动平衡等级,动平衡等级计算公式

2022-08-23 4:01:08 生活指南 group

动平衡等级



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刀具动平衡和转速的关系

提高切削速度结合更高的平衡要求对整个工具系统 (机床主轴、夹紧装置和刀具系统) 提出更严格的平衡条件。

刀具平衡要求

​为了增强按照ISO 1940-1标准进行平衡的效果,通常可额外选择下一个更高的平衡等级 (例如G2.5而不是G6.3级)。这在技术上通常是不必要的并且会导致高成本,此外,在许多情况下也无法实现。

​为了证明不平衡所导致主轴载荷的合理性而需要考虑的另一点是,动态切削力 (例如由铣削刀具断续切削产生) 通常明显高于要求的允许剩余不平衡量所产生的离心力。不平衡量对机床结构发挥速度谐波激励作用,激振离心力的大小由不平衡量和转速产生。

​ISO 1940-1标准中规定的刚性转子 (例如电机转子等) 的工具平衡精度要求不能恰当地应用于这些整体系统,因为机床主轴、夹紧装置和刀具表现出本质上不同的特性:

机床主轴、夹紧装置和刀具是变化的系统 (例如通过在加工中心中换刀)由于径向和角向夹紧误差的原因,在主轴内重复换刀会导致整体系统的平衡条件出现变化各个组件 (主轴、夹紧装置和刀具) 的配合公差会对平衡过程产生限制

​刀具系统与机床主轴之间的夹紧误差会对平衡条件的重复性产生限制,有鉴于此,旋转刀具系统的平衡要求必须将所有基本参数都考虑在内。主要目标是限制与不平衡有关的机床振动和系统负载以及过程干扰。

​上述情况创造了一种指定旋转刀具系统平衡要求的新方法。ISO 16084标准满足以将主轴轴承因刀具不平衡而受到的实际载荷考虑在内的方式对旋转刀具系统进行平衡的要求。

​ISO 16084标准规定,因不平衡产生的轴承载荷不得超过轴承动态承载能力的1%。在该标准中,所有允许剩余不平衡量均以 (gmm) 为单位表示,并且不会被分配给ISO 1940-1标准“在恒定 (刚性) 状态下转子的平衡精度要求”中的特定G精度等级。

刀具平衡理论

​导致转子不平衡的原因可能是设计、材料、制造和装配。即使是成批生产而成,每个转子也会沿着其长度有自己的不平衡分布。

​平衡是对转子的质量分布进行检查并在必要时做出调整的过程。这样做是为了确保在工作转速下作用于主轴轴承的不平衡力处于轴承的承载能力范围内。轴颈的振动也被控制在规定的频率极限范围内。

不平衡量,U (gmm)

​是用于说明非对称分布质量相对于旋转轴的径向偏离程度的一种量度,参见下图。

U = m×e

偏心距,e (µm)

​旋转中心与重心之间的距离,参见下图。

e = U / m

不平衡力,F (N)

​不平衡会产生一个离心力,该离心力随着不平衡量和转数的平方线性增加,参见下图中的离心力。

F = U × ω2

刀具平衡理论

旋转轴重心偏心距非对称分布质量离心力

平衡力

​为了补偿不必要的离心力,可减少或增加有助于将重心引导至旋转轴的材料,参见下图。

不平衡量

旋转轴重心偏心距非对称分布质量

通过补偿钻孔进行平衡

旋转轴重心补偿钻孔非对称分布质量

ISO 1940-1标准要求的平衡等级 (G)

​在20,000 rpm的转速条件下将刀具平衡至ISO 1940-1平衡等级G2.5时,允许存在1 gmm/kg的不平衡量 (e = 1 µm),参见下面的图表。例如,一张小山特维克可乐满贴纸相当于4 gmm。在完全相同的转速条件下,ISO 1940/1标准允许重刀柄出现比轻刀柄更大的不平衡量。不同的不平衡量会产生不同的不平衡力,因此无法实现始终如一的系统载荷。

