汽车回转类零件平衡的研究与实践

黄卫祥

摘 要：汽车运动的零部件中，回转类占的比重很高。回转件由于材料组织不均匀、装配误差、零件外形的误差和机构形状局部不对称等原因，存在转子质心的主惯性轴与旋转轴线不相重合，所以在旋转过程中，转子产生不平衡的离心力。本文着重研究了回转类零件的平衡原理，平衡工艺的实现和精度分析，以及回转类零件的工艺实践。

关键词：回转类零件 平衡 工艺 实践

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0080-01

1 问题的提出

汽车的高速化已成为发展的必然趋势，由于由不平衡引起的离心惯性力于转速的平方成正比，往往会导致轴承负荷的增加，磨损加剧，振动和噪声的形成，缩短机器的使用寿命，且离心惯性力的方向不断变化，因此除在传统的曲轴、传动轴等零件上有平衡要求外，目前在车桥的制动零件上有平衡要求已成为一种新的设计趋势，制动零件的平衡可大大减少离心惯性力对汽车制动性能的影响。

2 回转体平衡原理概述

2.1 回转体的静平衡

对于宽度不大的回转体，可近似认为其偏心重量是位于同一回转平面内。在这种情况下发生不平衡，那是由于回转体的重心不在回转轴上的缘故。这样的不平衡状态，在回转体静止时即可显示出来。

2.2 回转体的动平衡

有些回转体，其偏心重量是分布在不同的几个平面内的，如汽车发动机曲轴为例，即使回转体的重心在回转轴，而由于各偏心重量产生的离心惯性力不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶，所以它仍是不平衡的。这种不平衡状态，只有在回转体运动的情况下，才能显示出来，所以把这样的不平衡回转体称为动不平衡的回转体。而使这样的回转体得以平衡的措施，则称为动平衡。

利用上述分析的结果，对于任何动不平衡的回转体，无论在几个不同的回转平面内，有多少个偏心重量，都只需要在任选的两个平面内分别适当地加上一个配重，即可得到完全平衡。

2.3 转子允许不平衡量的计算

根据标准ISO 1940-1：2003，允许不平衡量的计算公式为：

（1）

式中：表示允许不平衡量，单位：g。

m表示转子的自身重量，单位：kg。

G表示转子的平衡精度等级，单位：mm/s，可查机械设计手册得出。

r表示转子的校正半径，单位：mm。

n表示转子的转速，单位：rpm。

3 回转类零件的平衡工艺分析

3.1 平衡机的分类概述

按照不平衡测量原理分为重力式平衡机和离心力式平衡机两类。重力式平衡机是在转子不旋转状态下，依靠转子重力矩作用测量转子静不平衡的平衡机；而离心力式平衡机是在转子旋转状态下，依靠测量由转子不平衡离心力所引起支承系统的振动或支承所受的动载荷确定转子不平衡的平衡机。重力式平衡机如前所述，效率很低。

按平衡机转子-支承系统的力学特性分类有软支承和硬支承平衡机。软支承平衡机是指平衡转速高于转子-支承系统固有频率的平衡机；而硬支承平衡机系指平衡转速低于转子-支承系统固有频率的平衡机。硬支承平衡机是带电子解算电路的通过测量振动力确定转子不平衡量的。

3.2 平衡机的选择确定

针对汽车回转件的特点，选用立式及单面平衡机、离心力式平衡机；又因硬支承平衡机是测量转子的不平衡离心力，可实现“永久性定标”，操作简单，使用方便，得到越来越广泛的应用，因此选用硬支承平衡机。

4 回转类零件的平衡工艺实施

4.1 夹具的设计

夹具的定位基准应选择零件在工作时的安装基准，采用固定尺寸定心轴的定位方式是可行的。

4.2 工艺实施

夹具安装在平衡机上后，就可以开始实施检测过程了。在检测前应进行如下的准备工作：

4.2.1 定标样件的准备

由于检测前必须进行定标，因此必须准备一个定标样件，此样件是一个其上打有一个用于安装定标砝码的螺纹孔并经平衡后的零件。

4.2.2 量纲的选择

选择gCm作为量纲。

4.2.3 加/去重选择

由于设计图纸要求三种零件达到平衡要求的方式均为去重，因此选择去重方式，即平衡机的显示点为重点。

4.2.4 夹具的偏心补偿

将零件装上夹具，选择主轴偏心定标功能，根据显示提示，输入N=2，带零件开车一次，然后松开零件，并将零件相对于夹具180°旋转，在平衡机显示OK后，即完成夹具的偏心补偿。

