子課題1振動和噪聲的檢測

一、機(jī)械振動的檢測及控制途徑

1．振動的產(chǎn)生及影響人們利用振動可以作一些有用的工作，同時振動對于人類又存在有害的一面，它會造成機(jī)械設(shè)備正常工作的破壞，影響工作精度、降低工作可靠性。振動動載又會加速機(jī)械失效，造成事故、降低壽命。對工作機(jī)械的振動應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)，如對機(jī)械提出振級、噪聲要求，對機(jī)械設(shè)計要提出抗振的要求等。振動的基本類型有三種：自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動。

（1）強(qiáng)迫振動它是一種由于外界周期性干擾力的作用而引起的不衰減振動，如圖3-3-1所示。圖3-3-1強(qiáng)迫振動示例

1）強(qiáng)迫振動的振源。強(qiáng)迫振動的振源可來自機(jī)械的內(nèi)部，稱機(jī)內(nèi)振源，也可來自機(jī)械的外部，稱機(jī)外振源。機(jī)外振源有機(jī)床、鍛壓設(shè)備、火車、汽車等通過地基傳給機(jī)床的振動。機(jī)內(nèi)振源有如下幾種：①機(jī)械各個電動機(jī)的振動。②機(jī)械回轉(zhuǎn)零部件的不平衡。③運動傳遞過程中引起的振動。④往復(fù)部件的沖擊。⑤液壓傳動系統(tǒng)的壓力脈動。⑥切削時的沖擊振動，切削負(fù)荷不均所引起切削力的變化而導(dǎo)致的振動等。2）強(qiáng)迫振動的主要特點：①在外界干擾力的作用下產(chǎn)生。②強(qiáng)迫振動的頻率總是與外界干擾力的頻率相同。③強(qiáng)迫振動的振幅大小在很大程度上，決定于干擾力的頻率與系統(tǒng)固有頻率的比值。當(dāng)這一比值等于或接近于1時，振幅將達(dá)到最大值。這種現(xiàn)象稱為“共振”。④強(qiáng)迫振動的振幅大小還與干擾力、系統(tǒng)剛度系數(shù)及其阻尼系數(shù)有關(guān)。（2）自激振動自激振動是按照系統(tǒng)的固有頻率進(jìn)行的不衰減的振動。自激振動的特點是：1）自激振動是一種不衰減的振動。2）自激振動的頻率等于或接近等于系統(tǒng)的固有頻率。

3）自激振動能否產(chǎn)生以及振幅的大小，決定于每一振動周期內(nèi)系統(tǒng)所獲得的能量與所消耗的能量的對比情況。2．振動測試的內(nèi)容（1）對振動物體基本振動參數(shù)的測試（2）振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析機(jī)械結(jié)構(gòu)的響應(yīng)有位移、速度、加速度，所以其定義有下列三種：位移阻抗=力/位移，又稱動剛度，其倒數(shù)稱動柔度；速度阻抗=力/速度，又稱機(jī)械阻抗，其倒數(shù)稱機(jī)械導(dǎo)納；加速度阻抗=力/加速度，又稱表現(xiàn)質(zhì)量，其倒數(shù)稱為慣性率。

（3）振動信號的分析和處理對振動所檢測出的信號進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理，從中提取人們所需要的、有用的信息。所謂“振型”常需進(jìn)行測定，以找出動態(tài)下的薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)。進(jìn)行這方面的測試實驗系統(tǒng)如圖3-3-2所示。

圖3-3-2振動測試系統(tǒng)組成框圖3．振動測試方法和儀器簡介振動的測試首先是要測出振動的基本參量，其中最重要的是振動位移、速度和加速度中任一種的時域波形，其他參量是在此測出的原始信號基礎(chǔ)上導(dǎo)出的參量。振動位移的測量可用各種位移傳感器，也可用光學(xué)的方法如用讀數(shù)顯微鏡、光波干涉法等。振動速度的測量一般采用磁電式速度傳感器。振動加速度的測量主要是利用各種形式的加速度計，最常用的有應(yīng)變式、壓電式等。由傳感器輸出的信號，經(jīng)電子放大器放大，能通過測振儀的電表指針或熒光屏顯示出來，或通過記錄設(shè)備將信號記錄下來。

4．振動試驗和分析儀器簡介為了測得在一定的激勵下機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性，可在機(jī)械工作狀態(tài)下測量其動態(tài)響應(yīng)，然后進(jìn)行分析。（1）激振類型和激振器機(jī)械工程中常用的激振方法有以下幾種：1）正弦激振。激振力的變化是一簡諧波形，這種方法又可分為點頻法和掃頻法。2）瞬態(tài)激振。最常用的是沖擊激振，這種方法是以一帶有力傳感器的重錘敲擊被測機(jī)械系統(tǒng)，然后測定各點響應(yīng)。錘擊信號的波形近似于半正弦脈沖如圖3-3-3所示。圖3-3-3半正弦脈沖及其頻譜

3）隨機(jī)激振。為了將所需的激振信號變?yōu)榧ふ窳κ┘拥奖粶y機(jī)械系統(tǒng)上，需使用各種激振器。激振器常用的有電動式、電磁式、電液式等，如圖3-3-4，圖3-3-5，圖3-3-6。圖3-3-4電動式激振器1-頂桿2-可動線圈支架3-支承彈簧4-磁極5-可動線圈6-勵磁線圈7-殼體

