（机械工程专业论文）动平衡技术在四辊压延辅机焊接辊筒中的应用研究.pdf

动平衡技术在图辊糕延鞴视绎接辊篱审豹应用研究 攘要 本论文为动平餐技术在睡辊歪延辘枧焊接辊锈中熬应焉磷究。 首先调研和学习了相关的平衡理论，并全面分析我公司雁延辅机 中的牵弓l 装置、愿花装置、缓冷装置、冷却装置、切边装置和切割卷 取装遴中有动平衡要求的主动、被动长辊筒的结构特点及功熊特性； 同时，以橡胶压延辅机中的主动辊筒为例，进行了动平衡实验。在进 行工艺实施中分析了不平簿的原因，从工艺过程中，确定了平籀方案， 得出了实验数据。并为长辊筒的平衡设计提出了新的见解，还制订了 动平衡麓程及鞠关酶守戮。 总之，动平衡技术的研究和运用，不仅满足零件功能的设计要求， 提赢了设备豹搜建寿余，露虽提高了产菇戆震量，扶西搜公司产瑟栏 次上了一个新的台阶。 关键词；压延辅机，长辊筒，工艺过糠，动平衡，使用寿命 i i ar e s e a r c ho nt h ea p p l i c a l l i o no fw e l d i n g r o l l e r o ff o u r r o l l e rc a l e n d e ra u x i l i a r i e s i nd y n a m i cb a l a n c i n gt e c h n o l o g y a b s t r a c t t h i sp 印e rm a i l l l yt a l k sa b o u tar e s e a r c ho nm e 印p l i c a t i o no f w e l d i n gr o l l e ro ff o * r 0 1 l e rc a l e n d e ra u x i l i 撕e 8i nd ) ，1 1 a m i cb a l a l l c i n g t e c h n o l o g y f i r s t l y ， t a k eas u r v e ya l l d1 e 锄t 1 1 er e l e v a n tt h e 嘶e s ， a i l d m e nt a k eac o m p r e h e n s i v e 觚a l y s i so ns t r i l c t u _ r e m n c t i o nf e a t u r e so f l o n gr 0 1 1 e r sa c q u i r e dd y i l 锄i cb a l a n c i n gt e c l l n o l o g ) ri n i t i a t i v co rp a s s i v e o ft h ed r a w i i l gd e v i c e s ， p r j n 廿n gd e v i c e s ，c 0 0 1 i n gs l o w e rd e v i c e s ， c o o l i n gd e v i c e s ， r a we d g ec u t t e r ，c u t t i n go rw i n d c r s t 1 r o u g hg i v i n ga ne x 锄p l eo ft h em b b e ri n i t i a t i v er 0 1 1 e r s ，c a 何 o u tat e s to nd y n 锄i cb a l a n c i n gr e s p e c t ， c o n s e q u e n ye d u c em e r e a s o n f o ri m b a l a n c e dr m l 向n c t i o n f r o mc r a rp r o c e s s ，d e c i d em ef i n a ls c h e m e o f b a l 狮c i n g t e c l 】工l i q u e ，g a i nt h et e s td a t a a c c o r d i i l 9 1 ys t i p u l a t es o m e m l e sa n dp r i n c i p l e sr e l e v a l l tt od y n 枷cb a l a n c i n g ；a l s ob r i n gf o n a r d s o m en e w p r o p o s a l s ，e s p e c i a l l yf o r1 0 n gr 0 1 1 e r s i ng e n e r a l ，n o to n l ys a t i s 匆t h ed e s i g nr e q u i r e m e n t so f p a r t s ， t h i 8 i 玎 r e s e a r c hw o u l dh e l pi h l p r o v em es e i c el i v e sa 1 1 dq u a l i t i e so fr e l e v a i 】t m a c h i n e si no u rc o m p a n yi n v e n t o r y s om