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    曲軸平衡機廠(chǎng)家教您曲軸動(dòng)平衡機原理解析及維修方法

    時(shí)間:2023-09-19 08:52:24

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    這是星申動(dòng)平衡機小編在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)擔任維修工程師時(shí)寫(xiě)的文字。文章中涉及的曲軸平衡機是我廠(chǎng)自主研發(fā)的產(chǎn)品。文章中的大部分內容仍然具有參考價(jià)值,發(fā)表是為了同行們受益。

    1 曲軸動(dòng)平衡基本原理分析

    曲軸減重平衡機是集機械加工、計算機數控、微電子技術(shù)、發(fā)動(dòng)機工藝理論等技術(shù)于一體的典型機電一體化設備。它是我們工廠(chǎng)最復雜的設備之一。

    首先,簡(jiǎn)單了解一下動(dòng)平衡理論,有助于我們正確掌握設備。

    1.1 平衡理論

    (1)什么是不平衡量?

    以均勻轉子為例,

    一般情況下,慣性主軸應與支撐主軸重合。如果它們不重合,則意味著(zhù)轉子不平衡。不平衡量可以用以下公式表示:

    mr

    單位:g.cm,m:不平衡質(zhì)量,不平衡半徑。

    轉子不平衡的真實(shí)程度不僅與不平衡質(zhì)量和不平衡半徑有關(guān),而且與轉子的總質(zhì)量M有直接關(guān)系。顯然,對于相同的U值,M越大,不平衡程度越??; M越小,不平衡程度越小。意味著(zhù)不平衡程度越大。由此,引入了偏心率的概念。

    即偏心率:E=mr/M=U/M

    該參數可以更準確地表征轉子的不平衡程度。

    (2) 不平衡量的常見(jiàn)分配形式

    這主要是指與曲軸不平衡有關(guān)的東西:“徑向不平衡”。其常見(jiàn)形式有:

    1)靜不平衡

    慣性軸平行于幾何支撐軸。

    2)夫妻不平衡

    慣性軸與幾何支撐軸斜交于幾何軸的中心點(diǎn)。

    3)準靜態(tài)不平衡

    慣性軸與幾何支撐軸傾斜相交,但不通過(guò)中心點(diǎn)。

    4)動(dòng)態(tài)不平衡

    慣性軸與幾何支撐軸不相交,也不平行。

    曲軸的不平衡就屬于這種類(lèi)型。由于其不平衡量的分布特點(diǎn),去重時(shí)至少必須平衡兩點(diǎn)。

    (三)不平衡數量行業(yè)標準

    國家標準ISO1940規定了不平衡量的行業(yè)標準,即:

    G=EW/1000

    其中,E:偏心率。微米。

    W:轉速。拉德/秒。

    G值一般為G0.4-G4000,曲軸在G40-G100之間。

    1.2動(dòng)平衡機

    (1)平衡機測量的基本力學(xué)關(guān)系

    不平衡量m產(chǎn)生的離心力:

    f=mrw^2

    水平離心力分量:

    f  水平=mrw^2 cos

    垂直離心力分量:

    f垂直=mrw^2sin

    支撐彈簧變形:

    A=fvertical/K,K為彈性系數。

    水平力被傳輸到傳感器,傳感器測量并產(chǎn)生電壓信號,該電壓信號被發(fā)送到控制系統。

    (2) 平衡方程

    系統的平衡方程如下:

    MX+CX+KX=mrw^2

    在:

    M:轉子質(zhì)量。

    X:支撐體的變形量。

    m:不平衡質(zhì)量。

    r:不平衡半徑。

    w:轉子角速度。

    C:阻尼系數。主要來(lái)自風(fēng)阻和摩擦阻尼。

    K:支撐體彈性系數。

    阻尼力很小,一般分析中可以不予考慮。

    (3)硬支撐平衡機力學(xué)分析

    當基礎足夠穩定時(shí),KX"可設計為硬支撐結構,不考慮慣性力。此時(shí),平衡方程可改寫(xiě)為:

    X=mrw^2/K

    可見(jiàn),硬支撐平衡機與車(chē)床的質(zhì)量無(wú)關(guān)。出廠(chǎng)時(shí)可校準一次,無(wú)需經(jīng)常校準。但對基礎的要求較高,否則慣性力會(huì )產(chǎn)生影響,影響平衡精度。

    機床的共振點(diǎn)為:

    對于硬支撐平衡機,工件轉速應在w0/3以?xún)取?/p>

    (4)軟支撐平衡機力學(xué)分析

    與慣性力相比,這種平衡機的彈力很小,可以忽略不計,因為支撐彈簧很軟。平衡方程為:

    MX"=mrw^2

    X"=mrw^2/M

    X”是加速度,可以使用加速度傳感器測量。

    由于公式中包含了機床質(zhì)量M,因此機床需要經(jīng)常標定,對基礎的要求不高。

    這種平衡機的工件速度一般控制在2-2.5w0以?xún)取?/p>

    (5)半硬支撐平衡機力學(xué)分析

    這種平衡機必須同時(shí)考慮慣性力和彈力。其平衡方程為:

    MX"+KX=mrw^2

    這個(gè)方程的計算是比較困難的。從力學(xué)關(guān)系分析,不平衡量可由下式分離出來(lái)。有:

    U1=UL+(UL*a/b-UR*c/b)

    U2=UR  - (UL*a/b-UR*c/b)

    顯然,當預先選擇重量去除時(shí),基于從支撐點(diǎn)測量的不平衡量UL和UR很容易確定重量U1和U2。

    半硬支撐平衡機的工件轉速接近w0,因此具有較高的靈敏度。其對基礎的要求介于硬支撐和軟支撐之間。

    (6)我廠(chǎng)平衡機型號及曲軸去重

    美國引進(jìn)的平衡機是軟支撐型,而新采購的平衡機(日本)是半硬支撐型。由此,我們不難得出這兩種機床在使用和維護中應該注意哪些問(wèn)題的結論。

    兩種裝置的曲軸都有四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):10、130、190和250。

    常見(jiàn)的曲軸傳動(dòng)方式有摩擦輪傳動(dòng)、皮帶輪傳動(dòng)、端部傳動(dòng)和虎殼傳動(dòng)等。我廠(chǎng)的美式平衡機是端部驅動(dòng)的。這種驅動(dòng)方式對聯(lián)軸器的要求較高,需要經(jīng)常對聯(lián)軸器進(jìn)行補償和調整。

    理論上重量點(diǎn)越少越好,這樣可以減少工件的內應力。

    2 CNC零件分析

    2.1 硬件組成

    該系統采用FANUC的POWER  MATE-MODEL  D系統。硬件部分這里不再詳細介紹。詳細內容請參閱CNC部分的手冊。

    2.2 處理程序分析

    對比流程后,對程序進(jìn)行了詳細分析,了解了CNC程序流程。詳情如下所示:

    O0001(工作2.2L); 2.2L發(fā)動(dòng)機曲軸加工主程序。

    #100=-190;快進(jìn)過(guò)程變量分配。

    #101=125.4;切削速度變量分配。

    #102=530;最大切削深度變量分配。

    M98 P1001;轉至程序O1001。

    M30;程序結束。

    O0002(工作2.5升); 2.5L發(fā)動(dòng)機加工主程序。

    #100=-190;快進(jìn)過(guò)程變量分配。

    #101=-125.4;切削速度變量分配。

    #102=530;最大切削深度變量分配。

    M98 P1001;轉至程序O1001。

    M30;程序結束。

    O1001;處理子程序1.

    G91 G30 Z0;返回原點(diǎn)。

    如果(#1032 EQ  0) 轉到30;如果#1 和#2 標頭應刪除深度變量#1032=0 的重復數據,

    前往N30。

    M03;主軸啟動(dòng)。

    #110=#1032 和4095;取出#1032 的前12 位并發(fā)送#110。

    如果(#102 LT  #110)轉到10;如果#102(最大切削深度)小于

    #110(應去除重復數據刪除深度),轉至N10。

    如果(102 GE110)轉到20;如果#102(最大切削深度)大于

    #110(應去除重復數據刪除深度),轉至N20。

    N10#110=#102;將最大切削深度值指定給#110。

    N20 #110=-#110;第110章反轉了。

    #110=#110/10; #110 值/10。

    G90 G00 Z  #100;快速移動(dòng)到#100位置(將接觸工件)。

    M98 P1003;轉到程序O1003。

    N30 M53;通知PLC處理完成。

    G91 G30 Z0;回歸原點(diǎn)。

    M05;主軸停止。

    N40 M99;返回主程序。

    O1003;處理子程序2.

    M03;主軸啟動(dòng)。 *(不必要)。

    如果(#1014 EQ  0) 轉到45;如果#1014=0,則轉至N45。

    M55;通知PLC它將執行失重低八位傳輸。

    #121=#1032 和255;獲取重復數據刪除深度的低八位并將其分配給#121。

    M56;通知PLC將進(jìn)行一次無(wú)權重的高位八位傳輸。

    #122=#1032 和255;取出重復數據刪除深度的高八位并將它們分配給#122。

    M54;通知PLC數據傳輸完成。

    #124=#122256;去掉重量的高八位后加上八個(gè)零,賦給#124。

    #123=#121+#124;將所有不帶權重的16 位數字組合起來(lái),并將它們分配給#123。

    #123=#123/10;一口氣達到#123/10 重量。

    #123=-#123;#123 被否定。

    #125=#123+5.0;設置中速移動(dòng)的終點(diǎn)坐標,賦給#125。

    G90 G01 Z  #125 F1500;以中速移動(dòng)至#125 位置。

    G90 G01 Z#123 F#101;工作進(jìn)展(慢速)以消除所有多余的重量。

    轉到55;前往N55。

    N45 G90 G00 Z#100;快速移動(dòng)到與工件接觸的位置。

    如果(#1015 EQ  1) 轉到50; if  #1015(接觸工件,即開(kāi)門(mén)信號)