4.2.5 许用不平衡量的输入

根据不同的零件，输入许用不平衡量。

4.3 去重

根据检测出的不平衡量，在图纸规定要求的部位去除相应重量的材料，以满足不平衡量。去重装置上采用了在Z535立钻工作台上放置一个Φ400的手动分度头的方式，在分度头上再安装一个Φ320的卡盘，操作时在卡盘上安装零件，手动转动分度头将零件转至钻孔位置，如需要在不同位置钻孔时，则再手动转动分度头，钻孔深度则靠看Z535立钻上的刻度盘来控制。

5 结论

综上所述，回转类零件基本上均可按静平衡来处理，平衡机也基本上可选择单面立式平衡机，平衡机校验项目主要为最小可达剩余不平衡度（emar）和不平衡减少率（URR），平衡夹具的设计要注意平衡精度和定位孔、轴的尺寸关系，当零件重量不大时，要注意压板对检测精度的影响，回转类零件达到平衡要求的方式基本上为去重。

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.endprint

摘 要：汽车运动的零部件中，回转类占的比重很高。回转件由于材料组织不均匀、装配误差、零件外形的误差和机构形状局部不对称等原因，存在转子质心的主惯性轴与旋转轴线不相重合，所以在旋转过程中，转子产生不平衡的离心力。本文着重研究了回转类零件的平衡原理，平衡工艺的实现和精度分析，以及回转类零件的工艺实践。

关键词：回转类零件 平衡 工艺 实践

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0080-01

1 问题的提出

汽车的高速化已成为发展的必然趋势，由于由不平衡引起的离心惯性力于转速的平方成正比，往往会导致轴承负荷的增加，磨损加剧，振动和噪声的形成，缩短机器的使用寿命，且离心惯性力的方向不断变化，因此除在传统的曲轴、传动轴等零件上有平衡要求外，目前在车桥的制动零件上有平衡要求已成为一种新的设计趋势，制动零件的平衡可大大减少离心惯性力对汽车制动性能的影响。

2 回转体平衡原理概述

2.1 回转体的静平衡

对于宽度不大的回转体，可近似认为其偏心重量是位于同一回转平面内。在这种情况下发生不平衡，那是由于回转体的重心不在回转轴上的缘故。这样的不平衡状态，在回转体静止时即可显示出来。

2.2 回转体的动平衡

有些回转体，其偏心重量是分布在不同的几个平面内的，如汽车发动机曲轴为例，即使回转体的重心在回转轴，而由于各偏心重量产生的离心惯性力不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶，所以它仍是不平衡的。这种不平衡状态，只有在回转体运动的情况下，才能显示出来，所以把这样的不平衡回转体称为动不平衡的回转体。而使这样的回转体得以平衡的措施，则称为动平衡。

利用上述分析的结果，对于任何动不平衡的回转体，无论在几个不同的回转平面内，有多少个偏心重量，都只需要在任选的两个平面内分别适当地加上一个配重，即可得到完全平衡。

2.3 转子允许不平衡量的计算

根据标准ISO 1940-1：2003，允许不平衡量的计算公式为：

（1）

式中：表示允许不平衡量，单位：g。

m表示转子的自身重量，单位：kg。

G表示转子的平衡精度等级，单位：mm/s，可查机械设计手册得出。

r表示转子的校正半径，单位：mm。

n表示转子的转速，单位：rpm。

3 回转类零件的平衡工艺分析

3.1 平衡机的分类概述

按照不平衡测量原理分为重力式平衡机和离心力式平衡机两类。重力式平衡机是在转子不旋转状态下，依靠转子重力矩作用测量转子静不平衡的平衡机；而离心力式平衡机是在转子旋转状态下，依靠测量由转子不平衡离心力所引起支承系统的振动或支承所受的动载荷确定转子不平衡的平衡机。重力式平衡机如前所述，效率很低。