a k eal a 唱ep r o g r e s si n 眦c h i n e r y 野a d e k e y w o r d s ：c a l e n d e ra u x i l i a 叮， 1 0 n gr 0 1 l e r ， c m f tp r o c e s s ， d y n a r m cb a l a n c i n g ， s e r 订c el i f e i v 北京化工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明 引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：7 毳1 广驾 2 0 0 6 年4 月3 0 日 北京匕工土学工程硕士研究生论文 1 1 前言 第一章概述 大连橡塑机械股份有限公司是一家专业生产橡胶和塑判机械的大型国有摔股公 司， 要生产产品有开炼机组、压延机组、密炼机组、挤出机组等。随着橡胶、塑料 工业的蓬勃发展，压延制品的品种越来越多，其用途更加广泛，不仅需求增加，而且 对制品质量的要求越来越高。 本文主要以塑料压延设备为主，介绍各种塑料压延殴备的功能，以及在压延辅机 中各种焊接辊筒所起的作用，并且着重介绍如何将动平衡技术应用到各种焊接辊筒上。 塑料压延设备过去只能生产聚氯乙烯( p v c ) 薄膜和片材，现已广泛用于高压聚乙 烯( h p e ) 、聚丙烯( p p ) 、透明a b c 离子键聚合物的压延加工。其制品范围不断扩大， 已普遍生产的有：壁纸、人造革、地板、钙塑木纹膜、透明硬片( 用在无毒p v c 食品、 药材及纺织品，工业用油等包装) 、照相底片、唱片、玩具、及装饰用半硬片、农用大 棚膜、尼龙、雨衣等。而其中塑料四辊压延主机及其辅机构成的聚氯乙烯塑料薄膜牛 产机组，用于生产多种聚氯乙烯塑料制品，如农用大棚膜、包装行业用的包装膜、表 面印花的白磁膜、广告行业用的装饰布等。 随着塑料工业的发展，必然促使塑料压延机的加速发展。其中制品对压延机需求 越来越广，并且日趋大型化，高速化和精密化。雎延制品越来越漳，精度越来越高， 产量越来越大。所以提高制品的精度，对其使用和经济性都具有十分重大的意义，而 如何提高压延制品的精度，既是压延成型加工工艺的主要问题，也是压延成型设计、 制造的主要问题。 据用户及本公司调试人员反映，国外及台湾生产的塑料四辊压延机组，其中辅机的 各种用途的焊接辊筒，用手转动时，转动灵活自如。而本公司生产塑料压延辅机辊筒 往往转动不甚灵活，当产生振动较大时就会对制品( 如薄膜、薄片等) 表面形成微小 的痕迹，所以，塑料四辊压延辅机中的各种辊筒运行状况将直接影响到整条生产装置 的运行情况，将直接影响到制品的质量和机器的寿命。2 0 0 2 年，为江苏南天集团生产 b o p p 生产线，这家公司已购德国的生产线条，需国产化再设计一条，生产线速度为 1 2 0 i l 棚n ，但其对牵引机中焊接辊筒的动平衡的精度要求为g 63 级，试验转速 6 3 删m i n 。这一项目使我们对辊筒的动平衡要求有了新的认识。 作为本公司塑料压延辅机的主管产鼎工艺员，深知在四辊压延辅机中动平衡是各 种用途的焊接辊筒生产、制造过程中必须解决的一个基本的共性问题。其制造的好坏 对整套设备和生产线都有重大影响，其优劣程度直接决定产品的工作性能、使用寿命， 并对产品的质量j “生着巨大的影响。考虑到本公司目前塑料四辊的焊接辊筒的平衡所 存在的问题，所咀以此作为论文研究的课题背景，对各种功用的焊接辊筒进行调查研 存在的问题，所咀以此作为论文研究的课题背景，对各种功用的焊接辊筒进行调查研 1 北京化工土学工程硕士研究生论文 究，力求能制定出新的、更科学并更合乎本公司实际情况的焊接辊筒的动平衡技术。 1 2 塑料四辊压延辅机中各种焊接辊筒的平衡要求 以前我公司只对塑料四辊压延辅机中的各种焊接辊筒在自制的静平衡装置上作静 平衡试验。平衡后，许多辊筒在用户厂家仍然存在回转不均匀，甚至转不动的现象， 严重时已影响到制品的质量，用户反响很大。特别是塑料四辊拉伸拉幅中的结构件长 辊筒平衡，原先只对长辊筒作了一般的静平衡。为了使产品更上一个台阶，要求我们 对需要作平衡的辊筒采用动平衡方案。 辊筒的动平衡一直是困扰我公司的一个难题，我们缺少对平衡理论的研究及试验 数据的分析，并对动平衡的设备很陌生。开始想购买一台便携式动平衡仪并自己制动 平衡支架和传动装置，解决焊接辊筒的平衡问题。2 0 0 3 年我公司为江苏南天集团生产 b o p p 挤出式拉伸拉幅电容膜生产线，其辅机包括纵拉机，横拉机，牵引机，我公司承 揽了纵拉机和牵引机两大部件的制造工作。图纸的设计单位为桂林电器科学研究所， 本人担当主管工艺员。其中电容膜牵引机中牵引辊、冷却辊均要求作动平衡试验，由 于当时我公司无动平衡试验设备，故采用外协加工，这势必增加了生产成本和辊筒运 输造成辊面磕碰，并且保证不了生产进度，严重影响产品的交货期和产品的表面质量。 针对本公司需作动平衡的压延辅机辊筒数量较多的状况，从提高产品质量、生产周期、 加工成本，特别是从保证平衡质量的角度出发，决定购置一台动平衡机，从而改变我 公司辊筒动平衡由外协完成的状况，以确保产品设计要求。 