摘  要  本文介绍一种新型砂轮及锯片基体的动平衡技术，分析检测过程的工作原理，振动系统，平面分离原理，对信号处理进行分析，并从力学和电子计算机的角度进行推导运算。

    关键词  基体  砂轮  动平衡技术  不平衡量  平面分离 1  概述
    随着工业生产和科学技术的飞速发展，各种旋转机械的大量涌现，旋转机械的工作转速越来越高，许多旋转机械都处在高速运转状态，如刀具、磨轮、发电机、汽轮机、离心机、电机转子及汽车轮子等。所以，即使存在很小的不平衡量，在高速旋转时也会产生非常大的离心力。转子上不平衡离心力的存在，将会导致机器的转子、轴承和安装基础等产生机械振动。据统计概率来看，由于转子质量分布不均匀引起的振动约占78%—90%。因此，失衡校正问题在现代工业发展中是一个非常突出的问题。由于这些旋转机械振动会产生噪声，加速轴承磨损，甚至严重影响产品的性能和使用寿命。为减少或消除机械振动，平衡技术已日益引起广泛重视，成为提高产品质量必不可少的重要手段。因此，转动零件及转动机械的平衡校正问题就越来显得重要。
为了解决此类问题，针对基体及磨轮等不平衡问题，研究出一种新型盘类工件的动平衡技术，下面介绍该动平衡技术在测试盘类工件不平衡量的工作原理、平面分离原理及解算过程。
   
2  工作原理
    所有做动平衡的工件，都需要转动，或者被支承着旋转。通过旋转，使工件中的不平衡量产生离心力引起摆架系统的振动，通过传感器将此机械振动量变成电信号，经滤波放大、锁相倍频、定标调整和平面分离等运
算电路，最后在显示系统显示出不平衡量的大小和相位。在软支承平衡机机械振动系统，通常可以用图1所示的简图来表示。

   对于图1所示的机械振动系统，若在距质心为h 的平面上有不平衡量mr、忽略系统的阻尼和摆架的质量，由其振动方程不难求得左、右两支承处的振幅，它们分别是：
式中ω——转子工作频率；
ωx——静不平衡力所引起的强迫振动自振频率；
ωθ——动不平衡力偶所引起的强迫振动自振频率；
M——参振系统（包括转子）总质量。
由（1-1）式可知，当ω/ωx和ω/ωθ远大于1时，（1-1）式可以简化为：
从（1-2）式可以看出：左、右支承的振动振幅与重径积成正比，但相位相反。所以，只要使平衡机的工作转速远高于摆架支承系统的固有频度，就可由支承的振幅直接反映出重径积。
为了减少软支承平衡机中摆架支承系统的固有频率，在保证支承稳定的前提下，可尽量减少弹簧的刚度K、支承距离l,并增加转子和摆架的转动惯量Ix的增大将导致系统灵敏度的降低，而适当地减少支承距离l则能起到比较显著的效果。
软支承平衡机的工作频率通常是振动系统固有频率的三倍以上，即ω≥3ωx和ω≥3ωθ。
   
3  平面分离原理
    根据刚性转子可将其不平衡量简化至两个任意选择的校正平面上去的的原理和转子的振动方程可知:刚性转子的任一校正面有不平衡量,必然要在左右两个轴承上同时引起振动受力状态, 如图2所示。振动的大小可以                                      
 
用左、右两个传感器来测量，以AL，AR表示。
    设第I校正面上的不平衡量m1r1在左、右支承处引起的振幅分别为KL1m1r1和KR1m1r1；第二校正面上的不平衡量m2r2在左、右支承处引起的振幅分别为KL2m1r2其中KL1、KR1、KL2、KR2是与转子的重量、重心位置、校正面位置及转子惯性矩等有关的动力影响系数。
这样，左、右支承处的振幅为：
由（1-4）式可知，只要能知道四个影响系数：KL1、KL2、KR1和KR2，就可以从测量得来的AL和AR值一起算出不平衡量m1r1、m2r2，因为r1和r2已知，所示m1和m2可以求得，以上就是软支承平衡机平面分离原理。对于锯片及其基体，因其两校正面之的距离相对于直径来说很小，分离比很差，一般采用单面平衡技术。
  
4  信号处理及平面分离运算处理过程
    动平衡机信号一般有基准信号和不平衡量信号，基准信号发生器是平衡机的重要部件。它所产生的信号是平衡机测量不平衡所在相位的基准。获得准确的相位信号是提高平衡机一次减低率的关键之一。基准信号的相位相对于被测转子而言是固定不变的，其频率应与被测转子转速同步，基准信号的获得方法可以是光电的、无接触式、基准相位发电机等。不平衡量信号AL和AR是通过支承上的NL和NR经传感器传入的，所以对传感器要有以下的要求：
(1) 频率特性好、灵敏度高、线性范围宽、工作可靠等；
(2) 输出（电信号）应与输入成正比。其误差应小于5%，即传感器要有良好的线性度；
(3) 传感器的长期工作稳定性好；
(4) 对有两个不平衡量信号的传输的平衡机中，两个传感器应基本相同，其灵敏度误差不超过5%；
(5) 受温湿度以及周围电磁场的影响要小。
根据上述分离原理，如果振动系统中的阻尼可以忽略，KL1、KＲ1、ＫL2、KR2都是实系数或具有相同的幅角。信号处理及平面分离运算测量流向示意图，如图3所示。信号是从左、右传感器输入具有许多干扰，必须经过滤波放大器后才能得到正弦波，通过设计相应的软、硬件来完成校正Ⅰ、Ⅱ平面的分离运算处理的目的，才能得到需要的AL、AR信号，在显示系统上得到不平衡量的大小和相位。

5  结束语
   （1）该系统的测试方法能有效地把工件的不平衡量产生的微弱振动信号测量出来，并进行分离运算，准确地计算出被检工件两端面的不平衡量大小及相位。与传统的光电矢量瓦特表相比，本系统的微机分离解算法精度高，克服了零点漂移、光点低频晃动等现象。本系统带有中心孔偏心补偿修正功能，能克服因基体或磨轮加工内孔时的偏差对测量结果的影响。
   （2）本系统不易受外来振动的影响，比硬支承机器的安装简单、方便。
   （3）最小可达剩余不平衡量精度高，不平衡量减少率η（URR）≥96%。
   （4）适用大批量高速工件产品的平衡的检测。
   （5）该系统具有精度高、可靠性好、功能齐全、操作方便、显示直观等优点，经国内著名的锯片及基体生产厂家（如玉田锯业、厦门金藏、佛山星华等）长期使用，效果非常满意。