悬吊式平衡法在砂轮静平衡中的应用

赵兴仁，邵长春

(石油大学 石油工业训练中心，山东 青岛 266555)



悬吊式平衡法在砂轮静平衡中的应用

赵兴仁，邵长春

(石油大学 石油工业训练中心，山东 青岛 266555)

摘要：磨床砂轮的平衡通常采用水平平衡架方法调整，采用该方法获得的平衡精度主要取决于操作者的经验，平衡方法不易掌握，操作费时费力，更重要的是砂轮轴与平衡架间存在一定的滚动摩擦阻力矩，如果平衡架水平精度低，摩擦阻力矩会更大且不可消除，严重影响砂轮的平衡。为了解决上述问题，研究了一种新方法——悬吊式平衡法，即用1根细钢丝吊在砂轮的中心，如果砂轮是平衡的，砂轮端面应该是水平的；如果不平衡砂轮端面倾斜，用直角尺和百分表测量出倾斜的高度差，调节平衡块消除这个高度差就可以使砂轮平衡。这种新方法根据尺子读数调整，效果直观、可靠，而且不涉及滚动摩擦阻力矩。经试验证明，悬吊式平衡法具有精度高、效率高和易学好用的特点。

关键词：悬吊式；静平衡；直角尺；百分表；平衡架；灵敏度

所谓砂轮的静平衡就是让砂轮的回转中心与它的质心重合。在工件的加工过程中,如果砂轮不平衡会造成振动，进而在工件的加工表面形成振纹。可见，砂轮的平衡质量将直接影响工件的加工质量和机床寿命[1]。

1砂轮静平衡的精度

目前，现场静平衡是利用水平平行轨平衡架(见图1)进行调整，操作的方法为试凑法，即采用调节砂轮盘上的平衡块逐步试凑砂轮的平衡。采用这种方法，不仅操作时间长，而且其静平衡的精度也不高，另外还与操作者的熟练程度有关[2]。影响砂轮静平衡精度的因素比较多，如水平仪的精度、平行导轨的加工精度和操作者的工作经验等。当砂轮滚动时且在任何位置都能停转，可以认为该砂轮已经平衡了；但事实并非如此，砂轮的平衡精度受平行导轨精度的影响比较大，如果砂轮的不平衡量过小，克服不了心轴与平行导轨的摩擦阻力，砂轮就会处于一种假平衡状态，使用这种假平衡状态的砂轮存在一定的安全隐患。为了保证砂轮达到真正平衡，应对砂轮平衡支架的灵敏度进行分析。

图1　水平平行轨平衡架

灵敏度可以理解为平衡装置在规定条件下能够反应和指示工件不平衡的最小值。砂轮平衡架的灵敏度主要取决于心轴与支承间的滚动摩擦阻力矩的大小。滚动摩擦阻力矩越大，灵敏度就越低。从机械设计手册上查出滚动摩擦阻力矩为平衡架的灵敏度，并给出砂轮平衡架的灵敏度M的计算公式为：

M=1 000fG

(1)

式中，M是平衡架装置的灵敏度，单位为g·cm；G是工件及心轴、螺母的质量，单位为kg；f是心轴与支承间的滚动摩擦因数，单位为cm。

从式1可以看出，心轴、螺母的质量对砂轮的灵敏度有一定的影响，笔者用的心轴和螺母的总质量为1.26 kg，砂轮质量为25 kg。取G=26.26 kg，f=0.003 cm，代入式1，得到砂轮平衡架的灵敏度为M=78.78 g·cm；按照《砂轮静平衡检验方法及不平衡数值》(GB 2492-1984)选平衡等级G2.5，由于砂轮平衡架的灵敏度是砂轮许用剩余不平衡量1.8 g·cm的43倍，因此仅凭经验进行校正，理论上是达不到技术要求的，平衡出的砂轮不能使用[3]。

在这种情况下，不平衡的砂轮转动时具有非常大的离心力，螺纹零件在磨削过程中经常会出现牙侧表面波纹,即使采用左右面单向磨削也总是出现螺纹一个侧面表面粗糙度较好而另一个侧面不同程度地存在表面波纹缺陷；因此，砂轮平衡架基础应坚实，使用前用精密水平仪校平[4]，提高砂轮的平衡精度，减少表面波纹缺陷的形成。

2悬吊式平衡法的精度

2.1悬吊式平衡法的原理

用1个细钢丝把砂轮悬吊起来，如果砂轮是平衡的，它的质心和回转中心线是重合的，这时砂轮法兰盘表面应该是水平的；如果砂轮不平衡，质心会偏离回转中心线，砂轮就会朝某一方向倾斜，调整3个平衡块可以使砂轮处于水平状态，这就是悬吊式平衡法。悬吊式砂轮静平衡原理图如图2所示，它是立式平衡法的另一种形式[5]。