圖3-3-5電磁式激振器1-底座2-鐵心3-勵磁線圈4-力檢測線圈5-銜鐵6-位移傳感器

圖3-3-6電液式激振器1-頂桿2-活塞3-電液伺服閥（2）振動分析及儀器在振動試驗中，利用激振系統(tǒng)對被測系統(tǒng)激振后，再用振動測試儀器測得機(jī)械系統(tǒng)上各不同測點的響應(yīng)信號。進(jìn)行信號頻域處理的儀器有頻譜分析儀，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)響應(yīng)分析的儀器有傳遞函數(shù)分析儀。5．消除或減小振動的方法和途徑（1）查找振源（2）減小或消除振源的激振力（3）隔振（4）提高系統(tǒng)的動剛度及阻尼（5）改變工藝參數(shù)（6）使用減震器和阻尼器二、噪聲的檢測和消除

1．噪聲的概念凡是令人煩惱、討厭、刺激、分散注意力、影響工作和休息的聲音都叫噪聲。（1）聲壓和聲壓級空氣中的聲波使空氣時而變密，時而變疏。空氣變密，壓強(qiáng)就增高，空氣變疏，壓強(qiáng)就降低。即聲波使大氣壓產(chǎn)生起伏，這個起伏部分，即超過靜態(tài)大氣壓的量稱為聲壓，聲壓的單位是帕（Pa）。人們用一個成倍比關(guān)系的對數(shù)量—聲壓級Lp來表示聲音的大小，其單位為分貝（dB）。

式中Po—基準(zhǔn)聲壓（2×10-5Pa）；P—聲壓（Pa）；Lp—聲壓級（dB）。由上式可知，聽閾的最低聲壓級為0dB，痛閾的聲壓級為120dB。這樣，就把聲壓的數(shù)百萬倍的變化范圍，改變?yōu)?～120dB的變化范圍。dB反映的是比值，沒有單位。（2）聲壓級的疊加必須按對數(shù)法則進(jìn)行運算。為了便于計算，人們把聲壓級的疊加做成曲線如圖3-3-7所示。利用曲線圖可以直接查出聲壓級的和。圖3-3-7分貝和增值圖（3）響度級及計權(quán)網(wǎng)絡(luò)人耳對高頻的聲音感覺靈敏，對低頻的聲音感覺遲鈍。根據(jù)人耳的這個特性，仿造聲壓級的概念，引出了一個與頻率有關(guān)的響度級，單位為“方”。就是選取1000Hz的純音作為基準(zhǔn)聲音，若某個噪聲聽起來與該純音一樣響，則該噪聲的響度級（方）就等于這個純音的聲壓級（dB）。為了使聲音的客觀量和人耳聽覺主觀感受近似的取得一致，在測量噪聲的聲級計中設(shè)置了A、B、C三種頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，使所接收的聲音按不同程度慮波，以修正儀器的頻率響應(yīng)，如圖3-3-8所示。圖3-3-8計權(quán)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)（4）噪聲的頻譜為了解某噪聲源的噪聲特性，就需詳細(xì)地分析它的各個頻率成分和相應(yīng)的強(qiáng)度，稱頻譜特性。耳能聽到的聲音頻率范圍一般介于20～20000Hz之間，有1000倍的變化范圍。為測量和分析方便，把寬廣的聲波頻率范圍分成幾個頻段，稱頻帶或頻程。對于每一頻帶或頻程都有上下兩個截止頻率，上下截止頻率之差就是頻帶寬度，簡稱帶寬。由上下截止頻率決定的中間區(qū)域稱為通帶。上下截止頻率比是2:1的頻程，叫倍頻程，每一倍頻程的通帶稱為倍頻帶。有時為了得到比倍頻程更詳細(xì)的頻譜，也用1/3倍頻程，即把一個倍頻程分為三份。目前常用的倍頻程和1/3倍頻程的頻段見表3-3-1。以各倍頻程的中心頻率為橫坐標(biāo)，以測得的倍頻帶聲壓級為縱坐標(biāo)，就可得出倍頻程聲壓級與中心頻率的關(guān)系圖—頻譜圖，就可對噪聲進(jìn)行頻譜分析。表3-3-1倍頻程和1/3倍頻程

2．機(jī)床噪聲的測量（1）噪聲測量儀器噪聲測量中最簡單、最常用的是便攜式聲級計。它體積小、重量輕、用電池供電、便于攜帶，不僅可以單獨測量聲壓級和聲級，而且還可以和相應(yīng)地儀器或部件配套進(jìn)行頻譜分析。聲級計的外形如圖3-3-9所示。圖3-3-9聲級計外觀圖聲級計一般分普通聲級計和精密聲級計兩種。普通聲級計的測量誤差約為±3dB，精密聲級計約為±1dB。聲級計由傳聲器、放大器、衰減器、頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)及有效值指示表頭組成，有的還帶有倍頻程濾波器組合成測聲儀，除了可測量聲壓級和聲級外，還可用來對聲音進(jìn)行頻譜分析。利用聲級計的A、B、C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲級讀數(shù)，可以粗略地估計所測噪聲的頻率特性；當(dāng)LA=LB=LC時，噪聲在高頻段占優(yōu)勢；當(dāng)LA＜LB=LC時，噪聲在中頻段占主要成分；當(dāng)LA＜LB＜LC時，噪聲呈低頻特性。聲級計的表頭讀數(shù)為有效值，也叫均方根值。表頭阻尼特性分快慢兩擋，如果噪聲不隨時間起伏，則用快擋進(jìn)行讀數(shù)。當(dāng)快擋測量的噪聲起伏大于±3dB時應(yīng)換用慢擋，這時可讀出不穩(wěn)定噪聲在一段時間的平均值。（2）機(jī)床噪聲測試的目的和內(nèi)容測試的目的是按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢查機(jī)床的噪聲。測量的內(nèi)容包括兩個方面：1）機(jī)床噪聲聲壓級的測量。2）機(jī)床噪聲的頻譜分析。