​根据ISO 1940-1标准“在恒定 (刚性) 状态下转子的平衡精度要求”,G是旋转体平衡精度的一种量度。G是重心相对于转速的切向速度。G取决于转速 (n)、旋转体质量 (m) 和不平衡量 (u)。在转速未知的情况下无法确定G等级。

不同ISO 1940-1 G等级的允许剩余不平衡度

X轴:工作转速n,rpm
Y轴:允许剩余不平衡度eper,gmm/kgISO 1940-1计算示例

​Coromant Capto® C4刀柄

平衡等级:G2.5 (转速为20000 rpm时)刀具质量:1.0 kg平衡等级公式偏心距 = 不平衡量/刀具质量

​一张山特维克可乐满贴纸相当于4 gmm

根据ISO 16084标准进行平衡

这是一种为高速切削刀具应用度身定制的标准。ISO 16084标准意味着转子刀具系统的平衡方式将主轴轴承所承受的实际载荷考虑在内,不使用不同的G等级,而是为每种刀具分配一个特定的可接受不平衡量 (U) 值,单位为gmm。

由于ISO 16084标准仅为高速切削刀具应用度身定制,这也意味着引入了一系列与旧ISO标准不同的新参数。这提供了一种要求刀具系统不平衡量的更现实的方式。如前所述,不平衡量要求源自实际作用于主轴轴承的载荷大小,这是整个标准的基础。ISO 16084标准的基本公式如下。

分步计算指南

确定适用的主轴接口 (具有单独定义的参数)。例如,Coromant Capto® C4或HSK-A63确定要执行的加工类型标准加工 (fBAL = 0.8)精加工 (fBAL = 0.2)输入刀具的特定参数刀具质量 (mt)距离重心的长度 (LCG)以RPM为单位的刀具转速 (n)计算*允许不平衡量 (USTAT,PER)

ISO 16084计算示例

确定主轴接口:HSK-A63Cdyn = 25 000 N (*轴承载荷)Am = 50 mm (主轴头轴承)Lb = 415 mm (轴承之间的长度)Es = 2.00 µm (刀柄连接误差)UBM,TOL = 0.75 gmm (平衡机公差)确定加工类型:精加工,fbal = 0.2特定参数mt = 1.4 kg转速,n = 3500 rpmLCG = 75 mmUSTAT,PER = 282 g.mm




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动平衡等级标准

叶轮动平衡需要怎么做?叶轮动平衡是每一台风机必经的标准制造流程。基于多年积累的丰富经验,集智机电研发的叶轮动平衡机,从根本上为叶轮动平衡提供了有效的解决方案。动平衡实际上就是,通过在局部增加或减少一部分重量,将叶轮的质心,尽量地调节到靠近叶轮轴心的位置上。这样做,风机运行过程中的振动和噪音,将显著降低。

集智叶轮动平衡机在开机后,动平衡机在设定的转速下旋转叶轮,在控制面板中,会显示出存在不平衡的相位角度,以及需要调整的不平衡量值。在绝大多数情况下,通常是优先选择增加叶轮重量。通过在叶片、前盘或后盘上安装螺栓、螺母和垫圈等平衡块,进行叶轮的动平衡校正。对于钢制离心叶轮,需要把金属片焊接到叶轮上,之后再将它送去喷漆,作为第一次的动平衡。由于油漆自身重量,往往会影响第一次的动平衡结果,会在喷漆以后,再做第二次动平衡。

叶轮的动平衡等级,决定了允许的残余不平衡量,与叶轮重量和叶轮转速密切相关。为什么叶轮的动平衡如此重要?因为过度的不平衡会引起振动的超标,这会产生噪音异响,并对风机产生损害。可能的损害包括:轴承或皮带的迅速磨损,电机使用寿命缩短,以及浪费电能。如果不能够及时调整,整台风机或相关系统可能会报废。

集智研发团队成员来自浙江大学、西安交大等高校,具备强大的软件开发能力、机械结构设计能力,解决了精密速度传感器设计、精确定位、数学模型建立、自动对刀与进刀、动态密度补偿等难题,拥有全套系统知识产权,可随时测量、随时修改、随时优化、随时完善平衡机相应解决方案。