按平衡机转子-支承系统的力学特性分类有软支承和硬支承平衡机。软支承平衡机是指平衡转速高于转子-支承系统固有频率的平衡机；而硬支承平衡机系指平衡转速低于转子-支承系统固有频率的平衡机。硬支承平衡机是带电子解算电路的通过测量振动力确定转子不平衡量的。

3.2 平衡机的选择确定

针对汽车回转件的特点，选用立式及单面平衡机、离心力式平衡机；又因硬支承平衡机是测量转子的不平衡离心力，可实现“永久性定标”，操作简单，使用方便，得到越来越广泛的应用，因此选用硬支承平衡机。

4 回转类零件的平衡工艺实施

4.1 夹具的设计

夹具的定位基准应选择零件在工作时的安装基准，采用固定尺寸定心轴的定位方式是可行的。

4.2 工艺实施

夹具安装在平衡机上后，就可以开始实施检测过程了。在检测前应进行如下的准备工作：

4.2.1 定标样件的准备

由于检测前必须进行定标，因此必须准备一个定标样件，此样件是一个其上打有一个用于安装定标砝码的螺纹孔并经平衡后的零件。

4.2.2 量纲的选择

选择gCm作为量纲。

4.2.3 加/去重选择

由于设计图纸要求三种零件达到平衡要求的方式均为去重，因此选择去重方式，即平衡机的显示点为重点。

4.2.4 夹具的偏心补偿

将零件装上夹具，选择主轴偏心定标功能，根据显示提示，输入N=2，带零件开车一次，然后松开零件，并将零件相对于夹具180°旋转，在平衡机显示OK后，即完成夹具的偏心补偿。

4.2.5 许用不平衡量的输入

根据不同的零件，输入许用不平衡量。

4.3 去重

根据检测出的不平衡量，在图纸规定要求的部位去除相应重量的材料，以满足不平衡量。去重装置上采用了在Z535立钻工作台上放置一个Φ400的手动分度头的方式，在分度头上再安装一个Φ320的卡盘，操作时在卡盘上安装零件，手动转动分度头将零件转至钻孔位置，如需要在不同位置钻孔时，则再手动转动分度头，钻孔深度则靠看Z535立钻上的刻度盘来控制。

5 结论

综上所述，回转类零件基本上均可按静平衡来处理，平衡机也基本上可选择单面立式平衡机，平衡机校验项目主要为最小可达剩余不平衡度（emar）和不平衡减少率（URR），平衡夹具的设计要注意平衡精度和定位孔、轴的尺寸关系，当零件重量不大时，要注意压板对检测精度的影响，回转类零件达到平衡要求的方式基本上为去重。

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.endprint

摘 要：汽车运动的零部件中，回转类占的比重很高。回转件由于材料组织不均匀、装配误差、零件外形的误差和机构形状局部不对称等原因，存在转子质心的主惯性轴与旋转轴线不相重合，所以在旋转过程中，转子产生不平衡的离心力。本文着重研究了回转类零件的平衡原理，平衡工艺的实现和精度分析，以及回转类零件的工艺实践。

关键词：回转类零件 平衡 工艺 实践

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0080-01

1 问题的提出

汽车的高速化已成为发展的必然趋势，由于由不平衡引起的离心惯性力于转速的平方成正比，往往会导致轴承负荷的增加，磨损加剧，振动和噪声的形成，缩短机器的使用寿命，且离心惯性力的方向不断变化，因此除在传统的曲轴、传动轴等零件上有平衡要求外，目前在车桥的制动零件上有平衡要求已成为一种新的设计趋势，制动零件的平衡可大大减少离心惯性力对汽车制动性能的影响。

2 回转体平衡原理概述

2.1 回转体的静平衡

对于宽度不大的回转体，可近似认为其偏心重量是位于同一回转平面内。在这种情况下发生不平衡，那是由于回转体的重心不在回转轴上的缘故。这样的不平衡状态，在回转体静止时即可显示出来。