（3）測量方法1）測量前的儀器準(zhǔn)備。①電池供電電壓檢查。②儀器使用前的示值校正。如圖3-3-10所示。圖3-3-10活塞發(fā)聲器外形將儀器的“計權(quán)網(wǎng)絡(luò)”開關(guān)置于“線性”位置，將輸出衰減器旋鈕（面板上的透明旋鈕）順時針旋到底，使旋鈕上的兩條界限指示線（紅線）對準(zhǔn)面板上的固定指示線，輸入衰減器旋鈕（黑色旋鈕）上120dB刻線對準(zhǔn)面板固定指示線，并在兩紅線之間（圖3-3-11）。將活塞發(fā)生器緊密地套在儀器傳聲器的頭上，推開活塞發(fā)聲器開關(guān)至“通”位置，用旋具調(diào)節(jié)輸入放大量“▼”電位器，使電表讀數(shù)為+4dB。關(guān)閉并取下活塞發(fā)聲器，聲級計校正完畢。圖3-3-11儀器示值校正時的旋鈕位置

2）測量條件規(guī)定①測量環(huán)境。為使周圍環(huán)境對被測結(jié)果無明顯影響，本底噪聲級至少應(yīng)該比所測機(jī)床噪聲低10dB以上。否則，測量結(jié)果應(yīng)按圖3-3-12修正。②測點位置。③設(shè)備狀態(tài)。機(jī)床噪聲的測量一般是在空運轉(zhuǎn)情況下進(jìn)行，但有時也有必要在負(fù)荷情況下測量。3）聲壓級的測量。4）聲級的測量。5）聲音的頻譜分析。圖3-3-12本底噪聲影響的修正3．降低噪聲的途徑（1）噪聲來源噪聲主要來自下列三個方面。1）機(jī)械噪聲。2）流體噪聲。3）電磁噪聲。（2）降低噪聲的途徑1）消除和減小機(jī)械振動。2）吸聲。

3）隔聲。4）消聲。三、振動檢測試驗1．試驗項目（1）用振動計對一臺外圓磨床進(jìn)行空運轉(zhuǎn)振動試驗，測定砂輪架、頭架、尾座、工作臺的振幅值和頻率，找出主要振源。步驟為：1）在砂輪架、頭架、尾座、工作臺的水平及垂直部位均設(shè)置一個測點。2）在靜止?fàn)顟B(tài)下測出各點水平、垂直方向的振幅值及頻率。3）開啟油泵電動機(jī)，測出在此狀態(tài)下的振幅值及頻率。4）同時開啟油泵電動機(jī)及頭架電動機(jī)，測出在此狀態(tài)下的振幅值及頻率。5）同時開啟油泵電動機(jī)及砂輪電動機(jī)（砂輪不轉(zhuǎn)），測出在此狀態(tài)下的振幅值及頻率。6）電動機(jī)全開砂輪轉(zhuǎn)，測出在此狀態(tài)下的振幅值及頻率。7）對以上實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出主要振源，并判斷產(chǎn)生原因。（2）對某部機(jī)床進(jìn)行激振試驗，求系統(tǒng)的固有頻率。（3）對某切削振動進(jìn)行分析，提出控制途徑。

2．要求寫出試驗步驟，試驗結(jié)果及分析報告。

3．試驗的注意事項（1）進(jìn)行空運轉(zhuǎn)振動試驗時，要注意機(jī)外振源的影響（2）在進(jìn)行激振試驗之前，應(yīng)詳細(xì)地閱讀所用儀器的使用說明書，按照要求選擇激振的方式和參數(shù)。四、噪聲檢測試驗

1．試驗項目（1）選擇一臺機(jī)床用測聲儀進(jìn)行聲壓級和聲級的測試，確定機(jī)床主軸在各級轉(zhuǎn)速下的噪聲值。（2）在最大噪聲的轉(zhuǎn)速下，測出倍頻程各頻段的噪聲值，然后以各倍頻程頻段為橫坐標(biāo)，以測得的各頻段聲壓級為縱坐標(biāo)，繪出噪聲頻譜圖。（3）按機(jī)床傳動系統(tǒng)圖列出在最大噪聲轉(zhuǎn)速下的機(jī)床傳動路線，先計算出此時各級傳動齒輪的轉(zhuǎn)速，然后計算出嚙合頻率，列出表格。傳動齒輪的嚙合頻率f可根據(jù)齒輪轉(zhuǎn)速n和齒數(shù)z由下式計算：

（4）將齒輪嚙合頻率表與噪聲頻譜圖作對照分析，找出最大噪聲源。

2．要求（1）寫出試驗報告。（2）提出降低或減小噪聲的有效方法。子課題2高速轉(zhuǎn)軸的動平衡

機(jī)械設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)零部件，由于材料內(nèi)部組織密度不均勻，形狀不對稱或制造、裝配誤差等原因，在旋轉(zhuǎn)時其重心位置與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，在高速旋轉(zhuǎn)時由于重心偏移（簡稱偏重）將產(chǎn)生一個很大的不平衡離心力。離心力將通過軸承或軸作用到機(jī)械及基礎(chǔ)上，引起劇烈振動，產(chǎn)生噪聲，加速軸和軸承的磨損，使其精度降低，縮短了機(jī)械的壽命，嚴(yán)重時，能造成破壞性事故。因此工程中常需對回轉(zhuǎn)體零部件進(jìn)行平衡。一、動平衡1．動不平衡概念旋轉(zhuǎn)體上不平衡量所產(chǎn)生的離心力如果形成力偶，則旋轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時不僅會產(chǎn)生垂直于旋轉(zhuǎn)軸線方向的振動，還要產(chǎn)生使軸線傾斜的振動。通俗地講就是將使旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生擺動，這種不平衡稱為動不平衡。

