懸吊式平衡法在砂輪靜平衡中的應(yīng)用

趙興仁，邵長春

(石油大學(xué) 石油工業(yè)訓(xùn)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(yīng)用

趙興仁，邵長春

(石油大學(xué) 石油工業(yè)訓(xùn)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(diào)整，采用該方法獲得的平衡精度主要取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)，平衡方法不易掌握，操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更重要的是砂輪軸與平衡架間存在一定的滾動(dòng)摩擦阻力矩，如果平衡架水平精度低，摩擦阻力矩會(huì)更大且不可消除，嚴(yán)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(xì)鋼絲吊在砂輪的中心，如果砂輪是平衡的，砂輪端面應(yīng)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(diào)節(jié)平衡塊消除這個(gè)高度差就可以使砂輪平衡。這種新方法根據(jù)尺子讀數(shù)調(diào)整，效果直觀、可靠，而且不涉及滾動(dòng)摩擦阻力矩。經(jīng)試驗(yàn)證明，懸吊式平衡法具有精度高、效率高和易學(xué)好用的特點(diǎn)。

關(guān)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(zhuǎn)中心與它的質(zhì)心重合。在工件的加工過程中,如果砂輪不平衡會(huì)造成振動(dòng)，進(jìn)而在工件的加工表面形成振紋?？梢姡拜喌钠胶赓|(zhì)量將直接影響工件的加工質(zhì)量和機(jī)床壽命[1]。

1砂輪靜平衡的精度

目前，現(xiàn)場靜平衡是利用水平平行軌平衡架(見圖1)進(jìn)行調(diào)整，操作的方法為試湊法，即采用調(diào)節(jié)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(shí)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(guān)[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(dǎo)軌的加工精度和操作者的工作經(jīng)驗(yàn)等。當(dāng)砂輪滾動(dòng)時(shí)且在任何位置都能停轉(zhuǎn)，可以認(rèn)為該砂輪已經(jīng)平衡了；但事實(shí)并非如此，砂輪的平衡精度受平行導(dǎo)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(dǎo)軌的摩擦阻力，砂輪就會(huì)處于一種假平衡狀態(tài)，使用這種假平衡狀態(tài)的砂輪存在一定的安全隱患。為了保證砂輪達(dá)到真正平衡，應(yīng)對(duì)砂輪平衡支架的靈敏度進(jìn)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(guī)定條件下能夠反應(yīng)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(dòng)摩擦阻力矩的大小。滾動(dòng)摩擦阻力矩越大，靈敏度就越低。從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊上查出滾動(dòng)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(jì)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(zhì)量，單位為kg；f是心軸與支承間的滾動(dòng)摩擦因數(shù)，單位為cm。

從式1可以看出，心軸、螺母的質(zhì)量對(duì)砂輪的靈敏度有一定的影響，筆者用的心軸和螺母的總質(zhì)量為1.26 kg，砂輪質(zhì)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(yàn)方法及不平衡數(shù)值》(GB 2492-1984)選平衡等級(jí)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(jīng)驗(yàn)進(jìn)行校正，理論上是達(dá)不到技術(shù)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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有非常大的離心力，螺紋零件在磨削過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)牙側(cè)表面波紋,即使采用左右面單向磨削也總是出現(xiàn)螺紋一個(gè)側(cè)面表面粗糙度較好而另一個(gè)側(cè)面不同程度地存在表面波紋缺陷；因此，砂輪平衡架基礎(chǔ)應(yīng)堅(jiān)實(shí)，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(gè)細(xì)鋼絲把砂輪懸吊起來，如果砂輪是平衡的，它的質(zhì)心和回轉(zhuǎn)中心線是重合的，這時(shí)砂輪法蘭盤表面應(yīng)該是水平的；如果砂輪不平衡，質(zhì)心會(huì)偏離回轉(zhuǎn)中心線，砂輪就會(huì)朝某一方向傾斜，調(diào)整3個(gè)平衡塊可以使砂輪處于水平狀態(tài)，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(gè)：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(nèi)錐孔配合好，質(zhì)量要小；3)吊住砂輪的鋼絲盡可能細(xì)，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(diào)試

3.1鋼絲直徑的計(jì)算

懸吊式平衡架采用鋼絲吊住砂輪，鋼絲越細(xì)靈敏度越高，根據(jù)抗拉強(qiáng)度公式可以求出選用鋼絲的最小直徑?？估瓘?qiáng)度公式為：

Fb=σbsc

(2)

