高速小齒輪動(dòng)平衡技術(shù)研究

馬學(xué)宇

摘 要：通過對(duì)小齒輪動(dòng)平衡工藝的分析與研究，找到了動(dòng)平衡的影響因素，改善了平衡工藝方法，改進(jìn)了平衡工裝設(shè)備，確保了小齒輪動(dòng)平衡真實(shí)性、穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：動(dòng)平衡MSE；速度敏感性；EMAR；URR

1 概述

1.1 動(dòng)平衡關(guān)鍵因素

通過對(duì)動(dòng)平衡工藝過程的分析，總結(jié)出動(dòng)平衡影響關(guān)鍵因素。其因素分析，如圖1所示。

由平衡機(jī)規(guī)格進(jìn)行分析，支承重量和回轉(zhuǎn)直徑形成一個(gè)連續(xù)序列，可以滿足中小零件平衡要求。

1.2 檢定

按國標(biāo)GB4201-84規(guī)定，同時(shí)參考ISO 2953-1999，以8點(diǎn)法進(jìn)行校驗(yàn)。平衡轉(zhuǎn)子和試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照規(guī)范SAE ARP587B-1990 R1995、SAE ARP588B-1993、SAE ARP4050-2011、SAE ARP4048-2011等進(jìn)行，確保平衡機(jī)能夠獲得可靠數(shù)據(jù)。

1.3 典型零件要求

回轉(zhuǎn)直徑：49.5mm

長(zhǎng)度：53.6mm

重量：168.5g

平衡量：H1.15gmm J1.0gmm

從設(shè)計(jì)技術(shù)要求看，高速小齒輪對(duì)平衡精度要求較高，因此對(duì)其展開試驗(yàn)，確保平衡工藝能夠滿足要求。

2 平衡機(jī)速度敏感性試驗(yàn)

零件與平衡機(jī)本身的匹配狀態(tài)，需要通過試驗(yàn)確定。通過平衡機(jī)速度敏感性試驗(yàn)，可以確定最佳的平衡轉(zhuǎn)速。

運(yùn)行速度敏感性檢查確定最適宜速度的步驟如下：

（1）通過操作平衡機(jī)從900rpm開始，獲得零件2個(gè)平面的平衡數(shù)據(jù)（不平衡量和角度）。對(duì)升至2100rpm的各速度重復(fù)該操作，增量為200rpm。不平衡量和角度穩(wěn)定（變化值最小）的速度，之后將作為工件或MSE的運(yùn)行速度。

（2）將轉(zhuǎn)子放置在平衡機(jī)上，按速度做3次運(yùn)行（每個(gè)速度3個(gè)讀數(shù)）；每200rpm的增量進(jìn)行一次測(cè)量（900-2100rpm）。

（3）分下設(shè)置，重新設(shè)置平衡機(jī)，由第2個(gè)操作者重復(fù)步驟1。

（4）評(píng)估數(shù)據(jù)，確定大小和方位恒定的速度范圍。

由數(shù)據(jù)確定最穩(wěn)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)速為1200rpm。零件可在該轉(zhuǎn)速下獲得最穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)。

3 平衡機(jī)MSE試驗(yàn)

平衡機(jī)從其本質(zhì)上看是一種測(cè)量設(shè)備，因此，在平衡機(jī)測(cè)試過程中，需要通過MSE（測(cè)量系統(tǒng)誤差）試驗(yàn)來對(duì)平衡機(jī)的系統(tǒng)誤差狀態(tài)進(jìn)行分析，獲得平衡機(jī)平衡能力的初始信息。平衡機(jī)MSE試驗(yàn)按如下程序進(jìn)行。

3.1 在平衡機(jī)上安裝零件

（1）定位平衡用基準(zhǔn)，確保前后平面定置正確。

（2）檢查驅(qū)動(dòng)零件的帶子或o型環(huán)緊度。緊度應(yīng)保證零件獲得需要的旋轉(zhuǎn)速度，不能過緊或過松，帶子不能滑動(dòng)。

（3）弄直輥?zhàn)樱ㄆ叫袡z查），檢查垂直支承，弄平零件——使零件可以在軸向自由移動(dòng)——向左或向右。支承輥?zhàn)拥囊欢耍ㄗ蠡蛴遥┛梢越佑|轉(zhuǎn)子——支承輥?zhàn)拥膬啥嗽谄胶獠僮鬟^程中不能同時(shí)接觸轉(zhuǎn)子。

（4）在平衡機(jī)上安裝零件，輸入設(shè)置參數(shù)（線性尺寸英寸或毫米）——a，b，c，r1，r2——尺寸“b”在工藝規(guī)程中給出。尺寸“a”和尺寸“c”在實(shí)體可能的情況下，應(yīng)越小越好。尺寸“r1”和“r2”可以是1或按工藝規(guī)程。

（5）輸入：平衡公差（克-毫米或盎司.英寸）和期望平衡速度按RPM。該零件平衡公差前平面為0.0016盎司.英寸（1.15克-毫米），后平面為0.0014盎司.英寸（1.01克-毫米）。

（6）平衡切除表面的圓滑應(yīng)按工藝規(guī)程或按圖紙引用的工藝文件中對(duì)表面狀態(tài)的規(guī)定（該零件按SC6500）。

（7）帶子所在的滑輪的尺寸差，對(duì)工作件應(yīng)為10%或更多。這是為了保證只有一個(gè)項(xiàng)目在期望平衡速度下旋轉(zhuǎn)（RPM）。