2．動平衡的基本力學(xué)原理如圖3-3-13所示。在兩個校正面上進(jìn)行平衡校正，就能使不平衡的轉(zhuǎn)子獲得動平衡。低速動平衡的平衡轉(zhuǎn)速較低，通常為150～500r/min；而高速動平衡的平衡轉(zhuǎn)速則較高，通常要在旋轉(zhuǎn)件的工作轉(zhuǎn)速下進(jìn)行動平衡。

圖3-3-13動平衡的力學(xué)原理

3．動平衡的方法（1）平衡機(jī)法1）框架式平衡機(jī)。圖3-3-14所示。圖3-3-14框架式平衡機(jī)的原理

框架式平衡機(jī)的不平衡度及其相位的測定方法有光學(xué)法、電磁法、機(jī)械法。圖3-3-15所示為光學(xué)法原理圖。圖3-3-15光學(xué)法原理1-光源2-轉(zhuǎn)盤3-孔4-毛玻璃5-反光鏡

2）電子動平衡機(jī)。圖3-3-16所示。圖3-3-16電子動平衡機(jī)1-被測零件2-彈性支架3-閃光燈4-不平衡量指示儀器5-線圈6-開關(guān)

（2）現(xiàn)場平衡法圖3-3-17所示為現(xiàn)場平衡的原理圖。

圖3-3-17現(xiàn)場平衡原理a）現(xiàn)場裝置b）振動記錄1-轉(zhuǎn)軸2-渦流傳感器3、4-加速度傳感器L-通帶濾波器S-存儲示波器AL-左側(cè)測出的振幅AR-右側(cè)測出的振幅整個現(xiàn)場平衡過程可分為如下三個步驟：1）測出轉(zhuǎn)子在原始失衡狀態(tài)下左右側(cè)面上各自的振幅和相角。2）在左側(cè)面上加一個試驗配置，重新測出兩側(cè)面上各自的振幅和相角。3）取下左側(cè)面上所加的試驗配重，在右側(cè)面上加一試驗配重，再測出兩側(cè)面上各自新的振幅和相角。經(jīng)過適當(dāng)運算，即可確定左右兩個側(cè)面上應(yīng)施加的配重的正確位置和大小。

4．動平衡的調(diào)整動平衡的調(diào)整是依據(jù)測振儀器測出的幅值和相位，再通過一定的計算來調(diào)整旋轉(zhuǎn)體的不平衡量的大小和位置。用周移配重法調(diào)整動平衡比較實用，一般工作現(xiàn)場也可以做。例如，有一通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子需要調(diào)整動平衡，先在工作轉(zhuǎn)速下用海綿振動斗測出通風(fēng)機(jī)軸承中的最大振幅SA，則在這一端的輪盤上畫上一個配重圓，如圖3-3-18所示。圖3-3-18周移配重法配重圓把圓周分成若干等份（6等份），并按順序編號，然后按經(jīng)驗公式近似地求出配重量W

（單位為N），則：式中SA—未加配重時的最大初振幅，mm；

G—轉(zhuǎn)子重，N； .

D—配重圓直徑，mm；

n—轉(zhuǎn)子公稱轉(zhuǎn)數(shù)，r/min。將求得的配重重量W，用硬金屬和可卸方法固定在圓周“1”上（橡皮泥也可以），啟動轉(zhuǎn)子，記下振幅S1，同理，依次將W移至其余各點，分別測出振幅S2、S3、…、Si，最后取下W。根據(jù)測得的振幅記錄，以振幅S為縱坐標(biāo)，配重圓周等分點為橫坐標(biāo)，在直角坐標(biāo)上繪制一光滑曲線，如圖3-3-19所示。若測量正確，此曲線便為正弦曲線，且Smax和Smin應(yīng)在轉(zhuǎn)子直徑的對稱位置上。若用加重法，則在用減重法，則在Smin(M點）上配平衡重量W，若用減重法，則在Smax=（K點）上除去配平衡重量W。試加重試驗做完后，再作平衡配重P1。先求平均振幅Sp：

圖3-3-19平衡配重與振幅圖當(dāng)SP≤SA時：當(dāng)SP＞SA

時：將若干塊比P1稍大或稍小的P1、P2、P3、…、Pi，逐塊輪流加在圖3-3-18中的M

點位置上，并測出各個配重時的相應(yīng)振幅S1、S2、S3、…、Si，然后繪制出如圖3-3-19所示的平衡配重與振幅圖，如果曲線上的最大振幅Smax小于給定要求，則已達(dá)到平衡精度。如果在另一端也要找動平衡時，另一端也按此程序反復(fù)操作，一直到兩端振幅都符合要求為止?！纠}】：若已知通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子重量G=50000N，配重圓直徑D=1000mm，轉(zhuǎn)速n=3000r/min,初振幅SA=0.32mm。用周移配重方法找出不平衡重量和振幅值。解：按經(jīng)驗公式，試配重量為：將試加重量置于各點后，所測得振幅如圖3-3-19（此圖就是按本題繪制的）所示，找到Smin=0.08mm，Smax=0.48mm，于是平均振幅為：SP≤SA，所以平衡配重F1為：取F2=0.5N、F3=0.52N、F4=0.54N、F5=0.58N、F6=0.6N、F7=0.62N，測得的振幅S1—Si繪于圖3-3-20中。從圖中求得兩直線交點配重為0.55N和振幅0.04mm，即為所得結(jié)果，然后將0.55N加于M點上，重新驗證其振幅是否符合精度要求。圖3-3-20周移配重的振幅曲線二、平衡精度平衡精度是指轉(zhuǎn)子從原來的不平衡狀態(tài)經(jīng)過平衡調(diào)整所達(dá)到的平衡優(yōu)良程度。轉(zhuǎn)子經(jīng)過調(diào)整平衡后是做不到絕對平衡的，總還存在一些剩余不平衡量，平衡精度就是指這個剩余不平衡量允許存在的大小值。平衡精度一般有以下兩種表示方法：