式中，F(xiàn)b是試樣拉斷時(shí)所承受的最大力，單位為N；σb是材料在拉斷時(shí)承受的最大應(yīng)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(zhì)量為25 kg，計(jì)算得到鋼絲直徑為0.7 mm，其最大拉力為28 kg，大于砂輪質(zhì)量，可以使用。

3.2懸吊式平衡法的調(diào)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(yīng)牢固可靠不能松動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使絲杠上升，砂輪升降應(yīng)平穩(wěn)。

調(diào)整時(shí)給砂輪一個(gè)轉(zhuǎn)力，讓砂輪繞鋼絲隨意晃動(dòng)，這時(shí)砂輪質(zhì)心便繞鋼絲中心擺動(dòng)。假設(shè)砂輪與心軸是完全平衡的，它們的質(zhì)心應(yīng)在自身的幾何中心線上，擺動(dòng)停止時(shí)，由于重力的作用，質(zhì)心將穩(wěn)定在鋼絲中心所在的鉛垂線上，砂輪的法蘭盤上端面應(yīng)該是水平的。如果砂輪相對(duì)于中心軸線有不平衡量存在，它的質(zhì)心將偏離中心軸線。設(shè)砂輪的質(zhì)量為m，質(zhì)心偏心距為e，則不平衡量U=me，不平衡量產(chǎn)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(fā)生傾斜。

先目測砂輪底面與底座的平行度，找出高點(diǎn)和低點(diǎn)，將砂輪配重塊1放入高點(diǎn)A的相位，這時(shí)A點(diǎn)的位置有可能受配重塊的影響變?yōu)榈忘c(diǎn)；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(shí)可以看到砂輪法蘭盤接近水平，否則就繼續(xù)調(diào)節(jié)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(zhuǎn)動(dòng)，找出高低點(diǎn)用筆做上記號(hào)，微調(diào)配重塊使砂輪的高度差最小，砂輪大致平衡。

當(dāng)平衡達(dá)到一定精度時(shí)，由于直角尺的測量精度低，想要再提高平衡精度比較困難?？梢园哑胶夂玫纳拜喲b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(jìn)行精校，精校時(shí)將表針壓入砂輪法蘭盤0.08 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，手輪會(huì)壓著軸承帶動(dòng)砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)，百分表指針轉(zhuǎn)動(dòng)的刻度表示不平衡的高度差，根據(jù)表的最大、最小跳動(dòng)量，微調(diào)配重塊或換用不同質(zhì)量配重塊固定螺釘(作一些備用螺釘，使它們間的質(zhì)量相差5 g)，砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)表針的跳動(dòng)量<0.05 mm.這樣就精確地調(diào)整了砂輪的靜平衡。

3.32種平衡方法的對(duì)比試驗(yàn)

筆者用水平平衡架將砂輪平衡到最佳狀態(tài)，再把平衡好的砂輪用懸吊法進(jìn)行測試，目測發(fā)現(xiàn)砂輪的法蘭盤是水平的，用直角尺測量發(fā)現(xiàn)砂輪的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)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(diǎn)都能停轉(zhuǎn)，將砂輪水平旋轉(zhuǎn)180°，砂輪同樣可以在任一點(diǎn)都能停轉(zhuǎn)，比原來停轉(zhuǎn)的快且不晃動(dòng)，說明懸吊法比砂輪平衡架的平衡精度更高。

4結(jié)語

工廠使用的砂輪平衡架有一定的滾動(dòng)摩擦阻力矩，且不帶有讀數(shù)裝置，而心軸質(zhì)量偏大，砂輪平衡架的靈敏度低，很難把砂輪的靜平衡調(diào)到理想狀態(tài)。懸吊式平衡法利用直角尺和百分表，依據(jù)測量的讀數(shù)進(jìn)行校正平衡，沒有滾動(dòng)摩擦阻力矩，具有平衡精度高、效率高和簡單易學(xué)的特點(diǎn)。在沒有條件進(jìn)行動(dòng)平衡的情況下，采用懸吊式平衡法是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 路長厚，艾興. 國內(nèi)外砂輪平衡技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r[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(jī)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(yàn)方法及不平衡數(shù)值[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)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(shù)新工藝,2014(12):14-16.

責(zé)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(xué)本科，工程師，主要從事機(jī)械制造、石油工業(yè)實(shí)訓(xùn)和機(jī)械教育等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TG 743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A