    =1(真),然后轉到N50。 (#1015 是由NC  的#1 頭開(kāi)口標志注冊的

    2號器件5006和開(kāi)門(mén)標志寄存器5306自動(dòng)分配)。

    G91 G31 Z-10.0 F#101;如果尚未接觸工件,請緩慢進(jìn)給并測試接觸情況。

    工件位置。聯(lián)系后,跳轉到下一步。

    #500=#5061 + 0.0;將開(kāi)門(mén)的實(shí)際位置坐標值#5061 分配給#500。

    #502=#100+(-10.0);將點(diǎn)的坐標分配快進(jìn)10 mm  到#100

    將#502 作為刀具檢測點(diǎn)的坐標。

    如果(#502 LT  #500) 轉到50;如果#502小于實(shí)際開(kāi)門(mén)坐標#500,

    鉆頭沒(méi)有折斷,程序轉到N50。

    M50;否則為刀攻擊,報警PLC。

    G91 G30 Z0;動(dòng)力頭返回原點(diǎn)。

    M05;主軸停止。

    M99;返回主程序。

    N50 G90 G01 Z#500 F#101;如果沒(méi)有切刀,繼續進(jìn)給到#500位置。

    N55#504=#110+0.0;重復數據刪除深度#110加上校正值應分配給#504。

    #112=#504; #504 分配給#112。

    #113=-99.9;設置步進(jìn)進(jìn)給變量#113=-99.9。該值不是實(shí)際值

    使用該值,實(shí)際值應在調試時(shí)確定。

    #114=0.0;設定后退量變量#114=0。該值并未實(shí)際使用

    值,實(shí)際值應在調試時(shí)確定。

    以上兩步是利用動(dòng)力頭的兩進(jìn)一退的方法來(lái)去除切屑。

    #115=#113+0.5;步進(jìn)進(jìn)給加上修正量被分配給#115。

    #116=#114+0.5;將后退量加上校正量分配給#116。

    N60 IF(#112 GE  #113) 轉到70;如果剩余去除重量大于步進(jìn)進(jìn)給量,

    說(shuō)明即將鉆到底,轉向N70。

    G91 G01 Z#113 F#101;按步進(jìn)進(jìn)給量進(jìn)行切削。

    G04 P1;停留1秒。

    G91 G00 Z#114;根據后退步數快速倒退。

    G04 P1;停留1秒。

    G91 G00 Z#116;然后后退0.5mm,即后退到#116位置。

    G04 P1;停留1秒。

    #112=#112-#115;計算剩余重量并分配#112。

    轉到60;返回N60并繼續切割。

    N70 G91 G01 Z#112 F#101;切斷最后剩余的重量。

    G04 P1;停留1秒。

    #510=#5021;終點(diǎn)坐標#5021將發(fā)送#510。

    M57;通知PLC將#510值發(fā)送到數據存儲器。

    N80 M99;返回主程序。

    上述所有變量都是帶符號的數字。動(dòng)力頭前進(jìn)時(shí)坐標變化為負,后退時(shí)坐標變化為正。所有比較命令都必須牢記這一點(diǎn),否則會(huì )得出錯誤的結論。

    3、不平衡量測量原理

    3.1 傳感器原理及檢測

    傳感器依靠鐵芯振動(dòng)在線(xiàn)圈中產(chǎn)生的電壓波動(dòng)來(lái)測量不平衡度。

    傳感器正常使用時(shí)阻抗值在3.8-6.8KW之間,對地絕緣在10MW以上。如果超過(guò)這個(gè)范圍,可能會(huì )損壞。

    3.2 平衡器硬件結構

    CAB150的硬件部分有11塊主控板。從背面看,1-4板為平衡機控制板,5-8板為減重機控制板,9-11板為主機控制板。

    以上十一塊板不包含電源部分。

    3.3 操作與校準

    平衡機的校準是必要的,通常是在工廠(chǎng)首次進(jìn)行。

    值得一提的是,平衡機校準一次后,就不需要長(cháng)期校準。這是半剛性支撐平衡機的特點(diǎn)。

    4 應用設備原理分析指導實(shí)踐

    對曲軸平衡機這一專(zhuān)用設備的正確認識,可以用來(lái)指導實(shí)踐,顯然可以使我們在設備的使用、維護和工藝方法上達到一個(gè)相當的水平。

    最典型的例子是,當測量系統遇到外界干擾時(shí),偶爾會(huì )出現重量過(guò)大,導致鉆頭鉆穿曲軸的情況。這樣,即使對曲軸進(jìn)行填充焊接,也無(wú)法修復。

    我們采用了增加鉆滑板位置檢測的方法。觸發(fā)特定位置開(kāi)關(guān)后,通過(guò)CNC接口信號控制CNC程序終止鉆孔并自動(dòng)退出。同時(shí),系統發(fā)出警報。

    此外,對于設備維護、外部不確定擾動(dòng)的控制、周期校準等也有明確的方向指導。

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