集智平衡、平衡世界,集智人将积极响应国家号召,做大做强民族产业,持续巩固和提升公司在国内外同行业中的技术优势,全面提升公司综合竞争能力和品牌影响力,为我国平衡装备制造业发展作出贡献。




动平衡等级计算公式

电主轴检测保养方案

电主轴是高速加工机床的关键重要部件,在模具制造、汽车零配件、航空航天、医疗器械等众多领域广泛应用。电主轴寿命一般在10 000h左右,主轴检测、保养及预防性维修对于保证其正常运转、减少停机时间,延长使用寿命有重要意义。

电主轴的技术指标和参数很多,终端用户要对电主轴进行检测及预防性维修,需要确定适合的参数和指标,才能进行预防性维修和检测。以下对几个影响主轴正常使用的关键参数进行解读。

一、 与电主轴性能有关的技术参数

根据目前电主轴的使用维修情况及相关电主轴技术标准,确立以下主要技术参数:

1、 电主轴的动平衡

动平衡G表明动态性不平衡力的单位,而G*MM是静态数据不平衡力矩单位。动平衡精度等级可分成 11个等级,每一个等级间以2.5倍为增加量,从*规定的G0.4到G4000,电主轴动平衡精度等级为G1以内,高转速电主轴要求达到G0.4以内。

2、 电主轴的机械振动状态

电主轴的机械振动状态是对电主轴的整体机械振动状态进行评估,包括径向和轴向振动。如果电主轴的整体机械振动状态不好,会加剧轴承磨损和主轴发热,加工精度和表面加工质量下降。

3、 电主轴的起停机状态

主轴的起停机状态一般是用来检查和测定主轴从0到指定速度及从指定速度到0时主轴的振动状态,测 出某个速度或转速范围的共振峰值,以便在正常加工时避开这个速度或转速范围,以保护电主轴及保证加工精度、表面加工质量等。

4、 电主轴拉刀力

5、 电主轴E M值

EM值直接影响主轴的拉力值、松刀时顶刀量等 以HSK A63为例,松刀时主轴拉刀机构拉杆伸出:拉爪端面距离主轴旋转端面距离为10.5mm;主轴拉刀机构拉杆缩回:拉爪端面距离主轴旋转端面距离为0.5mm)

6、 电主轴轴向圆跳动≤0.005mm、电主轴远端径向圆跳动≤0.01mm/300mm等

2、 电主轴状态检测及保养

电主轴检测及保养汇总表

检测及保养项目

检测仪器设备

正常值范围

周期

备注

电主轴温升

FLUKE测温仪

4个月

电主轴异音

SKF轴承听诊仪

4个月

电主轴动平衡检测

德国申克现场动平衡仪

4个月

德国霍夫曼现场动平衡仪

电主轴拉刀力检测

德国OTT数显拉力计

4个月

德国凯狮数显拉力计

德国戴博油压拉力计

台湾丸荣油压拉力计

电主轴精度检测

德国凯狮HSK系列检测棒

4个月

德国凯狮capto检测棒

台湾丸荣BT系列检测棒

电主轴机械振动检测

4个月

电主轴启停机状态检测

4个月

电主轴EM值检测

4个月

主轴电机定子绝缘检测

西马力电机绕线故障检测仪

4个月

主轴电机定子三相平衡检测

主轴编码器检测

德国VS编码器测试仪

4个月

德国海德汉编码器测试仪

德国蓝宝编码器测试仪

电主轴冷却系统检测保养

每周

1. 每天开机检查油冷机是否工作、冷却液液位

2.每周检查压缩机是否工作、冷却液是否渗漏 3.一个季度清理一次散热风扇过滤网

4.一年更换一次冷却液

电主轴油气润滑系统检测保养

每周

1. 每天排放空压机存水,检查机床气路是否干燥,检查气压,油泵是否正常

2. 每周检查油压是否正常,检查油泵液位,检查油路是否破裂渗漏油,清理油泵及过滤网

3. 一年更换一次润滑油,将油泵、油管、过滤网彻底清洗一次

1、电主轴温度检测,在电主轴运转时,安装轴承的部位会有一定的温升,比室温高2℃为正常,电主轴温度过高原因有:①润滑油质量不符合要求或变质,润滑油粘度过高;②机构装配过紧(间隙不足);③轴承装配过紧;④轴承座圈在轴上或壳内转动;⑤负荷过大;⑥轴承保持架或滚动体碎裂等。