在机械制造业中，高精度和高转速的采用，必须应以良好的平衡为先决条件。当 由不同的因素引起的离心力和离心力矩，出现在不平衡的旋转部件中时，往往会导致 轴承负荷的增加，磨损加剧，振动和噪音的形成，缩短机器的使用寿命，严重的还可 能引起旋转轴及其上安装部件疲劳缺口的生成，进而引起断裂、危及人身安全。因此， 为有效地控制和消除上述的有害因素，对旋转体进行动平衡校正，已成为加工制造业 中必不可少的工艺措施之一。 如何更好的利用动平衡机，把其正确的应用到产品上去，作为主管压延辅机的工 艺员，对此需调研及学习相关平衡理论及工艺实施技术，全面分析我公司压延辅机的 牵引装置，压花装置，缓冷装置，冷却装置，切边装置，切割卷取中有动平衡要求的 主被动长辊筒零件。特别是像拉伸拉幅压延机组中的大小直径各种长辊筒。 四辊辅机中的牵引装置是为了将已压延成型的薄膜或片材从辊筒上引离而设置 的，又称引离装置。因为牵引装置是在成型加工温度下将制品从压延机辊筒上剥离， 为避免成型材料的突然冷却，牵引辊筒一般需要蒸气或过热水、热油加热。由于辊筒 内部通介质，内部不能钻孔加重，因此对制定严格可靠的动平衡加工工艺难度相当大。 为此，要求作动平衡的辊筒必须应有足够加配重的空间。而压花装置是对由引离装置 一2 一 北京化工土学工程硕士研究生论文 过来的未冷却薄膜、片材的表面进行压花成型的装置。该装置一般由一个橡胶辊和一 个金属刻花辊组成。压花装置一般以驱动橡胶辊或刻花辊来带动另一辊，为变速方便， 通常用直流电机单独驱动。为便于辊筒的更换，采用特殊的联轴节与驱动部分连接。 刻花辊又称型辊，一般由厚钢管机械雕刻或电子雕刻成型。为防锈和保证薄膜表面质 量，型辊往往进行电镀。内部由旋转接头通入一定温度的水进行冷却，根据薄膜，片 材的幅宽不同，型辊的直径通常是中1 5 0 巾2 5 0 m m 左右。橡胶辊外径一般为巾3 0 0 由4 0 0 m m ，其中耐油耐热橡胶外层厚约2 0 m m ，内层厚约1 0 m m ，粘附在钢芯轴上。钢 芯轴中空，使水通过旋转接头起到冷却作用。压延成型制品在卷取前的冷却定型通常 在专门的冷却定型装置中进行。这种冷却定型装置一般采用辊筒式，多为卧式排列。 辊筒的个数由生产速度，制品的厚度，辊筒的直径，室温以及冷却效率等确定。以前， 冷却辊筒的标准直径为中4 0 0 m m ，一般为4 5 个，线速度为8 0 1 0 0 i i l s 左右。最近， 为适应压延机的高速化，冷却辊筒的直径采用中6 0 0 中8 0 0 ，一般7 1 0 个，线速度 2 0 2 0 0 以或更高。幅宽已达3 5 m 随着压延机的高速化和大型化，冷却辊筒的设计 必须注意其动态平衡和刚度，无噪音和振动。对于像拉伸拉幅的冷却辊筒，其长度和 直径决定应选择一定的结构形式( 夹套式、带中高度) ，冷却辊筒制造的好坏对整机至 关重要。所以加工难度特别大，其平衡性要求更严( 长辊筒、夹套、动平衡) ，长度5 6 m ，其工艺难度从原材料下料就已经开始了，只有这样能使被冷却的薄膜内部残余应 力和收缩率小，而且也防止了增塑剂粘附在冷却辊筒表面上。 辊筒作为压延辅机的关键件，加工难点，它从铆焊接各个零件开始，铆焊接专热 处理一机械加工一辊面处理一成品，需要根据其使用要求，结构特点采用不同的方法 来解决不平衡量。 近年来，根据技术的发展和市场的需求，一方面，辊筒的材质不断发生变化，由 原来的2 0 钢无缝钢管和2 0 9 钢板围制的，到l c r l 8 n i 9 t i 不锈钢的钢管和钢板制作的 辊筒，使辊筒的制造更为困难。 为了能够加工经济合理、符合要求的辊筒，以保证产品可靠运转。所以将以具体 零件为试验件，给出了相应的试验数据，以解决我公司动平衡这一难题。使公司产品 更上一个台阶。 1 3 目前国内外的现状及发展状况 动平衡是转子动不平衡及静不平衡必须在垂直于旋转轴的两个平面( 即校正平面) 内分别进行配重或去重，使转子达到平衡。平衡重量数值和位置，必须使转子在动力 状态下，即转子在旋转的情况下确定。因为需要两个平面校正，故又称双面平衡。 能够旋转的物体统称转子，几乎所有的转子在制造过程中不可避免地因材质不均匀 和加工装配的误差而导致的重心偏离转子旋转中心，使机器产生动不平衡。动平衡是 一3 一 北京化工土学工程硕士研究生论文 为了改善这种倾向，使机器运转平稳、减少振动、降低噪音和延长使用寿命。动平衡 起源于是四十年代。五、六十年代以来，动平衡技术在国外，特别是美国、德国、日 本、前苏联发展迅速。 2 0 0 2 年，我公司为江苏南天集团生产b o p p 生产线中的纵拉机和牵引机，这家公 司已购德国的生产线一条，需国产化再设计一条，生产线速度为1 2 0 1 1 1 ，m i n ，由桂林电 器科学研究所进行设计，其对牵引机中的牵引和冷却辊筒的动平衡的精度要求为g 6 3 级，试验转速6 3 0 “m i n 。 2 0 0 4 年我公司与日本一家公司合作生产一条塑料挤出拉伸膜辅机，日方对各种辊 筒的平衡精度要求为5 0 9 以下，要求非常高，而我也是这条生产线的主管工艺员，面 对如此严格的平衡精度要求，让日方拿出依据，日方也未给出，但必须保证平衡精度 最大为1 0 0 9 的要求。