懸吊式平衡法在砂輪靜平衡中的應用

趙興仁，邵長春

(石油大學 石油工業訓練中心，山東 青島 266555)

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懸吊式平衡法在砂輪靜平衡中的應用

趙興仁，邵長春

(石油大學 石油工業訓練中心，山東 青島 266555)

摘要：磨床砂輪的平衡通常采用水平平衡架方法調整，采用該方法獲得的平衡精度主要取決于操作者的經驗，平衡方法不易掌握，操作費時費力，更重要的是砂輪軸與平衡架間存在一定的滾動摩擦阻力矩，如果平衡架水平精度低，摩擦阻力矩會更大且不可消除，嚴重影響砂輪的平衡。為了解決上述問題，研究了一種新方法——懸吊式平衡法，即用1根細鋼絲吊在砂輪的中心，如果砂輪是平衡的，砂輪端面應該是水平的；如果不平衡砂輪端面傾斜，用直角尺和百分表測量出傾斜的高度差，調節平衡塊消除這個高度差就可以使砂輪平衡。這種新方法根據尺子讀數調整，效果直觀、可靠，而且不涉及滾動摩擦阻力矩。經試驗證明，懸吊式平衡法具有精度高、效率高和易學好用的特點。

關鍵詞：懸吊式；靜平衡；直角尺；百分表；平衡架；靈敏度

所謂砂輪的靜平衡就是讓砂輪的回轉中心與它的質心重合。在工件的加工過程中,如果砂輪不平衡會造成振動，進而在工件的加工表面形成振紋。可見，砂輪的平衡質量將直接影響工件的加工質量和機床壽命[1]。

1砂輪靜平衡的精度

目前，現場靜平衡是利用水平平行軌平衡架(見圖1)進行調整，操作的方法為試湊法，即采用調節砂輪盤上的平衡塊逐步試湊砂輪的平衡。采用這種方法，不僅操作時間長，而且其靜平衡的精度也不高，另外還與操作者的熟練程度有關[2]。影響砂輪靜平衡精度的因素比較多，如水平儀的精度、平行導軌的加工精度和操作者的工作經驗等。當砂輪滾動時且在任何位置都能停轉，可以認為該砂輪已經平衡了；但事實并非如此，砂輪的平衡精度受平行導軌精度的影響比較大，如果砂輪的不平衡量過小，克服不了心軸與平行導軌的摩擦阻力，砂輪就會處于一種假平衡狀態，使用這種假平衡狀態的砂輪存在一定的安全隱患。為了保證砂輪達到真正平衡，應對砂輪平衡支架的靈敏度進行分析。

圖1　水平平行軌平衡架

靈敏度可以理解為平衡裝置在規定條件下能夠反應和指示工件不平衡的最小值。砂輪平衡架的靈敏度主要取決于心軸與支承間的滾動摩擦阻力矩的大小。滾動摩擦阻力矩越大，靈敏度就越低。從機械設計手冊上查出滾動摩擦阻力矩為平衡架的靈敏度，并給出砂輪平衡架的靈敏度M的計算公式為：

M=1 000fG

(1)

式中，M是平衡架裝置的靈敏度，單位為g·cm；G是工件及心軸、螺母的質量，單位為kg；f是心軸與支承間的滾動摩擦因數，單位為cm。

從式1可以看出，心軸、螺母的質量對砂輪的靈敏度有一定的影響，筆者用的心軸和螺母的總質量為1.26 kg，砂輪質量為25 kg。取G=26.26 kg，f=0.003 cm，代入式1，得到砂輪平衡架的靈敏度為M=78.78 g·cm；按照《砂輪靜平衡檢驗方法及不平衡數值》(GB 2492-1984)選平衡等級G2.5，由于砂輪平衡架的靈敏度是砂輪許用剩余不平衡量1.8 g·cm的43倍，因此僅憑經驗進行校正，理論上是達不到技術要求的，平衡出的砂輪不能使用[3]。

在這種情況下，不平衡的砂輪轉動時具有非常大的離心力，螺紋零件在磨削過程中經常會出現牙側表面波紋,即使采用左右面單向磨削也總是出現螺紋一個側面表面粗糙度較好而另一個側面不同程度地存在表面波紋缺陷；因此，砂輪平衡架基礎應堅實，使用前用精密水平儀校平[4]，提高砂輪的平衡精度，減少表面波紋缺陷的形成。

2懸吊式平衡法的精度

2.1懸吊式平衡法的原理

用1個細鋼絲把砂輪懸吊起來，如果砂輪是平衡的，它的質心和回轉中心線是重合的，這時砂輪法蘭盤表面應該是水平的；如果砂輪不平衡，質心會偏離回轉中心線，砂輪就會朝某一方向傾斜，調整3個平衡塊可以使砂輪處于水平狀態，這就是懸吊式平衡法。懸吊式砂輪靜平衡原理圖如圖2所示，它是立式平衡法的另一種形式[5]。

圖2　懸吊式砂輪靜平衡原理圖

2.2影響懸吊式平衡法精度的因素

影響砂輪平衡精度的因素有如下3個：1)要保證鋼絲吊在砂輪的幾何中心；2)心軸外錐面與砂輪法蘭盤的內錐孔配合好，質量要小；3)吊住砂輪的鋼絲盡可能細，并與心軸孔無間隙配合，心軸小孔與鋼絲在軸向的接觸長度為3 mm。

3懸吊式平衡法的調試

3.1鋼絲直徑的計算

懸吊式平衡架采用鋼絲吊住砂輪，鋼絲越細靈敏度越高，根據抗拉強度公式可以求出選用鋼絲的最小直徑。抗拉強度公式為：

Fb=σbsc

(2)