1．許用剩余不平衡力矩MM=TR=We式中T—剩余不平衡量，g；R—剩余不平衡量所在的半徑，mm；W—旋轉(zhuǎn)件質(zhì)量，g；e—旋轉(zhuǎn)件重心偏心距，mm。表3-3-2所列為幾種不同旋轉(zhuǎn)體的許用不平衡力矩。

2．許用偏心速度Ve所謂偏心速度，就是指旋轉(zhuǎn)體在重心的振動速度，即：

式中Ve—偏心速度，mm/s；e—重心偏心距，mm；w—旋轉(zhuǎn)體角速度，表3-3-3所列為根據(jù)許用偏心速度規(guī)定的平衡精度等級以及應(yīng)用參考。

3．平衡精度等級許用偏心速度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織推薦的，以重心C點旋轉(zhuǎn)時的線速度eω為平衡精度的等級，記為平衡精度等級G，單位是mm/s，并以G的大小作為精度等級標(biāo)號，精度等級之間的公比為2.5，共分為G4000、G1600、G630、G250、G100、G40、G16、G6.3、G2.5、Gl、G0.4共十一級，G0.4等級最高，G4000為最低。對于單面平衡的旋轉(zhuǎn)體來說，其許用值取表中的數(shù)值，雙面平衡的旋轉(zhuǎn)體，當(dāng)軸向?qū)ΨQ或近似對稱時，取表中數(shù)值的1/2。當(dāng)軸向不對稱時，則根據(jù)轉(zhuǎn)子重量沿軸向的分布情況來決定許用值的分配。從平衡精度G=eω來看，若已知G、e或ω中的兩個參數(shù)，則很容易從圖3-3-21中査出第三個參數(shù)來?！纠}】某一旋轉(zhuǎn)體重量為1000kg，轉(zhuǎn)速為10000r/min，平衡精度等級規(guī)定為G1，則平衡及允許的偏心距e為：其剩余不平衡力矩為：假定此旋轉(zhuǎn)體兩個動平衡校正面在軸向是與旋轉(zhuǎn)體的重心等距的，則每一校正面上允許的不平衡力矩可取M/2=475g?mm，這相當(dāng)于在半徑475mm處允許的剩余不平衡量為1g。【例題】某一電動機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡精度為G6.3，轉(zhuǎn)子最高轉(zhuǎn)速為n=3000r/min，質(zhì)量為5kg，平衡后的不平衡量為80g?mm，問是否達(dá)到要求？解：由G=ew/1000，得：由TR=We，得：査圖3-3-21，在給定轉(zhuǎn)速下G6.3的范圍為16～20μm，故表明平衡是達(dá)到所需要的精度等級。圖3-3-21平衡精度G與轉(zhuǎn)速ω及偏心e的關(guān)系三、旋轉(zhuǎn)體平衡實例M7120A型平面磨床主軸的動平衡，是在H20BU硬支承平衡機(jī)上進(jìn)行的。平衡時，將M7120A型磨床主軸安放在平衡機(jī)兩支承架上，帶有風(fēng)扇的一端必須放在左邊，裝平衡環(huán)處在右邊，用安全架上的壓板按主軸軸頸調(diào)節(jié)好。將主軸壓緊在滾輪上，通過聚氨酯基型平帶；由電動機(jī)經(jīng)傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)導(dǎo)向輪的位置，可調(diào)整傳動帶的松緊，使其轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，如圖3-3-22所示，再調(diào)節(jié)左右限位架，防止主軸產(chǎn)生軸向竄動。圖3-3-22H20BU硬支承平衡機(jī)

圖3-3-23所示為CAB690微機(jī)電測系統(tǒng)的外形圖。電測系統(tǒng)的下方是計算機(jī)的觸摸式鍵盤。通過操作，可在熒屏上顯示出圖中所示以極坐標(biāo)方式顯示的1、2兩處不平衡量和相位，方框內(nèi)顯示的符號為應(yīng)配重還是去重。圖3-3-23CAB690電測箱裝風(fēng)扇端則可采用電鉆在端面鉆孔去重，如圖3-3-24所示。若用去重法仍不能達(dá)到動平衡精度要求，則可在應(yīng)去重處的對面風(fēng)扇翼片上鉆孔，插人螺釘、彈簧墊圈和螺母固定后配重，如圖3-3-25所示。圖3-3-24去重法

圖3-3-25配重法

子課題3靜壓軸承組件的調(diào)整和維修

一、靜壓滑動軸承的結(jié)構(gòu)和工作原理靜壓滑動軸承是借助液壓系統(tǒng)強(qiáng)制地把壓力油送入軸與軸承的配合間隙中，利用液體的靜壓力支承載荷的一種滑動軸承。靜壓軸承系統(tǒng)一般由軸承本體、節(jié)流器和供油系統(tǒng)三部分組成。靜壓軸承在工作過程中具備的基本條件是：軸頸須始終懸浮在壓力油中；主軸在外加負(fù)荷的作用下，應(yīng)具有足夠的剛度，即軸心線的位置偏移要小。