图2　悬吊式砂轮静平衡原理图

2.2影响悬吊式平衡法精度的因素

影响砂轮平衡精度的因素有如下3个：1)要保证钢丝吊在砂轮的几何中心；2)心轴外锥面与砂轮法兰盘的内锥孔配合好，质量要小；3)吊住砂轮的钢丝尽可能细，并与心轴孔无间隙配合，心轴小孔与钢丝在轴向的接触长度为3 mm。

3悬吊式平衡法的调试

3.1钢丝直径的计算

悬吊式平衡架采用钢丝吊住砂轮，钢丝越细灵敏度越高，根据抗拉强度公式可以求出选用钢丝的最小直径。抗拉强度公式为：

Fb=σbsc

(2)

式中，Fb是试样拉断时所承受的最大力，单位为N；σb是材料在拉断时承受的最大应力值，单位为N/mm2；sc是试样原始横截面积，单位为mm2。

由式2可以得到钢丝直径为：

(3)

笔者测试的外圆磨床砂轮质量为25 kg，计算得到钢丝直径为0.7 mm，其最大拉力为28 kg，大于砂轮质量，可以使用。

3.2悬吊式平衡法的调试

首先，将钢丝穿入锥形心轴放入砂轮法兰盘中，钢丝固定在支架的丝杠上，吊砂轮的支架应牢固可靠不能松动，转动手轮使丝杠上升，砂轮升降应平稳。

调整时给砂轮一个转力，让砂轮绕钢丝随意晃动，这时砂轮质心便绕钢丝中心摆动。假设砂轮与心轴是完全平衡的，它们的质心应在自身的几何中心线上，摆动停止时，由于重力的作用，质心将稳定在钢丝中心所在的铅垂线上，砂轮的法兰盘上端面应该是水平的。如果砂轮相对于中心轴线有不平衡量存在，它的质心将偏离中心轴线。设砂轮的质量为m，质心偏心距为e，则不平衡量U=me，不平衡量产生的不平衡力矩M=Ug=meg，在不平衡力矩M的作用下，砂轮将绕钢丝中心发生倾斜。

先目测砂轮底面与底座的平行度，找出高点和低点，将砂轮配重块1放入高点A的相位，这时A点的位置有可能受配重块的影响变为低点；再把配重块2和3分别放在与配重块1相位相反，且相差约150°的位置上，此时可以看到砂轮法兰盘接近水平，否则就继续调节配重块2和3的位置；最后固定直角尺位置不变，使砂轮慢慢转动，找出高低点用笔做上记号，微调配重块使砂轮的高度差最小，砂轮大致平衡。

当平衡达到一定精度时，由于直角尺的测量精度低，想要再提高平衡精度比较困难。可以把平衡好的砂轮装到磨床上修正外圆和端面，卸下砂轮用直角尺检查一下，再采用百分表进行精校，精校时将表针压入砂轮法兰盘0.08 mm，转动丝杠，手轮会压着轴承带动砂轮转动，百分表指针转动的刻度表示不平衡的高度差，根据表的最大、最小跳动量，微调配重块或换用不同质量配重块固定螺钉(作一些备用螺钉，使它们间的质量相差5 g)，砂轮转动表针的跳动量<0.05 mm.这样就精确地调整了砂轮的静平衡。

3.32种平衡方法的对比试验

笔者用水平平衡架将砂轮平衡到最佳状态，再把平衡好的砂轮用悬吊法进行测试，目测发现砂轮的法兰盘是水平的，用直角尺测量发现砂轮的最高点和最低点高度差>1 mm，笔者用悬吊法把这1 mm高度差平衡掉。把平衡好的砂轮重新放回到砂轮平衡支架，砂轮在任一点都能停转，将砂轮水平旋转180°，砂轮同样可以在任一点都能停转，比原来停转的快且不晃动，说明悬吊法比砂轮平衡架的平衡精度更高。

4结语

工厂使用的砂轮平衡架有一定的滚动摩擦阻力矩，且不带有读数装置，而心轴质量偏大，砂轮平衡架的灵敏度低，很难把砂轮的静平衡调到理想状态。悬吊式平衡法利用直角尺和百分表，依据测量的读数进行校正平衡，没有滚动摩擦阻力矩，具有平衡精度高、效率高和简单易学的特点。在没有条件进行动平衡的情况下，采用悬吊式平衡法是一个不错的选择，值得推广应用。

参考文献

[1] 路长厚，艾兴. 国内外砂轮平衡技术发展状况[J]. 磨床与磨削,1997(3):14-17.

[2] 丁叙生. 一种快速静平衡砂轮的方法[J]. 机械制造,2002(3):40-41.

[3] 郑州磨料磨具磨削研究所.GB 2492—1984砂轮静平衡检验方法及不平衡数值[S].北京：中国标准出版社，1985.

[4] 高军. 精密螺纹磨削常见问题及解决方法[J]. 新技术新工艺,2014(12):14-16.

责任编辑彭光宇

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

作者简介：赵兴仁(1966-)，男，大学本科，工程师，主要从事机械制造、石油工业实训和机械教育等方面的研究。

中图分类号：TG 743

文献标志码:A