从这里可以看到臼方对平衡的重视程度。 目前从国外进口的塑料压延( 意大利、德国、日本等) 的辊筒动平衡技术用的非 常好。我国从五十年代初就开始了动平衡的研究，其中有航空部、原机械工业部等系 统的工厂和研究机构及一些大专院校等。他们对动平衡，从机理、工艺、和设备等方 面都做了不少工作。目前，不少工厂在实际生产中应用，并取得了很好的效果。 1 4 研究的主要目的和意义 根据动平衡试验，提出针对各种压延辅机辊筒动平衡的工艺措施，找出适合本公司 情况的可行性方案，考察其使用效果，总结出使用数据和经验。 1 ) 提高机器的使用寿命，增加产品的竞争能力。 2 ) 公司中各类辅机中有很多大小直径不等、结构各异的辊筒，通过对四辊压延辅 机动平衡的研究，使全公司产品的质量上一个台阶，产品提高一个档次。 3 ) 在橡塑机械中的应用更加经济合理，阻确保用户需要。 学习研究国内外在进行动平衡的经验，为本公司橡塑机械产品做出开创性的工作，以 填补了动平衡技术在压延辅机制造中应用的空白，为今后新产品的开发奠定了基础。 1 5 研究方案 针对塑料压延辅机的各种用途的辊筒，现以s y u 一f 4 r 4 6 0 0 拉伸拉幅压延辅机为 例，首先从设计的结构、工艺、经济性等方面来分析，在各环节尽量消除不平衡因素， 从铆焊车间的焊接开始，从单件毛坯开始，使辊筒的筒皮与两支撑轴之间应保证选择 正确的配合形式。通热油的引离辊，在制造过程中，一方面采用烘装的技术，即保证 了平衡又达到辊面温度一致的设计要求；另一方面对辊筒外圈，由于国产无缝钢管及 板材的精度很差，所以来料的厚度偏差很大且长度方向弯曲亦大，另外设计图纸中给 4 北京化工土学工程硕士研究生论文 出工艺加配重的空间太小，所以工艺在焊接前采用对辊简单件毛坯进行内外加工的方 法，解决平衡问题；凡是长筒皮能选用无缝钢管的，工艺就采用推镗或车削的技术， 来保证壁厚均匀。拉伸拉幅产品中冷却辊筒为由6 1 0 4 6 0 0 ，直径偏大，无大钢管供给 情况下，外筒是采用钢板下料、压头、滚圆、焊接、校园，并分段加工来保证外筒壁 厚均匀，经正确的组立和焊接及反复的消除焊接应力的方法，保证了冷却辊筒的质量， 为以后的加工工序奠定了基础，为动平衡作好了准备。 进入机械加工的辊筒毛坯，在粗加工过程中，根据基准统一的原则，以外圈上的 架子口为基准，用划针盘和百分表进行找正，确保管壁均匀，即遵循平衡所要求的壁 厚均匀的原则，只有这样才能保证用户要求的辊筒如牵引辊转动均匀和灵活，并保证 辊筒工作表面温差小。而对其它辊筒经过动平衡试验，标出偏重位置，采用特殊的借 车技术，车去偏重部分，经过半精车和动平衡试验，钳工与电焊工配合，用焊接变形 较小的氩弧焊焊牢配重块。这里配重块的形式( 扇形块或配重棒) ，应具体问题具体分 析，根据各自的条件明确焊接时应注意的问题，以防止辊面尺寸加工不够、配重块脱 落、以及辊筒内部铁屑清理的问题，焊工应注意的问题等，再重新作动平衡试验，达 到设计满意的动平衡要求。经过上面对辊筒的各种因素的综合考虑，再经过磨削辊筒 的工作辊面，经辊简的表面处理，只有这样才能生产出一优质品。所以，要求必须做 到： 1 ) 调研及学习相关平衡理论及工艺实施技术，全面分析我公司压延机牵引装置，压花 装置，缓冷装置，冷却装置，切边装置，切割卷取中有动平衡要求的主、被动长辊简 零件结构特点； 2 ) 针对塑料压延拉伸拉幅产品，研究辊筒的结构形式，分析不平衡原因，工艺过程及 实施措施，得出试验数据和结论； 3 ) 制订动平衡规程或相关的守则； 4 ) 对产品设计提出结构方面的改进建议。 一5 一 北京化工土学工程硕士研宛生论文 第二章机械的平衡 2 1 机械平衡的目的及内容 2 1 1 机械平衡的目的 机械在运转时，构件所产生的不平衡惯性力与惯性力矩将在运动副中引起附加的 动压力。这不仅会增大运动副中的摩擦和构件的内应力，降低机械效率和使用寿命， 而且由于这些惯性力( 力矩) 的大小和方向一般都是周期性变化的，所以必将引起机 械及其基础产生强迫振动。如果其振幅较大，或者频率接近于机械的共振频率，则将 引起极其不良的后果。不仅会影响到机械本身的正常工作和使用寿命，而且还会使附 近的工作机械及厂房建筑受到影响甚至破坏。 为了完全地或部分地消除惯性力( 力矩) 的不良影响，就必须设法将构件的不平 衡惯性力( 力矩) 加以消除或减少，这就是机械平衡的目的。 由上述可知，机械的平衡是现代机械的一个重要问题，尤其在高速机械及精密机 械中，更具有特别重要的意义。 2 1 2 机械平衡的内容 在机械中，由于各构件的结构及运动形式的不同，其所产生的惯性力和平衡方法 也不同。据此，机械的平衡问题可分为下面两类。 2 1 2 1 绕固定轴回转的构件惯性力的平衡 绕固定轴回转的构件，常称为转子。这类构件的惯性力可利用在该构件上增加或除 去一部分质量的方法予以平衡。这类转子又分为刚性转子和挠性转子两种。 ( 1 ) 刚性转子的平衡在一般机械中，转子的刚性都比较好，其共振转速较高，转 子的工作转速一般低于( o 6 o 7 5 ) n 。，( 为转子的第一阶共振转速) 。在此情况下， 转子产生的弹性变形甚小，故把这类转子称为刚性转子。刚性转子的平衡原理是基于 理论力学中的力系平衡理论。