1．軸承的基本結(jié)構(gòu)靜壓軸承分徑向軸承和軸向推力軸承。液體靜壓徑向軸承的常用結(jié)構(gòu)，如圖3-3-26所示。圖3-3-26液體靜壓徑向軸承1-軸向油封面2-油腔3-回油槽4-周向油封面5-進(jìn)油孔工作原理如圖3-3-27所示。圖3-3-27靜壓軸承的工作原理

2．節(jié)流器（1）節(jié)流器的作用進(jìn)入油腔的油液應(yīng)先經(jīng)過節(jié)流器。常用的節(jié)流器型式有：可變節(jié)流和固定節(jié)流兩類，可變節(jié)流如圖3-3-27所示，固定節(jié)流如圖3-3-28所示。圖3-3-28固定節(jié)流器a）毛細(xì)管節(jié)流器b）小孔節(jié)流器節(jié)流器作用是自動調(diào)節(jié)輸給油腔油液的壓力和流量，以平衡軸承載荷的變化，穩(wěn)定軸頸的位置。（2）節(jié)流器的工作原理沒有載荷時，依靠供油系統(tǒng)的壓力使軸頸處于平衡位置，當(dāng)受載荷F時，利用節(jié)流作用，改變油腔的壓力并形成壓力差來平衡外加載荷。如圖3-3-27所示，油泵所供給的有一定壓力的油液，經(jīng)過四個節(jié)流器（圖中只標(biāo)出兩個，其阻力分別為RG1，RG2，RG3，RG4）分別流入軸承的四個油腔，油腔中的油又經(jīng)過軸承封油間隙h0流回油池。推力靜壓軸承是用以承受軸向載荷的軸承，一般與徑向靜壓軸承同時使用，以組成主軸的支承系統(tǒng)。常用的結(jié)構(gòu)如圖3-3-29所示。圖3-3-29推力靜壓軸承a）推力軸承位于前軸承前端b）推力軸承位于前軸承兩側(cè)1-前軸承2-調(diào)整環(huán)3-軸承蓋4-主軸5-調(diào)整墊圈6-止推環(huán)7-前軸承

3．供油系統(tǒng)圖3-3-30所示的供油系統(tǒng)由壓力繼電器1，粗細(xì)濾油器2、3，儲能器4，單向閥5，油泵6，溢流閥7，濾油網(wǎng)8組成。圖3-3-30靜壓軸承供油系統(tǒng)1-壓力繼電器2-細(xì)濾油器3-粗濾油器4-儲能器

5-單向閥6-油泵7-溢流閥8-濾油網(wǎng)二、靜壓滑動軸承的裝配與調(diào)整靜壓軸承在設(shè)計時必須合理選擇匹配好各結(jié)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)，還要保證有關(guān)零件的加工質(zhì)量及裝配調(diào)整的正確性。對雙面薄膜反饋式靜壓軸承，只有當(dāng)軸承的間隙h0、節(jié)流間隙hj、油泵供油壓力Ps(與載荷大小有關(guān)）和薄膜厚度H各參數(shù)調(diào)整得當(dāng)時，才能保證軸承在整個載荷范圍內(nèi)都具有良好的剛度。下面介紹常見的雙面薄膜反饋式靜壓軸承的裝配、調(diào)整方法。

1．靜壓軸承的裝配工藝靜壓軸承的裝配是一項很細(xì)致的工作，必須經(jīng)過嚴(yán)格的清洗和精心調(diào)整后，方能獲得良好的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，其裝配工藝要求如下：（1）裝配前必須對全部零件及管路系統(tǒng)進(jìn)行清洗。（2）一般在常溫下將軸承直接壓入殼體孔內(nèi)，如外徑較大、過盈量也較大時，可經(jīng)冷縮后（冷到–60℃)壓入殼體孔內(nèi)，以免擦傷外圓表面，引起油腔之間互通。（3）軸承裝入殼體孔后，用研磨方法使前后軸承孔同心，并與軸保持一定的配合間隙。如壓入后，內(nèi)孔收縮量較大，則應(yīng)以內(nèi)孔為基準(zhǔn)配磨軸。（4）開機(jī)前，用手輕輕地轉(zhuǎn)動軸，手感輕快靈活，方可啟動，如太緊，則須及時檢查并排除故障后才可啟動。（5）潤滑油的黏度須按設(shè)計要求選用，將油加入油箱時必須經(jīng)過過濾。（6）檢查進(jìn)油壓力與油腔壓力的比值是否正常，各管道不允許有漏油現(xiàn)象。2．靜壓軸承的調(diào)整方法（1）主軸頸與軸承的配合間隙要求軸承間隙h0的大小會造成流量的波動而影響平穩(wěn)性和可靠性，軸承間隙h0小，則軸承剛度大，h0必須大于主軸撓度值和軸與軸承幾何精度誤差及熱變形的綜合影響，以避免咬死和金屬直接接觸。（2）節(jié)流間隙的調(diào)整節(jié)流間隙hj影響油路系統(tǒng)的壓力變化，要求液壓泵供油系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)計要求，其壓力波動量不宜過大，油腔部分的壓力波動量應(yīng)在±20～25kPa范圍以內(nèi)。改變節(jié)流間隙hj大小，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)采用手工研磨節(jié)流器的體殼平面或節(jié)流圓臺平面，或在兩體殼平面之間采用不同厚度的銅墊片的方法。為防止節(jié)流器堵塞，節(jié)流間隙一般應(yīng)大于0.03mm。（3）薄膜厚度H的調(diào)整修正膜片厚度H時，應(yīng)在油泵供油壓力調(diào)至最大工作壓力時進(jìn)行。（4）調(diào)整檢查啟動油泵后，主軸在空載荷下應(yīng)能浮起，同時各油腔的壓力表數(shù)值應(yīng)一致，主軸能用手輕松旋轉(zhuǎn)，否則必須查明原因及時調(diào)整。裝配調(diào)整后，主軸不能浮起的主要原因有：油腔進(jìn)油口裝配錯位使?jié)櫥蜕龠M(jìn)或無法進(jìn)人油腔；軸承有漏油現(xiàn)象或節(jié)流器裝配質(zhì)量使各油腔壓力不等，造成軸承抱軸；軸和軸承的同軸度誤差大或推力靜壓軸承的垂直度誤差大，致使軸和軸承發(fā)生邊緣接觸，增大摩擦阻力。三、靜壓軸承裝配后常見故障和排除方法1．主軸沒有浮起由于主軸與軸承間沒有建立液體摩擦，一般有下列幾個原因：（1）軸承油腔漏油。（2）節(jié)流器間隙堵塞。（3）軸承制造精度問題。2．壓力穩(wěn)定性差一般在整個油路和每個油腔的通路中都安裝一只壓力表，如圖3-3-30所示，在工作正常的情況下，壓力表指針應(yīng)穩(wěn)定在某一數(shù)值，但有時會遇到下列一些不正常現(xiàn)象：（1）個別油腔的油壓下降或各油腔的油壓同時下降。（2）油腔壓力產(chǎn)生波動或不相等。

