利用Excel进行动平衡机评定

王兴亮

(陕西航空电气有限责任公司，兴平 713107)

0　引言

随着我国经济的飞速增长，制造业的复苏，特别是目前设备向高速化、高效化和高精度化发展，旋转机械的动平衡问题日益突出，已经成为制约重大设备产品质量性能的关键因素。为保证旋转件的品质，动平衡机的正确检验与合理评定显现得尤为重要。

动平衡机按照GB/T 4201—2006/ISO 2953：1999《平衡机的描述检验与评定》进行检验与评定，平衡机的主要性能用最小可达剩余不平衡量Umar和不平衡量减少率URR两项综合指标评定判断是否符合要求。检验与评定时，通常是人工记录数据，然后人工进行计算和绘制Umar及URR评定图，过程繁琐而且效率低。为改进原检验与评定过程的人工计算、绘制图形的方法，提高效率及准确性，利用Excel中的函数及图表功能，研究动平衡机检测数据自动计算且绘制评定图的方法，并达到预期效果。

1　设计流程

动平衡机分为卧式和立式平衡机两大类。本文针对常用卧式平衡机B型校验转子双面动平衡进行探讨。

1.1　最小可达剩余不平衡量Umar

最小可达剩余不平衡量Umar即平衡机能使转子达到的剩余不平衡量的最小值，单位是g·mm，是衡量平衡机最高平衡能力的性能指标。

在校验转子的3试验平面上加可产生10Umar不平衡量的试验质量，按任意顺序将该试验质量依次加在3平面上的所有螺孔中，运行转子，测量试验质量在每个位置上对应的1和2试验平面上的不平衡量。我们以一台卧式平衡机为例，记录数据如表1所示。

表1　Umar检测记录　g·mm

利用Excel中SUM函数求每个平面不平衡量值的总和：

SUM(number1,number2,...)

再用AVERAGE函数求每个平面不平衡量值的平均数：

AVERAGE(number1，number2,...)

然后再求每个平面各试验质量位置的不平衡量值相对于其平均值的倍数：

平面不平衡量值/平面不平衡量值的平均数

在Excel中插入图表，图表类型选择“XY散点图—平滑线散点图”(如图1)，在源数据对话框中X值选择试验质量位置，Y值选择各平面不平衡量值相对于平均值的倍数。

图1　选择图表类型平滑线散点图

双面试验Umax检测评定图如图2所示。其中Y轴两条虚线(0.88和1.12)表征每个平面算术平均值的±12%的限值界线，所标绘点均在两条虚线给定范围内，允许有一点超出，可认为该平衡机通过Umar检测。

图2　双面试验Umar检测评定图

1.2　不平衡量减少率URR

不平衡量减少率URR即经过一次平衡校正所减少的不平衡量与初始不平衡量之比值，它是衡量平 衡机效率的性能指标，以百分数表示：

URR(%)=(U1-U2)/U1×100%

=(1-U2/U1)×100%

式中：U1为初始不平衡量；U2为次平衡校正后的剩余不平衡量。

URR检测由一组11次测量操作组成，在每个试验平面上要使用一个固定试验质量Ustation和一个移动试验质量Utravel，我们选取Ustation=30Umar，Utravel=5Ustation，分别在标准校验转子柱面上左、右试验平面的12个孔中任选一个孔作为固定试重的安装位置,两固定试重的位置不许同相或反相。再分别在左右试验平面的12个孔中任选一个作为移动试重的起始位置。启动平衡机,测量和记录两个试验平面的幅值和相位值，将左试验平面上的移动试重每次增加30°,右试验平面上的移动试重每次减少30°,安装到下一个试验孔。启动平衡机,测量和记录数据。重复此试验,碰到固定试重时跳过,直到完成一圈11孔的试验为止。双面试验URR检测记录如表2所示。

表2　双面试验URR检测记录

续表

用CAD绘制URR极限图，在Excel编辑菜单中选择“选择性粘贴”，在对话框中选择图元文件，将URR极限图插入Excel中，将图片工具栏中“设置对象格式”对话框“颜色与线条”透明度调到100%。在Excel中插入图表XY散点图，选择子图表类型如图3所示。

图3　选择图表类型XY散点图

因URR极限图中坐标单位为Ustation的倍数，所以利用Excel函数功能将幅值读数算成Ustation倍数：

不平衡量值/Ustation

将散点图和URR极限图坐标调整一致，因不平衡量值是由量值和相角组成的一对数据，Excel无法在极坐标下绘图，因此我们需要把不平衡量转换到XY坐标轴：

X值=不平衡量值倍数*SIN(RADIAND(不平衡量相角-固定试重相角))

Y值=不平衡量值倍数*COS(RADIAND(不平衡量相角-固定试重相角))

双面试验URR评定图如图4所示。URR评定图上的所有试验点均应落在对应着标称的URR限值的极限圆内，允许每个校正平面有一点超出，则URR检测合格，否则平衡机不能通过此项检测。

图4　双面试验URR评定图

2　小结

动平衡机的常规评定方法繁琐、耗时、人工描绘评定误差较大。为改善以上问题，减少人工工作量，提高检测评定的效率和准确性，设计了基于Excel的动平衡机评定系统。该系统利用动平衡检测数据进行自动计算且绘制Umar和URR评定图，判断动平衡机是否符合要求。经反复实验论证，可以达到预期要求。

[1]GB/T 4201—2006/ISO2953：1999平衡机的描述检验与评定[S]

[2]尚晓新.Excel2007入门与应用[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2011

[3]刘健忠,高建平,张铁军.Excel函数公式与图标[M].北京:北京希望电子出版社,2012

[4]周骏,潘晓铭,周哲为. 转子动平衡的技术研究[J].机械设计与制造,2007(4):151-153

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