如果只要求其惯性力平衡，则称之为转子的静平衡；如 果不仅要求其惯性力达到平衡，而且还要求惯性力引起的力矩也达到平衡，则称之为 转子的动平衡。刚性转子的平衡原理和方法是本章要介绍的主要内容。 ( 2 ) 挠性转子的平衡在机械中还有一类转子，如航空蜗轮发动机、汽轮机、发动 机等中的大型转子，其质量和跨度很大，而径向尺寸却比较小，故转子在工作过程中 一6 一 北京化工土学工程硕士研宪生论文 将会产生较大的弯曲变形，从而使其惯性力显著增大。这类转子称为挠性转子。挠性 转子的平衡原理是基于弹性粱的横向振动理论，该问题不属于本课题研究和实验范畴， 本章只作简单介绍。 2 1 2 2 机构的平衡 作往复移动或平面复合运动的构件，其所产生的惯性力无法在该构件上平衡，而 必须就整个机构加以研究。设法使各运动构件惯性力的合力和合力偶得到完全地或部 分地平衡，以消除或降低其不良影响。由于惯性力的合力和合力偶最终由机械的基础 所承受，故又称这类平衡问题为机械在机座上的平衡。 2 2 刚性转子的平衡计算 2 2 1 刚性转子的静平衡计算 对于轴向尺寸较小的盘状转子( 一般限于转子的轴向宽度b 与其直径d 之比b d 小于o 2 者) ，如齿轮、盘状凸轮、带轮、叶轮、螺旋浆等，它们的质量可以近似认为 分布在垂直于其回转轴线的同一平面内。在此情况下，若其质心不在回转轴线上，则 当其转动时，其偏心质量就会产生惯性力。因这种不平衡现象在转子静态时即可表现 出来，故称其为静不平衡。对这类转子进行静平衡，可利用在转子上增加或除去一部 惫爹 。 w b a ) 。 b ) 图2 1 刚性转子的静平衡示意图 分质量的方法，使其质心与回转轴心重合，从而即可使转子的惯性力得以平衡。 一7 一 心肜 北京化工太学工程硕士碍霓生论文 由上可知，转子的静不平衡是由于转子的质心与其回转轴心不重合所 致，所以在设计时就必须通过静平衡计算予以解决，现说明如下。 图2 1 ，a 为一盘状转子，根据其结构( 如其上有凸台等等) ，已知其具 有偏心质量m 1 ，n 1 2 ，它们各自的回转半径为r 。r 2 ，方向如图所示。当转 子以角速度w 回转时，各偏心质量所产生的离心惯性力分别为 间i w 2 ；i i = 1 ，2 式中；i 表示第i 个偏心质量的矢径。 ( 2 - 1 ) 为了平衡这些离心惯性力，可以在此转子上加一壬煎厦量d 址，使其产生的离心惯 性力p b 与各偏心质量的离心惯性力p i 相平衡。由于这些惯性力形成一平面汇交力系， 故得转予静平衡的条件为 芦= t + e = o ( 2 2 ) 设平衡质量m b 的矢径为，b ，则得 p b 砌b w 2 “( 2 3 ) 将式( 2 1 ) 、( 2 2 ) 、( 2 3 ) 代入式( 2 2 ) 并整理得 m 1r l + m 2 r2 + r n b “= 0( 2 - 4 ) 式中m i rz 称为厦丝丑，为矢量。 平衡质径积m b ，b 的大小和方位，可根据上式用图解法求得。如图2 1 b 所示，以质 径积比例尺u ，= m ；r 。w 。( k g c m 唧) 按矢径，、，。的方向连续作矢量形。、：以代表质 径积m 。r 。、m 2 r ：。则封闭矢量矿。就代表平衡质径积i i l b h ，其方向与“的方向一致， 大小为u ，w 。在求出b ，b 后，在根据转子结构选取r b ，即可定出平衡质量i i l b 。 显然，也可以在r b 的反方向h 处除去一部分质量来使转子得到平衡，只要保 证m b r b = i i l br b 即可。 根据上面的分析可见，对于静不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，都只需 要在同一平衡面内增加或除去一个平衡质量即可获得平衡，故又称为皇亘垩煎。 2 2 2 刚性转子的动平衡计算 对于轴向尺寸较大的转子( b d o 2 ) ，如内燃机曲轴、电机转子和机床主轴等 图2 2曲轴质量分布图 一8 一 北京化工土学工程硕士碍究生论文 p 图2 3 转子的质心在回转轴心上图 b 翘冷“ 图2 4 刚性转子的动平衡示意图 d 其质量就不能再视为分布在同一平面内了。这时偏心质量往往分布在若干个不同 9 一 北京化工太学工程硕士研究生论文 的回转平面内，如图2 2 所示的曲轴即为一例。在这种情况下，即使转子的质心在回 转轴线上如图2 3 所示，由于各偏心质量所产生离心惯性力不在同一回转平面内，因 而将形成惯性力偶，所以仍然是不平衡的。而且该力偶的作用方位是随转子的回转而 变化的，故不但会在支承中引起附加动压力，也会引起机械设备的振动。这种不平衡 现象，单就转子的静止状态是显示不出来，只有在转子运转的情况f 才能完全显示出 来，故称其为动不平衡。对这类转子进行平衡，要求转子在运转时其各偏心质量产生 的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。 如图2 4 ，a 所示，为一厚转子，根据其结构，己知其偏心质量m 。、m ：及【1 3 分别 位于回转平面1 、2 及3 内，它们的回转半径分别为nr ：及r 3 ，方向如图所示。它们 产生的惯性力尸、尸。及尸。