3．供油壓力與油腔壓力的比值不符靜壓軸承設(shè)計時，供油壓力與油腔壓力有一定的比值，一般的最佳比值為2，裝配調(diào)試時若不能達(dá)到這個要求，應(yīng)通過改變節(jié)流器的膜片厚度或間隙來解決。比值小于2時，可減小膜片間隙；比值大于2時，則增大膜片間隙。子課題4T68型臥式鏜床主軸的維修

一、主軸結(jié)構(gòu)

鏜床主軸結(jié)構(gòu)的種類有單層的、兩層的、三層的，層數(shù)越多，剛度越差?，F(xiàn)以三層的T68型鏜床主軸結(jié)構(gòu)為例敘述如下：主軸部件由主軸1、空心主軸2、平旋盤軸3組成，如圖3-3-31所示。

1．主軸

2．空心主軸3．平旋盤軸

圖3-3-31T68型鏜床主軸結(jié)構(gòu)圖1-主軸2-空心主軸3-平旋盤軸4、5-圓錐滾子軸承6、10-螺母7-梳形定位器8、9-軸承11-調(diào)整鎖緊螺母12-鋼套二、零部件的修理影響主軸回轉(zhuǎn)精度的主要因素有主軸、鋼套、空心主軸、軸承、主軸箱體等的自身精度和裝配精度?，F(xiàn)將主要零件的檢查、修理方法介紹如下。1．主軸和鋼套主軸和鋼套的主要失效形式有磨損、變形、局部性損傷三種。（1）檢查主軸的檢查方法如圖3-3-32所示。圖3-3-32主軸檢查圖1、2-表面3-鍵槽4-錐孔表面5、6-端面7-螺紋表面鋼套與主軸配合間隙可用內(nèi)徑百分表及外徑千分表來檢查確定，要求間隙在0.015～0.020mm之間。檢查主軸時主要檢查磨損和彎曲程度。具體檢查步驟如下：1）檢查主軸表面時，在主軸的85mm外圓的兩端裝上支承套后，放入斜置平板上的兩V形架中，并在主軸尾部的中心孔中放入Φ6mm鋼珠，緊緊地頂在平臺后端的角鐵上，用手轉(zhuǎn)動主軸，在主軸外圓上每隔250～300mm的長度上測量一次，記錄全長的彎曲值，找出最大彎曲處，其圓度誤差＜0.005mm。2）檢查表面2與表面1的同軸度誤差，同軸度誤差＜0.01mm，用千分尺和內(nèi)徑百分表檢查表面2與軸承的配合間隙≤0.02mm。3）檢查鍵槽3時，將主軸旋轉(zhuǎn)使鍵槽3成水平位置，用百分表進(jìn)行檢查，要求誤差0.03mm/1000mm。4）檢查錐孔表面4時，在主軸錐孔中插入檢查心軸，在近主軸端徑向圓跳動誤差≤0.01mm，在300mm處≤0.02mm5）檢查端面5、6時，對表面1的垂直度誤差≤0.005m。6）檢查螺紋表面7時，將螺母端面修去毛刺后旋上螺紋表面7，用千分表觸及螺母端面。測量螺母端面圓跳動誤差來檢查螺紋的歪斜量，螺母端面圓跳動誤差應(yīng)≤0.05mm。（2）修復(fù)方法1）主軸①主軸無變形，磨損不嚴(yán)重，圓度誤差＜0.03mm。在車床上用研磨套加粒度號為W2.5的磨料研磨拋光的方法進(jìn)行研磨主軸。②磨損較大，圓度誤差在0.03～0.15mm內(nèi)，變形量＜0.2mm。方法一是：主軸先經(jīng)粗磨，鍍硬鉻后，鑲鍵，在外圓磨上精磨。方法二是：磨去變形和磨損層后，重新滲氮處理，經(jīng)粗磨、精磨后拋光。③磨損嚴(yán)重。按工藝制造或外購后更換新件。2）鋼套①套孔磨損不大。將套孔珩磨至要求，間隙按主軸鍍后尺寸配珩。②與主軸配合間隙大，以及主軸重新滲氮處理后。按工藝新制更換新套。