2.2 回转体的动平衡

有些回转体，其偏心重量是分布在不同的几个平面内的，如汽车发动机曲轴为例，即使回转体的重心在回转轴，而由于各偏心重量产生的离心惯性力不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶，所以它仍是不平衡的。这种不平衡状态，只有在回转体运动的情况下，才能显示出来，所以把这样的不平衡回转体称为动不平衡的回转体。而使这样的回转体得以平衡的措施，则称为动平衡。

利用上述分析的结果，对于任何动不平衡的回转体，无论在几个不同的回转平面内，有多少个偏心重量，都只需要在任选的两个平面内分别适当地加上一个配重，即可得到完全平衡。

2.3 转子允许不平衡量的计算

根据标准ISO 1940-1：2003，允许不平衡量的计算公式为：

（1）

式中：表示允许不平衡量，单位：g。

m表示转子的自身重量，单位：kg。

G表示转子的平衡精度等级，单位：mm/s，可查机械设计手册得出。

r表示转子的校正半径，单位：mm。

n表示转子的转速，单位：rpm。

3 回转类零件的平衡工艺分析

3.1 平衡机的分类概述

按照不平衡测量原理分为重力式平衡机和离心力式平衡机两类。重力式平衡机是在转子不旋转状态下，依靠转子重力矩作用测量转子静不平衡的平衡机；而离心力式平衡机是在转子旋转状态下，依靠测量由转子不平衡离心力所引起支承系统的振动或支承所受的动载荷确定转子不平衡的平衡机。重力式平衡机如前所述，效率很低。

按平衡机转子-支承系统的力学特性分类有软支承和硬支承平衡机。软支承平衡机是指平衡转速高于转子-支承系统固有频率的平衡机；而硬支承平衡机系指平衡转速低于转子-支承系统固有频率的平衡机。硬支承平衡机是带电子解算电路的通过测量振动力确定转子不平衡量的。

3.2 平衡机的选择确定

针对汽车回转件的特点，选用立式及单面平衡机、离心力式平衡机；又因硬支承平衡机是测量转子的不平衡离心力，可实现“永久性定标”，操作简单，使用方便，得到越来越广泛的应用，因此选用硬支承平衡机。

4 回转类零件的平衡工艺实施

4.1 夹具的设计

夹具的定位基准应选择零件在工作时的安装基准，采用固定尺寸定心轴的定位方式是可行的。

4.2 工艺实施

夹具安装在平衡机上后，就可以开始实施检测过程了。在检测前应进行如下的准备工作：

4.2.1 定标样件的准备

由于检测前必须进行定标，因此必须准备一个定标样件，此样件是一个其上打有一个用于安装定标砝码的螺纹孔并经平衡后的零件。

4.2.2 量纲的选择

选择gCm作为量纲。

4.2.3 加/去重选择

由于设计图纸要求三种零件达到平衡要求的方式均为去重，因此选择去重方式，即平衡机的显示点为重点。

4.2.4 夹具的偏心补偿

将零件装上夹具，选择主轴偏心定标功能，根据显示提示，输入N=2，带零件开车一次，然后松开零件，并将零件相对于夹具180°旋转，在平衡机显示OK后，即完成夹具的偏心补偿。

4.2.5 许用不平衡量的输入

根据不同的零件，输入许用不平衡量。

4.3 去重

根据检测出的不平衡量，在图纸规定要求的部位去除相应重量的材料，以满足不平衡量。去重装置上采用了在Z535立钻工作台上放置一个Φ400的手动分度头的方式，在分度头上再安装一个Φ320的卡盘，操作时在卡盘上安装零件，手动转动分度头将零件转至钻孔位置，如需要在不同位置钻孔时，则再手动转动分度头，钻孔深度则靠看Z535立钻上的刻度盘来控制。

5 结论

综上所述，回转类零件基本上均可按静平衡来处理，平衡机也基本上可选择单面立式平衡机，平衡机校验项目主要为最小可达剩余不平衡度（emar）和不平衡减少率（URR），平衡夹具的设计要注意平衡精度和定位孔、轴的尺寸关系，当零件重量不大时，要注意压板对检测精度的影响，回转类零件达到平衡要求的方式基本上为去重。

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.endprint