式中，Fb是試樣拉斷時所承受的最大力，單位為N；σb是材料在拉斷時承受的最大應力值，單位為N/mm2；sc是試樣原始橫截面積，單位為mm2。

由式2可以得到鋼絲直徑為：

(3)

筆者測試的外圓磨床砂輪質量為25 kg，計算得到鋼絲直徑為0.7 mm，其最大拉力為28 kg，大于砂輪質量，可以使用。

3.2懸吊式平衡法的調試

首先，將鋼絲穿入錐形心軸放入砂輪法蘭盤中，鋼絲固定在支架的絲杠上，吊砂輪的支架應牢固可靠不能松動，轉動手輪使絲杠上升，砂輪升降應平穩。

調整時給砂輪一個轉力，讓砂輪繞鋼絲隨意晃動，這時砂輪質心便繞鋼絲中心擺動。假設砂輪與心軸是完全平衡的，它們的質心應在自身的幾何中心線上，擺動停止時，由于重力的作用，質心將穩定在鋼絲中心所在的鉛垂線上，砂輪的法蘭盤上端面應該是水平的。如果砂輪相對于中心軸線有不平衡量存在，它的質心將偏離中心軸線。設砂輪的質量為m，質心偏心距為e，則不平衡量U=me，不平衡量產生的不平衡力矩M=Ug=meg，在不平衡力矩M的作用下，砂輪將繞鋼絲中心發生傾斜。

先目測砂輪底面與底座的平行度，找出高點和低點，將砂輪配重塊1放入高點A的相位，這時A點的位置有可能受配重塊的影響變為低點；再把配重塊2和3分別放在與配重塊1相位相反，且相差約150°的位置上，此時可以看到砂輪法蘭盤接近水平，否則就繼續調節配重塊2和3的位置；最后固定直角尺位置不變，使砂輪慢慢轉動，找出高低點用筆做上記號，微調配重塊使砂輪的高度差最小，砂輪大致平衡。

當平衡達到一定精度時，由于直角尺的測量精度低，想要再提高平衡精度比較困難。可以把平衡好的砂輪裝到磨床上修正外圓和端面，卸下砂輪用直角尺檢查一下，再采用百分表進行精校，精校時將表針壓入砂輪法蘭盤0.08 mm，轉動絲杠，手輪會壓著軸承帶動砂輪轉動，百分表指針轉動的刻度表示不平衡的高度差，根據表的最大、最小跳動量，微調配重塊或換用不同質量配重塊固定螺釘(作一些備用螺釘，使它們間的質量相差5 g)，砂輪轉動表針的跳動量<0.05 mm.這樣就精確地調整了砂輪的靜平衡。

3.32種平衡方法的對比試驗

筆者用水平平衡架將砂輪平衡到最佳狀態，再把平衡好的砂輪用懸吊法進行測試，目測發現砂輪的法蘭盤是水平的，用直角尺測量發現砂輪的最高點和最低點高度差>1 mm，筆者用懸吊法把這1 mm高度差平衡掉。把平衡好的砂輪重新放回到砂輪平衡支架，砂輪在任一點都能停轉，將砂輪水平旋轉180°，砂輪同樣可以在任一點都能停轉，比原來停轉的快且不晃動，說明懸吊法比砂輪平衡架的平衡精度更高。

4結語

工廠使用的砂輪平衡架有一定的滾動摩擦阻力矩，且不帶有讀數裝置，而心軸質量偏大，砂輪平衡架的靈敏度低，很難把砂輪的靜平衡調到理想狀態。懸吊式平衡法利用直角尺和百分表，依據測量的讀數進行校正平衡，沒有滾動摩擦阻力矩，具有平衡精度高、效率高和簡單易學的特點。在沒有條件進行動平衡的情況下，采用懸吊式平衡法是一個不錯的選擇，值得推廣應用。

參考文獻

[1] 路長厚，艾興. 國內外砂輪平衡技術發展狀況[J]. 磨床與磨削,1997(3):14-17.

[2] 丁敘生. 一種快速靜平衡砂輪的方法[J]. 機械制造,2002(3):40-41.

[3] 鄭州磨料磨具磨削研究所.GB 2492—1984砂輪靜平衡檢驗方法及不平衡數值[S].北京：中國標準出版社，1985.

[4] 高軍. 精密螺紋磨削常見問題及解決方法[J]. 新技術新工藝,2014(12):14-16.

責任編輯彭光宇

Suspension Balance Method in the Application of Grinding Wheel Static Balance

ZHAO Xingren，SHAO Changchun

(The University of Petroleum, Petroleum Industry Training Center， Qingdao 266555， China)

Abstract：The balance of the grinding wheel is adjusted by the level balance method. It can be considered that the grinding wheel is balanced. This method is not easy to grasp. The most important is that there is a certain rolling friction between the grinding wheel and the balance. In order to solve this problem, use suspension balance method which uses a thin wire hanging in the center of the wheel. If the wheel is balanced, the end face of the grinding wheel should be level; without balancing the end face of the grinding wheel will tilt, with square and dialgauge measuring the tilt of the height difference, adjust the balance to eliminate the height difference can make the grinding wheel balance. This new method has the direct and reliable adjustment according to the ruler reading, and there is no rolling friction resistance moment. The experiments prove that suspension balance method has high precision, high efficiency, easy to learn and easy to use.

Key words:suspension， static balance， square， indicator， balance， sensitivity

收稿日期：2015-04-20

作者簡介：趙興仁(1966-)，男，大學本科，工程師，主要從事機械制造、石油工業實訓和機械教育等方面的研究。

中圖分類號：TG 743

文獻標志碼:A