，将形成一空间力系，故转子动平衡的条件是：各偏心质 量( 包括平衡质量) 产生的惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力偶矩矢 量和为零，即 y = o ，ym = o ( 2 5 ) 下面我们研究其平衡计算问题。 由理论力学可知，一个力可以分解为与其相平行的两个分力。如图b 所示，可将 力尸分解成p 。、p 。两个分力，其大小分别为 p 。= p l 。l ，p l i = p ( l 一1 。) l( 2 6 ) 方向与p 力一致。为了使转子获得动平衡，应根据转子的结构，首先选定两个回转平 面i 及i i 作为平衡基面( 将来即在这两个面上增加或除去平衡质量) 。再将各离心惯性 力按上述的方法分别分解到平衡基面i 及i i 内，即将p 、p 。、p ，分解为p 、p 。、 p 、( 在平衡基面i 内) 和p 。、p 。p 。( 在平衡基面i i 内) 。这样就把空间力系 的平衡问题，转化为两个平面汇交力系的平衡问题了。只要在平衡基面i 、1 i 内适当 地各加一平衡质量，使两平面内的惯性力之和分别为零，这个转子便可得以动平衡。 至于两个平衡基面i 及1 i 内的平衡质量的大小和方向的确定，与前述静平衡计算 的方法完全相同。例如，就平衡基面i 而言，平衡的条件是 p 1 i + p2 l + p3 i + pb 1 = o( 2 7 ) 式中。= ；1 ，l = m 。w 2 ；。l ，l 平衡质量的惯性力。= m h l w 2 ；。 将其代入式( 2 7 ) 并经整理得 m lr1 1 1 l + m 2 ，2 l2 l + m 3 ，3 1 3 l + m b l ，b 】= 0 ( 2 8 ) 这个矢量方程可用图解法求解。选取质径积比例尺u 。= m 【r ，1 。l w 。，( k g c m 唧) ， 按矢径r 、，：、r 。的方向作矢量，。，。( 图c ) ，分别代表m ，1 几， m ：，：l ：l ，m 3 ，。1 。l ，则封闭矢量形。i 就代表平衡质径积弧i ，。即i l l b ，b ，的大小 为u 。矽。i ，方向与形。i 相同。 一1 0 业京化工太学工程硕士研究生论文 同理可求得平衡基面i i 内的平衡质径积m b 咿w 。如图d 所示。而在根据转子的结 构定出r h 及“，。后，即可最后定出平衡质量m bz 及m h ” 由以上分析可知，对于任何动不平衡的刚性转予，无论其具有多少个偏心质量， 以及分布于多少个回转平面内，都只要在选定的两个平衡基面内分别各加上或除去一 个适当的的平衡质量，即可得到理论上的平衡。故动平衡又称为双面平衡。 平衡基面的选取需要考虑转子的结构和安装空间，以便于安装或除去平衡质量。 此外，还要考虑力矩平衡的效果，两平衡基面间的距离应适当加大一些。因此常选取 转子的两端面作为平衡基面。 2 3 刚性转子的平衡实验 经过上述平衡计算，并在设计时予以平衡的转子，在理论上应是平衡的。但由于 制造和安装的不精确，材质的不均匀等原因，仍会产生新的不平衡，这在设计时是无 法用计算的方法加以确定和消除的，而只能借助于平衡试验设备，用实验的方法来确 定出其不平衡量的大小和方位，然后利用增加或除去平衡质量的方法予以平衡。 2 3 1 静平衡实验 静平衡实验所用的设备比较简单，图2 5 所示为导轨式静平衡实验机，将欲平衡 的转子的轴支于两个水平放置的平行导轨上，即可进行静平衡实验。 图2 5 静平衡实验 2 3 。2 动平衡实验 如果转子有偏心质量存在，则当其在两导 轨上静止时，显然其质心s 必然位于最下方。 所以在平衡时，可将转子轻轻转动一下，使其 在导轨上滚动，待其静止时，便可断定其质心 s 必位于轴心的正下方，此时在轴心的正上方 加装一平衡质量，然后再重复试验，增减平衡 质量，直至转子在任何位置都能保持静止。这 说明转子的质心s 已与其回转轴线重合，即 转子达到静平衡。 转子的动平衡实验一般需要在专用的动平衡机上进行。动平衡机有各种不同的型 式各种动平衡的构造和工作原理也不尽相同，但其作用都是用来确定需加于两个平衡 基面中的平衡质量的大小及方位。当前工业上使用较多的动平衡是根据振动原理设计 一l l 一 串 北京化工太学工程硬士研完生论文 的，并且利用测振传感器将转子转动所引起的振动信号通过电子线路加以处理和放大， 最后用电子仪器显示出被测转子的不平衡质径积的大小和方向。如图2 7 所示。被测 试转子4 放在两弹性支承上，由电动机i 通过带传动2 驱动，转子与带轮之间用双万 向联轴节3 联接。试验时，转子上的偏心质量所产生的惯性力使弹性支承产生振动， 而此机械振动通过传感器5 和6 转变为电信号，而由传感器5 、6 得到的振动电信号同 时传到解算电路7 ，它对信号进行处理，以消除两平衡基面之间的相互影响，而只反映 出一个平衡基面中偏心质量引起的振动电信号，然后经过选频放大器8 ，将信号放大， 并由仪表9 显示出不平衡质径积的大小。而放大后的信号又经过整形放大器1 0 转变为 脉冲信号，并将此信号送到鉴相器l l 的一端鉴相器的另一端接受的是 图2 7 平衡机的工作原理示意图 基准信号。