摘 要：結合棒材軋機減速機制造過(guò)程中高速軸動(dòng)平衡測試的實(shí)際，從動(dòng)平衡方法的選擇、許用剩余不平衡量的計算以及不平衡的校正等幾個(gè)方面進(jìn)行了討論，指出了在實(shí)際制造中根據工作轉速、轉子寬徑比選擇單面或雙面動(dòng)平衡，帶入最高工作轉速計算許用剩余不平衡量。在雙面動(dòng)平衡中向兩個(gè)校正面分配許用剩余不平衡量，并根據測試結果分別進(jìn)行校正。
關(guān)鍵詞：軋機減速機；剛性轉子；動(dòng)平衡；許用剩余不平衡量
在冶金行業(yè)中，旋轉機構有著(zhù)廣泛的應用，小到軸承、輥道，大到減速機軸系、軋機接軸，都依靠旋轉運動(dòng)承受或是傳遞載荷。伴隨著(zhù)工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，旋轉件的轉速、載荷也不斷增加，其制造標準要求也日益嚴苛。由于零件制造誤差、裝配誤差等原因，旋轉機構不可避免地會(huì )存在不平衡，使其在試驗或者實(shí)際運轉中產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲以及發(fā)熱。
當不平衡量過(guò)大，超出合理范圍時(shí)將導致異常的設備振動(dòng)與溫升，加劇軸承的磨損，縮短設備使用壽命。大量統計數據表明，由于不平衡過(guò)大導致的旋轉機械故障占比達 75%。尤其是對于鋼鐵企業(yè)，設備高速化、工況復雜化、工藝連續化的趨勢下，轉動(dòng)機構的故障不僅將造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至會(huì )導致人身傷害事故的發(fā)生。因此，減少轉動(dòng)機構的剩余不平衡量，保障其平穩運轉具有重大的實(shí)際意義。本文以棒材軋機減速機制造過(guò)程中高速軸動(dòng)平衡測試為例，討論了幾個(gè)容易出現的錯誤點(diǎn)與注意事項。
1? 軋機減速機軸系的動(dòng)平衡方法
棒材軋機減速機的高速軸工作轉速遠低于其一階臨界轉速，且滿(mǎn)足可以在一個(gè)或任意選定的兩個(gè)校正平面上，以低于轉子工作轉速的任意轉速進(jìn)行平衡校正，且校正之后，在最高工作轉速及低于工作轉速的任意轉速和接近實(shí)際的工作條件下，其不平衡量均不明顯地超過(guò)所規定的平衡要求”的條件，因此，通常將此類(lèi)減速機高速軸軸系視為剛性轉子。根據剛性轉子動(dòng)平衡的校正面只需一個(gè)或兩個(gè)歸納動(dòng)平衡方法，有二點(diǎn)法、三點(diǎn)法、施加質(zhì)量周移法、影響系數法等。其中影響系數法是一種廣泛應用于減速機制造業(yè)的動(dòng)平衡校正方法，其一般需要兩個(gè)校正平面，即把轉子的不平衡量向兩個(gè)矯正平面上簡(jiǎn)化，振動(dòng)系統的振動(dòng)響應是各個(gè)校正平面的不平衡量引起的振動(dòng)響應線(xiàn)性疊加，而各校正平面上單位不平衡量引起的振動(dòng)響應被稱(chēng)為影響系數（如圖1）。
圖1? 采用影響系數法的動(dòng)平衡測試
2? 單雙面動(dòng)平衡的選擇
用影響系數法對轉子進(jìn)行動(dòng)平衡校正 , 一般是根據轉子的寬徑比以及轉速確定是采用單面或雙面動(dòng)平衡。寬徑比是指轉子的寬度 (不包含軸的長(cháng)度) 除以轉子（齒輪）的直徑。單面動(dòng)平衡適用于轉子較短 , 轉子厚度較薄的薄盤(pán)類(lèi)零件 ,如單個(gè)齒輪、單齒輪低速軸系等只需在一個(gè)平面上加重或去重就能解決轉子的不平衡問(wèn)題。雙面動(dòng)平衡適用于轉速較高、寬徑比較大的情況。雙面動(dòng)平衡需要兩個(gè)校正面 , 對于齒輪軸系，一般采用齒輪端面或軸的非加工面作為校正面 , 大部分高速軸系的不平衡校正都是采用雙面動(dòng)平衡。參照表 1 可以判斷到底是使用單面動(dòng)平衡還是雙面動(dòng)平衡。