当前维修过较多电主轴都是出现严重发热,主轴轴承抱死,无法旋转,几乎处于报废状态时才送来修理。但是此时电主轴已经严重受损,主轴轴承、拉刀机构、旋转部件、密封部件和主轴锥套等都需要

修理或更换,有些严重损坏的电主轴的定子线圈由于过热、密封损坏等原因出现线圈绝缘下降、短路现象。

2、电主轴轴承噪音,电主轴轴承在工作中允许有轻微的运转响声,如果声音过大或有不正常的噪声 或撞击声,则表明轴承有故障。轴承产生噪音的原因比较复杂,其一是轴承内、外圈配合表面磨损。

由于这种磨损,破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系,导致轴线偏离了正确的位置,在轴在高速运动时产生异响。当轴承疲劳时,其表面金属剥落,也会使轴承径向间隙增大产生异响。此外,轴承润滑不足,形成干摩擦,以及轴承松旷后,保持架松动损坏也会产生异响。对于轴承生产噪音的情况要及时对轴承进行更换并修复相关零部件。如果电主轴已经出现噪音,不及时处理可能会导致轴承座、转子、轴甚至定子线圈都产生无法修复的损坏,大大增加不必要的损失。

3、主轴现场轴承运行状态及动平衡检测。

电主轴的动平衡是指电主轴在高速旋转时的动平衡情况,如果电主轴的动平衡情况不好,会造成电主轴的机械振动加剧,进而造成轴承损坏、主轴发热、加工精度和表面加工质量下降等后果。

4、 主轴拉刀机构检测。不同型号规格电主轴的拉刀力也不同(可见参数数据),如果电主轴的拉刀力不足,一般是拉刀机构出现问题,需要仔细排查。拉刀力不足,会造成刀具在高速旋转过程中脱出主轴,甚至引发严重事故。

5、 检查电主轴几何精度 。如果几何精度不好,会造成加工震刀、产品加工尺寸超出公差范围、刀具损耗严重等情况。根据情况不同,可以采取锥孔电镀研磨甚至更换主轴轴承等措施,对主轴进行修复。

6、主轴冷却系统检测。电主轴在高速运转时线圈及轴承都会产生热量,需要冷却系统及时将多余热量携带出去,以免造成主轴过热损毁轴承、定转子等零件,因此需要定期检查油冷机是否正常工作、定期添加及更换冷却原液(切勿用水冷却,会导致主轴生锈腐蚀)、检查压缩机制冷是否正常、定期清理油冷机风扇过滤网。

长期使用劣质冷却液且未保养更换造成冷却循环通道生锈堵死,主轴温度过高轴承等零件损坏。

7、检查主轴油气润滑系统。油气润滑脏污会导致轴承异音、发热、震动甚至卡死。气源含水会导致轴承润滑失效、定子短路等故障。

定期(半年)清洁主轴油气润滑系统,清洁油气润滑泵及润滑油管,清洗过滤网;检查气源,每周或定期释放空压机干燥机中的冷凝水,保证气源干燥;添加机床厂家规定使用的润滑油。

8、 电主轴定子绝缘性检测及三相阻值平衡检测。定子对地绝缘≥50MΩ,三相阻值不平衡量≤2%。

根据以上测量的数据,建议对电主轴进行定期维护保养和计划性、预防性维修,使电主轴保持良好的使用状态。提前发现问题,快速有计划解决问题,提高生产效率、节约维修成本,避免主轴彻底损坏造成停机误工、主轴维修难度加大、成本增高等问题!


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