基准信号来自光电头1 2 和整形放大器1 3 ，它的相位与转子上的标记1 4 相 对应，即以与转子转速相同的频率变化着。鉴相器两端信号的相位差由相位表1 5 读出。 我们可以标记1 4 为基准，根据相位表的读数，确定出偏心质量的相位。在将一个平衡 基面中应加平衡质量的大小、方位确定后，再以同样方法确定另一平衡基面中应加的 平衡质量的大小及方位。此外，对一些尺寸很大的转子，无法在实验台上进行动平衡 时，就需要进行现场动平衡。而对于一些高速转子，虽然在制造期间已在工厂平衡过， 但由于装运、蠕变和工作温度过高等原因，仍会发生微小变形，往往也需在工作现场 进行重新平衡。现场平衡就是通过直接测量机器上的转子支架的振动，来反映转子的 不平衡量的大小及方位，进而确定应加平衡质量的大小及方位。 1 2 北京化工太学工程硕士研究生论文 第三章刚性转动零件的动平衡试验的概述 3 1 基本概念： 3 1 1 不平衡离心力基本公式 具有一定转速的刚性转动件( 或称转子) ，由于材料组织不均匀、加工外形的误差、 装配误差以及结构形状局部不对称( 如键槽) 等原因，使通过转子重心的主惯性轴与旋转 轴线不相重合，因而旋转时，转子产生不平衡离心力，其值由下式计算： c = ( w 曲e ( ) 2 = ( w g ) e ( n 3 0 ) 2 一一( 公斤) ( 3 1 ) 式中：w 一转子的重量( 公斤) e 一一转子的重心对旋转轴线的偏心量( 毫米) n - 一转子的转速( 转分) u 一转子的角速度( 弧度秒) 哥一一重力加速度9 8 0 0 ( 毫米秒2 ) c 离心力( 公斤) 由上式可知，当重型或高转速的转子，即使具有很小的偏心量，也会引起非常大的 不平衡的离心力，成为轴或轴承的磨损、机器或基础振动的主要原由之一。所以零件 在加工和装配时，转子必须进行平衡。 3 12 转子不平衡类别 1 ) 静不平衡转子的惯性轴与旋转轴线不相重合，但相互平行，即转子重心不在 旋转轴线上，如图3 1 a 所示当转子旋转时，将产生不平衡的离心力。 2 ) 动不平衡转子的主惯性轴与旋转轴线交错将产生不平衡的离心力，且相交于 转子的重心上，即转子重心在旋转轴线上，如图3 1 b 所示。这时转子虽处 于静平衡状态，但转子旋转时将产生一不平衡力矩。 3 ) 静动不平衡大多数情况下，转子既存在静不平衡，又存在动不平衡，这种情况 称静动不平衡。即转子的主惯性轴与旋转轴线既不重合，又不平行，而相交于转子 旋转轴线中非重心的任何一点，如图3 1 c 所示。当转子旋转时，将产生一个不平 衡的离心力和一个力矩。 一1 3 北京化工史学工程硕士研究生论文 3 1 3 转子静平衡 转子静不平衡只须在一个平面上( 即校正平面) 安放一个平衡重量，就可以使转子达 到平衡，故又称单面平衡。平面的重量的数值和位置，在转子静力状态下确定，即将 转子的轴颈放置在水平刀刃支承上，加以观察，就可以看出其不平衡状态，较重部份 会向下转动，这种方法叫静平衡。 3 1 4 转子动平衡 转子动不平衡必须在垂直于旋转轴的二个平面( 即校正平面) 内各加一个平衡重 量，使转子达到平衡平面的重量的数值和位置，必须在转子旋转情况下确定，这 种方法叫动平衡因需两个平面作平衡校f ，故又称双面平衡 刚性转予只须作低速动平衡试验，其平衡转速一般选用第一临界转速的1 3 以下。 主慢性轴 主惯性事b 。 嚏性轴事- of 、 【， 土一竹h卜 斟 ll u * 。掣 n 叫 n l !。：。札 a )b ) 图3 1 转子不平衡类别 3 1 5 转子不平衡产生的原因 1 ) 设计与制造的误差 2 ) 材料的缺陷： 3 ) 加工与装配的误差。 3 1 6 转子不平衡产生的危害 1 ) 会对轴承、支架、基体产生附加有害作用力 2 ) 引起振动； 3 ) 对制品的质量有影响。 一1 4 c ) 北京化工土学工程糠士研究生论文 3 2 动平衡与静平衡的选择 一般选取的范围： 1 )当转子厚度l 与外径d 之比( l d ) o 2 时( 盘状转子) ，一般只需进行静 平衡。 2 )当转子厚度l 与外径d 之比( l d ) 大于0 2 ，应根据转子的工作转速来决定 平衡方式。图3 2 表示平衡的应用范围，下斜线以下的转子只需要进行静平衡，上 斜线以上的转子必须进行动平衡，两斜线间的转子须根据转子的重量、制造工艺、 加工情况( 部分加工还是全部加工) 及轴承的距离等因素，来确定是否需要进行动平 衡。一般不重要部位使用的零件，旋转速度较低的转子零件，设计需要作平衡试验 的，一般只按排作静平衡。 i ，d 1 5 1 0 0 5 0 图3 2 动、静平衡选择图 3 3 许用不平衡量的确定 3 3 1 许用不平衡量的表示方法 评价转子不平衡大小在图纸上可以用许用不平衡力矩表示，即转子重量与许用偏心 距的乘积，单位为克毫米也可用偏心距表示，单位为微米。 1 9 7 3 年国际标准化协会对于刚性转子相应不同平衡精度等级g 的许用偏心距 各种具有代表性的旋转机械钢性转子应具有的精度等级见表3 一l 上。