2．空心主軸（1）檢查方法如圖3-3-33和圖3-3-34所示。具體檢查步驟如下：圖3-3-33空心主軸圖3-3-34空心主軸檢查圖1、2、3、4-表面

1）檢查表面1、2，用千分尺和內(nèi)徑百分表分別測出表面1、2尺寸及軸承內(nèi)孔尺寸，若間隙保證j5要求，則合格，否則鍍鉻后處理，其圓度誤差為0.005mm。2）檢查表面3時，將空心主軸放入斜置平臺兩個V形架中，用手轉(zhuǎn)動空心軸測量表面3的徑向圓跳動誤差，應(yīng)≤0.02mm；鋼套與主軸的配合間隙可用千分尺和內(nèi)徑百分表測出，應(yīng)在0.015～0.02mm之間。3）檢查表面4時，直接用百分表測量表面4與表面1、2的垂直度誤差，應(yīng)≤0.005mm。（2）修復(fù)方法1）表面1、2尺寸超差，可以鍍鉻修理后精磨至尺寸。2）表面4可以精磨至尺寸。3）表面粗糙度值達(dá)不到要求，應(yīng)更換淬火鋼套，然后修磨內(nèi)孔。一般情況下，鋼套的取出有以下三種方法：①用內(nèi)磨砂輪將鋼套磨出一個軸向開口，撬開取出鋼套。②將空心軸置于車床上，一端卡住，一端架在中心架上，鋼套內(nèi)孔車去一層，去除過盈后，取出鋼套。③利用專用拉套工具拉出，如圖3-3-35所示。安裝新套時，可用熱套和冷套的方法。圖3-3-35專用拉套工具1-拉具體2-滑動爪3-支承體4-墊板5-推力球軸承6-螺母7-拉桿

3．平旋盤軸（1）檢查方法如圖3-3-36所示，具體檢查步驟如下：圖3-3-36平旋盤軸檢測1、2、3、4、5、6-表面1）將平旋盤軸放入斜置平臺上的兩個V形架中，后端孔中放入堵塞，堵端放入6mm鋼球，將主軸轉(zhuǎn)動進(jìn)行檢查。2）檢查表面1對表面3、4的徑向圓跳動誤差及圓度誤差應(yīng)≤0.01mm。3）檢查表面6對表面3、4的徑向圓跳動誤差及圓度誤差應(yīng)≤0.01mm。4）檢查表面5對表面3、4的徑向圓跳動誤差及圓度誤差應(yīng)≤0.01mm。5）檢查表面4對表面1的垂直度誤差應(yīng)≤0.005mm。（2）平旋盤軸若各表面超差，可用鍍鉻后精磨的辦法修復(fù)。三、裝配與調(diào)整

1．主軸機(jī)構(gòu)的裝配應(yīng)采取定向裝配法，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。（1）空心主軸軸承外環(huán)徑向圓跳動誤差最小處，應(yīng)與平旋盤軸孔的徑向圓跳動誤差的最大處相對應(yīng)裝配。（2）空心主軸的最小徑向圓跳動誤差處，分別與兩軸承內(nèi)環(huán)最大徑向圓跳動誤差處相對應(yīng)裝配。（3）如果主軸箱三孔存在微量同軸度誤差，也可按徑向圓跳動誤差實際誤差的相位予以補(bǔ)償。（4）軸承采取熱裝配法，先將軸承放入80～100℃的機(jī)油中浸15min，然后取出裝配。（5）將空心主軸的軸承裝好后，鋼套內(nèi)孔與鏜桿應(yīng)保持0.01～0.015mm的間隙。

2．主軸機(jī)構(gòu)的調(diào)整與驗收主軸機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)精度，取決于軸承的制造精度、與主軸軸承相配合零件的制造精度、裝配質(zhì)量、軸承的間隙或過盈量等，其中，起決定性作用的是軸承的制造精度。（1）調(diào)整1）滾動軸承應(yīng)進(jìn)行定向裝配。2）調(diào)心滾子軸承及雙向推力角接觸球軸承應(yīng)進(jìn)行預(yù)加載荷。3）鏜桿與襯套之間的實際配合間隙應(yīng)選為：δ=Kd×10-4μm式中K—系數(shù)，為0.75～1.5；d—主軸直徑，應(yīng)換算成μm代入公式。（2）驗收1）將鏜桿伸出300mm，將千分表固定在機(jī)床上，轉(zhuǎn)動鏜桿，徑向圓跳動誤差應(yīng)＜0.025mm。2）將心軸插入鏜桿中，在水平平面內(nèi)平行度誤差為：近鏜桿端0.02mm，在300mm處為0.04mm。3）在心軸前端中心孔處放置一鋼球，用黃油粘住，轉(zhuǎn)動鏜桿，竄動誤差為0.015mm。4）平旋盤軸端面圓跳動誤差和定位凸臺徑向圓跳動允差為0.02mm。以上四項檢測如有超差，可能是滾動軸承間隙調(diào)整不當(dāng)，也可能是定向裝配時把誤差方向搞錯。屬于后者，應(yīng)當(dāng)重新裝配；屬于前者，可通過主軸箱后端的帶槽螺母來調(diào)整平旋盤軸的圓錐滾子軸承。子課題5拼接導(dǎo)軌的維修

一、機(jī)床基礎(chǔ)的整修大型機(jī)床由于床身較長，都由幾段拼接而成，每段之間的接合面用螺釘連接，并加定位銷定位。多段拼接的床身，常會產(chǎn)