指示值。B面對(duì)A面的分離比由IAB表示，A面對(duì)B面的分離比由IBA表示。10倍試驗(yàn)下的A、B兩臺(tái)平衡機(jī)質(zhì)量為120g，表1、表2分別為兩者試驗(yàn)數(shù)據(jù)。A臺(tái)動(dòng)平衡機(jī)計(jì)算結(jié)果IAB=0，IBA=1∶19；B臺(tái)動(dòng)平衡機(jī)計(jì)算結(jié)果IAB=1∶6，IBA=1∶7，根據(jù)相關(guān)規(guī)程要求得知，A臺(tái)分離比不合格，B臺(tái)合格。

 

2.5  最小分辨力對(duì)重復(fù)性誤差影響
      e=M*eper/2R
      根據(jù)公式，轉(zhuǎn)子質(zhì)量M=20Kg，半徑R=356mm，eper=0.3emar=60。可知e3.37g，也就是示值誤差不超過3.37g，重復(fù)性誤差與規(guī)范要求相符合[3]。然而，目前最小分辨率能達(dá)到1g的僅有個(gè)別較高精度的立式動(dòng)平衡機(jī)，其余大部分都是5g，無法將真實(shí)重復(fù)性誤差值顯示，以致實(shí)際校驗(yàn)中有誤差存在。實(shí)際情況中，可能存在誤差與標(biāo)準(zhǔn)要求相符合（未超過3.37g），但由于分辨力的緣故，測(cè)得數(shù)據(jù)經(jīng)四舍五入后有5g的顯示結(jié)果，與規(guī)范要求不符合。
 
2.6  相位誤差校驗(yàn)
      相位誤差顯示的數(shù)值對(duì)應(yīng)調(diào)整不平衡中不平衡質(zhì)量所處相位與實(shí)際的偏離。該性能指標(biāo)相當(dāng)重要，具體校驗(yàn)中需將鉛塊加載在被測(cè)對(duì)象最高點(diǎn)，對(duì)誤差大小進(jìn)行判定。倘若偏心重量位置有偏差的情況出現(xiàn)，相位差會(huì)高出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子15°，具體操作中倘若未能合理加載鉛塊，不平衡余量值會(huì)進(jìn)一步增加，影響效率的同時(shí)導(dǎo)致校驗(yàn)后會(huì)有新不平衡量產(chǎn)生[4]。在相位誤差校驗(yàn)中，還能完成動(dòng)平衡機(jī)示值誤差的校驗(yàn)，讀取剩余動(dòng)不平衡質(zhì)量與相位后，能夠測(cè)試相位實(shí)際差異，并檢驗(yàn)是否滿足規(guī)定要求。該性能指標(biāo)校驗(yàn)中，通常采取專業(yè)量具或目測(cè)等方式對(duì)相位值讀取，為了將目測(cè)中可能存在的誤差規(guī)避，可將一把精確值0.1°精度的萬能角度尺加載在標(biāo)準(zhǔn)器中，確保相位記錄的準(zhǔn)確性。
 
3  結(jié)語
      綜上所述，由于轉(zhuǎn)子僅是儀器校驗(yàn)過程中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)載體，其本身平衡與否基本上不會(huì)影響校驗(yàn)結(jié)果，故而無需平衡校驗(yàn)轉(zhuǎn)子。同時(shí)，校驗(yàn)期間由于校驗(yàn)轉(zhuǎn)子上加載孔大小會(huì)對(duì)校驗(yàn)準(zhǔn)確度構(gòu)成直接影響的緣故，所以檢測(cè)時(shí)要著重關(guān)注校驗(yàn)轉(zhuǎn)子上加載孔半徑大小，避免動(dòng)平衡機(jī)校驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。在遵循相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格開展各個(gè)流程環(huán)節(jié)校驗(yàn)工作，方可為儀器校驗(yàn)結(jié)果提供準(zhǔn)確性保障。

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