（8）調(diào)速標(biāo)記，使用3M-7610帶子，應(yīng)越小越好。

（9）調(diào)速光線（轉(zhuǎn)速計(jì)）應(yīng)在大約45°方向，俯視調(diào)速帶。

（10）末端支承應(yīng)適當(dāng)涂油，使之能夠自由旋轉(zhuǎn)。

（11）平衡機(jī)上的輥?zhàn)虞S承應(yīng)有適合的凸面，應(yīng)涂適當(dāng)稀釋的機(jī)器潤(rùn)滑油。

（12）驅(qū)動(dòng)帶應(yīng)壓在平衡體遠(yuǎn)離的表面，因此建議帶子用齒輪或空氣驅(qū)動(dòng)。

3.2 平衡檢查運(yùn)行

按第1部分安裝后，旋轉(zhuǎn)零件，轉(zhuǎn)速從50到100rpm漸變。此時(shí)，進(jìn)行檢查，保證零件完全水平，且不會(huì)在軸向移動(dòng)。保證帶子緊度，松緊適度，且不會(huì)與零件發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。

3.3 按MSE指導(dǎo)文件進(jìn)行MSE

（1）將第1個(gè)零件放置在平衡機(jī)上，測(cè)量2個(gè)平面的不平衡量，記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)此操作一次。

（2）在前平面增加試重（0.2克），即在花鍵倒角內(nèi)圓左端，角度按步驟（1）前平面不平衡量測(cè)量。測(cè)量2個(gè)面的不平衡，然后記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)此操作一次。

（3）由前平面去除重量，然后測(cè)量試重，以確認(rèn)步驟（2）沒有損失重量。如果測(cè)量的試重小于0.2克，清理花鍵前平面，以保證沒有留下殘留重量。

（4）在后平衡平面增加0.2克試重，即在花鍵倒角內(nèi)圓右端，角度按步驟（1）后平面不平衡量測(cè)量。測(cè)量2個(gè)面的不平衡，然后記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)此操作一次。

（5）由后平面去除重量，然后測(cè)量試重，以確認(rèn)步驟（4）沒有損失重量。如果測(cè)量的試重小于0.2克，清理花鍵后平面，以保證沒有留下殘留重量。

（6）測(cè)量2個(gè)平面的不平衡，然后記錄數(shù)據(jù)，重復(fù)此操作一次。

按程序重復(fù)多輪試驗(yàn)，數(shù)據(jù)表明：零件平均變形量為2.389，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子平均變形量為0.34。下面我們分析工裝對(duì)動(dòng)平衡的影響。

標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子距離為4mm，剛度CΡ與材料厚度關(guān)系為：

CΡ=a×b×h（2～3）其中

a為長(zhǎng)度

b為寬度

h為厚度

標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子變形力：CΡ=F/X=3.25（kg）×9.8（m/s2）/0.34

=93.68（N/mm）

F為引起變形力（3.25kg）

X為變形量（0.34）

因?yàn)檠a(bǔ)償工裝端面跳動(dòng)引起的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子最大軸原始變形力為：

F=93.68（N/mm）×0.15mm=14.052N

M=F×L=14.052（N）×130（mm）/2=0.913（N·m）

不平衡量產(chǎn)生的離心力為：

MU=FU×L=6.021763（N）×300（mm）=1.806（N·m）

ω為角速度、U為不平衡量

得出因?yàn)楣ぞ呗?lián)軸節(jié)剛度和發(fā)蘭盤端面跳動(dòng)引起的不平衡量最大占總不平衡量的50%。

計(jì)算結(jié)果表明：降低工裝剛度為原來的1/10（實(shí)際平衡機(jī)軸承連接剛度），不平衡量影響降低為5%。

消除工裝、平衡機(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)帶來的不平衡量：為了消除工具、平衡機(jī)旋轉(zhuǎn)對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響，自制的工裝與零件連接的孔的位置度為φ0.01mm，同時(shí)平衡機(jī)的CAB630系統(tǒng)擁有自身旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)補(bǔ)償功能，能夠?qū)⑵胶鈾C(jī)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和工具的不平衡量補(bǔ)償?shù)簦瑥亩斯ぞ摺⑵胶鈾C(jī)旋轉(zhuǎn)對(duì)動(dòng)平衡結(jié)果的影響。

4 結(jié)束語

由試驗(yàn)得出，導(dǎo)致動(dòng)平衡不平衡量測(cè)量誤差的因素，主要包括三個(gè)類型。第一個(gè)要求是，平衡機(jī)必須有能力正確測(cè)量當(dāng)在任一平衡面增加一個(gè)已知重量時(shí)不平衡量的變化。以此校驗(yàn)平衡機(jī)的設(shè)置。第二個(gè)要求是，不平衡量測(cè)量的可重復(fù)性。測(cè)量不應(yīng)受到以下因素的顯著影響：時(shí)間，設(shè)置，操作者，心軸/組件，平衡機(jī)，等等。即使設(shè)置正確、測(cè)量具有可重復(fù)性，不平衡量的測(cè)量也不正確，除非零件正確安裝在作用約束面，即發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)確定零件旋轉(zhuǎn)中心線的面。

另外，嚴(yán)格按照規(guī)范，進(jìn)行平衡機(jī)的EMAR試驗(yàn)和URR試驗(yàn)，找出平衡機(jī)本身的不確定因素，也是確保平衡機(jī)平衡數(shù)據(jù)真實(shí)穩(wěn)定的關(guān)鍵。

以上試驗(yàn)獲得完整數(shù)據(jù)，通過分析與研究，找到了動(dòng)平衡的影響因素，改善了平衡工藝方法，改進(jìn)了平衡工裝設(shè)備，同時(shí)也獲得了可以提升動(dòng)平衡技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。