摘要：结合棒材轧机减速机制造过程中高速轴动平衡测试的实际，从动平衡方法的选择、许用剩余不平衡量的计算以及不平衡的校正等几个方面进行了讨论，指出了在实际制造中根据工作转速、转子宽径比选择单面或双面动平衡，带入最高工作转速计算许用剩余不平衡量。在双面动平衡中向两个校正面分配许用剩余不平衡量，并根据测试结果分别进行校正。
关键词：轧机减速机；刚性转子；动平衡；许用剩余不平衡量
在冶金行业中，旋转机构有着广泛的应用，小到轴承、辊道，大到减速机轴系、轧机接轴，都依靠旋转运动承受或是传递载荷。伴随着工业技术的飞速发展，旋转件的转速、载荷也不断增加，其制造标准要求也日益严苛。由于零件制造误差、装配误差等原因，旋转机构不可避免地会存在不平衡，使其在试验或者实际运转中产生振动、噪声以及发热。
当不平衡量过大，超出合理范围时将导致异常的设备振动与温升，加剧轴承的磨损，缩短设备使用寿命。大量统计数据表明，由于不平衡过大导致的旋转机械故障占比达75%。尤其是对于钢铁企业，设备高速化、工况复杂化、工艺连续化的趋势下，转动机构的故障不仅将造成巨大的经济损失，甚至会导致人身伤害事故的发生。因此，减少转动机构的剩余不平衡量，保障其平稳运转具有重大的实际意义。本文以棒材轧机减速机制造过程中高速轴动平衡测试为例，讨论了几个容易出现的错误点与注意事项。
1?轧机减速机轴系的动平衡方法
棒材轧机减速机的高速轴工作转速远低于其一阶临界转速，且满足可以在一个或任意选定的两个校正平面上，以低于转子工作转速的任意转速进行平衡校正，且校正之后，在最高工作转速及低于工作转速的任意转速和接近实际的工作条件下，其不平衡量均不明显地超过所规定的平衡要求”的条件，因此，通常将此类减速机高速轴轴系视为刚性转子。根据刚性转子动平衡的校正面只需一个或两个归纳动平衡方法，有二点法、三点法、施加质量周移法、影响系数法等。其中影响系数法是一种广泛应用于减速机制造业的动平衡校正方法，其一般需要两个校正平面，即把转子的不平衡量向两个矫正平面上简化，振动系统的振动响应是各个校正平面的不平衡量引起的振动响应线性叠加，而各校正平面上单位不平衡量引起的振动响应被称为影响系数（如图1）。
图1?采用影响系数法的动平衡测试
2?单双面动平衡的选择
用影响系数法对转子进行动平衡校正,一般是根据转子的宽径比以及转速确定是采用单面或双面动平衡。宽径比是指转子的宽度(不包含轴的长度)除以转子（齿轮）的直径。单面动平衡适用于转子较短,转子厚度较薄的薄盘类零件,如单个齿轮、单齿轮低速轴系等只需在一个平面上加重或去重就能解决转子的不平衡问题。双面动平衡适用于转速较高、宽径比较大的情况。双面动平衡需要两个校正面,对于齿轮轴系，一般采用齿轮端面或轴的非加工面作为校正面,大部分高速轴系的不平衡校正都是采用双面动平衡。参照表1可以判断到底是使用单面动平衡还是双面动平衡。
表1?单双面动平衡选择依据表
3?许用剩余不平衡量的计算
转子的许用剩余不平衡量是基于转子自身外形尺寸、重量以及实际工作转速的。轧机减速机的设计中平衡品质级别G通常取值6.3。在计算轴系许用剩余不平衡量时，应将转子的质量、动平衡等级和最高工作转速等带入公式（1）进行计算。
根据所选的平衡等级G，由公式（1）能够得出许用剩余不平衡量Uper
式中，Uper为许用剩余不平衡量的数值，单位为克毫米（g·mm）；（eper×Ω）为选用的平衡品质级别的数值，单位为毫米每秒（mm/s）；m为转子质量，单位为千克（kg）；Ω为工作转速的角速度数值，单位为弧度每秒（rad/s），其中Ω≈n/10，且工作转速n的单位为转每分（r/min）。在实际测试中，许多减速机厂家受限于平衡机的最高转速，在对轴系进行动平衡试验时的测试转速比实际工作转速低。对于可视为刚性转子的轴系，在不同转速下获得的测试结果相差不大，因此，低于工作转速进行测试可以获得较为准确的结果。但对作为判断转子动平衡是否满足设计要求的许用剩余不平衡量进行计算时，不可带入测试转速进行计算，即公式（1）中角速度Ω（或转速n）一定为该减速机轴系的最高工作转速，否则，会使得出的许用值出现严重偏差，将动平衡不合格轴系被判为合格流出。此外，在上述计算中，角速度Ω或转速n采用最高的工作转速更为合理，带入其设计最高转速会使许用值Uper过于严苛，增加制造成本。
4?许用剩余不平衡量向允差平面的分配
在双面动平衡试验中，转子在平衡机的两个支撑面上以试验转速旋转，最终得出的轴系的实际剩余不平衡量。若实际值小于许用值，则为合格，不需要进行动平衡校正，反之，则进行去重或增重来校正。应注意的是，Uper被定义为质心平面内的总允差，对于所有双面平衡的工件，总允差应分配到各允差平面，计算方法如下：
式中，Uper1为支承面1上的许用剩余不平衡量；Uper2为支承面2上的许用剩余不平衡量；L1为支承面1到质心距离；L2为支承面2到质心距离；L为两支承面跨距。
5?不平衡校正的问题
图2?许用剩余不平衡量向允差平面的分配
在双面动平衡试验中有两个支撑面（如图2），其校正面相应也应该有两个，才能保证在去重或增加配重后两个面的实际剩余不平衡量小于各自的许用值。多数平衡机在测试前可手动输入各校正面的许用剩余量、设定校正方式，完成测试后平衡机会计算出校正平面内的实际剩余不平衡质量以及相应位置，操作人员需据此结果与许用值进行比较，判断哪个平面需要校正，并根据平衡机给出的具体校正方法进行去重或增重，如图3所示。
图3?双面动平衡测试结果及校正方法
6?结语
本文结合棒材轧机减速机高速轴动平衡测试的实际，从动平衡方法的选择、许用剩余不平衡量的计算以及不平衡的校正等几个方面进行了讨论。
（1）对于棒材轧机减速机，其高速轴工作转速远低于其一阶临界转速，可是为刚性转子，采用影响系数法进行校正。
（2）应根据轴系的转速以及其宽径比确定采用单面或双面动平衡。
（3）在进行许用剩余不平衡量的计算中，应将轴系的最高工作转速带入公式计算，而非动平衡的测试转速或轴系最大设计转速。
（4）在双面动平衡测试中，应将许用剩余不平衡量向两个允差平面分配，求出各平面相应的许用值作为判断合格与否的标准，不合格的根据结果分别进行校正。
作者：
河钢唐钢新区特钢项目部张毅勃张建李
河钢唐钢一钢轧厂杨丛龙
参考文献：
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[3]李菊丽,张志远,郭华锋,王树臣.刚性转子动平衡的关键技术分析
[4]郭俊华.刚性转子动平衡技术及系统研究
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