3? 許用剩余不平衡量的計算
轉子的許用剩余不平衡量是基于轉子自身外形尺寸、重量以及實(shí)際工作轉速的。軋機減速機的設計中平衡品質(zhì)級別G 通常取值 6.3。在計算軸系許用剩余不平衡量時(shí)，應將轉子的質(zhì)量、動(dòng)平衡等級和最高工作轉速等帶入公式（1）進(jìn)行計算。
根據所選的平衡等級 G，由公式（1）能夠得出許用剩余不平衡量 Uper
式中， Uper 為許用剩余不平衡量的數值，單位為克毫米（g·mm）；（eper×Ω）為選用的平衡品質(zhì)級別的數值，單位為毫米每秒（mm/s）；m 為轉子質(zhì)量，單位為千克（kg）；Ω 為工作轉速的角速度數值，單位為弧度每秒（rad/s），其中 Ω ≈ n/10，且工作轉速 n 的單位為轉每分（r/min）。在實(shí)際測試中，許多減速機廠(chǎng)家受限于平衡機的最高轉速，在對軸系進(jìn)行動(dòng)平衡試驗時(shí)的測試轉速比實(shí)際工作轉速低。對于可視為剛性轉子的軸系，在不同轉速下獲得的測試結果相差不大，因此，低于工作轉速進(jìn)行測試可以獲得較為準確的結果。但對作為判斷轉子動(dòng)平衡是否滿(mǎn)足設計要求的許用剩余不平衡量進(jìn)行計算時(shí)，不可帶入測試轉速進(jìn)行計算，即公式（1）中角速度 Ω（或轉速 n）一定為該減速機軸系的最高工作轉速，否則，會(huì )使得出的許用值出現嚴重偏差，將動(dòng)平衡不合格軸系被判為合格流出。此外，在上述計算中，角速度 Ω 或轉速 n 采用最高的工作轉速更為合理，帶入其設計最高轉速會(huì )使許用值 Uper 過(guò)于嚴苛，增加制造成本。
4? 許用剩余不平衡量向允差平面的分配
在雙面動(dòng)平衡試驗中，轉子在平衡機的兩個(gè)支撐面上以試驗轉速旋轉，最終得出的軸系的實(shí)際剩余不平衡量。若實(shí)際值小于許用值，則為合格，不需要進(jìn)行動(dòng)平衡校正，反之，則進(jìn)行去重或增重來(lái)校正。應注意的是，Uper 被定義為質(zhì)心平面內的總允差，對于所有雙面平衡的工件，總允差應分配到各允差平面，計算方法如下：
式中， Uper1 為支承面 1 上的許用剩余不平衡量；Uper2為支承面 2 上的許用剩余不平衡量；L1 為支承面1到質(zhì)心距離；L2為支承面2到質(zhì)心距離；L為兩支承面跨距。
5? 不平衡校正的問(wèn)題
圖2? 許用剩余不平衡量向允差平面的分配
在雙面動(dòng)平衡試驗中有兩個(gè)支撐面（如圖 2），其校正面相應也應該有兩個(gè)，才能保證在去重或增加配重后兩個(gè)面的實(shí)際剩余不平衡量小于各自的許用值。多數平衡機在測試前可手動(dòng)輸入各校正面的許用剩余量、設定校正方式，完成測試后平衡機會(huì )計算出校正平面內的實(shí)際剩余不平衡質(zhì)量以及相應位置，操作人員需據此結果與許用值進(jìn)行比較，判斷哪個(gè)平面需要校正，并根據平衡機給出的具體校正方法進(jìn)行去重或增重，如圖 3 所示。
圖 3? 雙面動(dòng)平衡測試結果及校正方法
6? 結語(yǔ)
本文結合棒材軋機減速機高速軸動(dòng)平衡測試的實(shí)際，從動(dòng)平衡方法的選擇、許用剩余不平衡量的計算以及不平衡的校正等幾個(gè)方面進(jìn)行了討論。
（1）對于棒材軋機減速機，其高速軸工作轉速遠低于其一階臨界轉速，可是為剛性轉子，采用影響系數法進(jìn)行校正。
（2）應根據軸系的轉速以及其寬徑比確定采用單面或雙面動(dòng)平衡。
（3）在進(jìn)行許用剩余不平衡量的計算中，應將軸系的最高工作轉速帶入公式計算，而非動(dòng)平衡的測試轉速或軸系最大設計轉速。
（4）在雙面動(dòng)平衡測試中，應將許用剩余不平衡量向兩個(gè)允差平面分配，求出各平面相應的許用值作為判斷合格與否的標準，不合格的根據結果分別進(jìn)行校正。
作者：
河鋼唐鋼新區特鋼項目部 張毅勃 張建李
河鋼唐鋼一鋼軋廠(chǎng) 楊叢龍