可供确定刚性转 子许用不平衡量值的参考： 静平衡( 单面平衡) 的许用不平衡力矩为： m = e 1 0 0 0 w( 3 2 ) 动平衡( 双面平衡) 的许用不平衡力矩为： m = 1 2 ( e 1 0 0 0 w )( 3 3 ) 1 5 北童化工太学工程碛士研究生论文 式中 m 许用不平衡力矩( 克毫米) e 许用偏心距( 毫米，) w 转子重量( 公斤) 3 3 2 许用不平衡量控制的误差 平衡精度等级 g 2 5 g 1 6 g 1 g o 4 允许偏差 1 5 3 0 5 0 3 3 3 平衡精度的分类 1 9 7 3 年国际标准化i s o 推荐”旋转刚性平衡精度”的判断标准中度等级g 的许用偏 心距和各种具有代表性的旋转机械刚性转子应当具有的精度等级分别表示在图根据e ( ) 乘积为一常数，分为1 1 等级，见表3 1 3 3 4 在外圆处许用平衡配重值 在外圆处许用平衡配重值与平衡精度等级和工作转速度关系式 许用静平衡在外圆处配重值计算公式为： m = f e ( i ) w 瓜1 0 0 0 0 n( 3 3 ) 许用动平衡在外圆处配重值计算公式为： m = e 1 w 服1 0 0 0 0 n ) 2 ( 3 4 ) 注：1 ) 后面除2 是动平衡的两个端面处的每一端面的动平衡许用配重值。 2 ) 其中：m _ 一一一许用配重值。g 一一工件重量。k g eu 一选定的平衡精度等级数值。m m s d 2 ；r 一工件半径。唧 一一一工件角速度。弧度秒= n 3 0 一( 1 l o ) n n 一一工件转速。r i n 1 6 。 姑囊耗工文学工程壤士辑宪生论文 嶷3 一l 平衡耪度的分类 精度等e 转子类型 的 举 例 级g( 藏米秒) g 0 4o 4 精密磨床主轴，磨轮及电枢，圈转仪 g i 。0l 熬藤驱动孛| ：，姆臻蘩求的小型电枢，灌带录誊撬及錾声辊翡骧动纷。 2 5 汽轮机和燃气轮机的转子，发电机的刚性转予，离心式压缩机的转子， 机床驱动件，特殊要求的中型和人型的电机转子，小型电机转子，汽 轮椒驱魂盼东裂转予 g 6 36 3 船用主汽轮机番轮，离心分离枫麓转鼓、通风枫，装配豹航窀厢然气 机轮子，飞轮，水泵叶轮，机腺及一般机械的转动件，般电机转子， 特殊要求的发动机个别转动件 g 1 51 6 特殊要求豹驱秘辘( 壤蓑桨轴，万彝骚疆繁躲鞫) ，酸碎蔽援豹转动铎， 农业机械的转动件，汽车，卡车和机车发动机( 汽油机或柴油机) 的个 剐转动件，特殊要求的六缸和寥缸发动机的曲轴驱动件 g 4 e唾o 汽车车轮，轮缨、整套车轮、骥动辘，弹性安装六缸霹多螽芏舞速霾 申 襁发动机( 汽油机和柴油机) 的曲轴驱动件，汽车，卡车和机车发动 机的曲轴驱动件 g 1 0 0l o o 六缸和多缸高遣柴油发动机的妁轴驱动件，汽车、卡车、机车发动 机( 汽浦辊和紫濑辊) 的整瓿转予 g 2 5 02 5 0g 2 5 g 6 3 06 3 0 固定安装大型四冲程发动机的曲轴驱动件，弹性安装船用柴油机的曲 辍驱动搏 g 1 6 0 01 6 0 0 脚定安装大型= 冲程发动机的曲轴驱动件 g 4 0 0 04 0 0 0 固定安装单数气缸低速船用柴油发动机的曲轴驱动件 注： 若n 嗣转分，。璃弧疫秒测定，刚= 2 n 6 0 4 n l o ； 指蓝鞍鞭动件是一个缀合俘，包菇魏毒搓i 、飞轮、离舍器、皮带轮、躐攘器和连耔瓣转动帮静等 指活塞速度低于9 米秒为低速柴油机发动机，活豢速度高于9 米秒为高速柴油机发动机； 发动机憨机转子其重量包括注所述的曲轴驱动什的全部重量。 1 7 一 北京化工文学工程硕士拜霓生论文 第四章四辊压延辅机及压延辅机中的焊接辊筒 4 1 塑料四辊压延辅机的特点 塑料四辊压延机利用压延成型的工艺方法，通过主辅机生产线，加工出合格的塑 料制品。 4 1 1 压延成型简介 压延成型是生产薄膜和片材的主要方法：它是将已经塑化的接近粘流温度的热塑 性塑料通过一系列相向旋转的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，成为具有 一定厚度、宽度与表面光洁的薄片状制品。用作压延成型的塑料大多是热塑性非晶态 塑料，其中以聚氯乙烯用得最多；它适于生产厚度在o 0 5 0 5 毫米范围的软质聚氯乙 烯薄膜，和o 2 5 0 7 毫米范围内的硬质聚氯乙烯片材。当制品厚度大于或低于这个范 围时，一般不采用压延法而采用挤出吹塑法或其它方法。 在压延成型过程中，借助于辊筒问生产的剪切力，让物料多次受到挤压、剪切可 以增大可塑性，在进一步塑化的基础上延展成为薄型制品。整个压延过程可分为两个 阶段，即供料阶段( 包括塑料各组分的捏合、塑化、供料等) 和压延阶段( 包括压延、 牵引、刻花、冷却定型、输送以及切割、卷取) 。 主机采用钻孔辊筒和热油循环系统，使辊面温度达到各种制品所需要的温度2 2 0 ，控制辊面温差1 范围内，热油为加热介质，热容量高、压力低、稳定、耗电少。 采用多辊牵引辅机，能使膜在热态下拉伸2 0 0 4 0 0 ，而宽度不变，厚度均匀， 从而使主机在不高的速度下，生产率提高两倍以上，采用光电跟踪切边装置，采用自 动切割卷取装置，可使辅机速度提高到1 2 0 米分以上，制品的宽度经拉幅可达4 0 0 0 m m 。 4 1 2 塑料四辊压延辅机的组成及工作原理 4 1 2 1 压延成型辅机 压延成型工艺操作特点要求成型工艺过程必须有一套完整的压延成型设备才能够 完成。这一整