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（达州职业技术学院机电与信息工程系 四川达州 635001）
摘 要：在科学技术快速发展的现代社会,旋转机械的应用非常广泛,带来巨大的社会效益.与此同时,机械振动问题也成为制约旋转机械发展的最大障碍,为了改善机械的旋转性能,就需要研究动平衡.摩托车在车速70～80km/h时,问题不明显,当车速达到100km/h以上的时候,轮子不平衡的弊病马上就会暴露出来.目前摩托车铝合金车轮标准中,仅列出动平衡试验项目,缺少不平衡量的技术数据,允许试验暂缓进行.在客户要求必须保证动平衡量在规定范围内的情况下,本文通过具体试验来确定一个参数作为代用特性管理动平衡量.
关键词：旋转运动 动平衡 摩托车铝合金车轮 偏芯量
中图分类号：U463.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）07（a）-0091-02
常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件,例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子等,统称为回转体.工程中的各种回转体,由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差等多种因素,使得回转体在旋转时,其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消,离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上,引起振动,产生了噪音,加速轴承磨损,会降低机械的使用寿命,而且还有可能发生重大的的事故.所以,必须对转子进行平衡,使其达到允许的平衡精度等级,或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内.
1.问题提出
摩托车的车轮是由轮胎、轮辋等组成的一个整体.但由于制造、使用不当等原因,就会导致整体中的各个部分质量无法分配均匀.当摩托车车轮高速旋转起来后,就无法保持平衡状态,这时轮胎就会出现摆动、跳动和方向盘震动的现象.目前摩托车铝合金车轮标准中,仅列出动平衡试验项目,缺少不平衡量的技术数据,允许试验暂缓进行.但是随着摩托车速度的不断提高,车轮转速相应加快,车轮不平衡则会在行驶中增加轮胎的磨损,严重时会使车轮发生摆振,影响整车行驶安全.并且摩托车稳定性、舒适性的要求也在不断提高,车轮动平衡试验的必要性更显重要.
在笔者所承接的设计任务中有一款客户提出了产品的外观和技术要求,技术条件中明确规定动平衡量小于30g（不允许贴平衡块）.因为之前从未做过动平衡试验,缺少做试验的条件和设备,如何按照技术要求控制动平衡小于30g.那么我们就需要找到一个参数作为代用特性管理动平衡量.我们首先从动平衡原理出发.
2.理论分析
首先,分析可能导致车轮不平衡的原因：
（1）车轮定位不当,尤其是前束和主销倾角.
（2）轮胎和轮辋以及挡圈等因几何形状失准或密度不均匀而先天形成的重心偏离.
（3）因轮毂和轮辋定位误差使安装中心与旋转中心不重合.
（4）维修过程的拆装改变了整体综合质心.
（5）轮辋直径过小,运行中轮胎相对于轮辋在圆周方面滑移,从而发生波状不均匀磨损.
其次,举一简单例子,引入动平衡概念.
图1是圆盘转子的示意图,直线AB为转子的旋转轴线,C为转子的质心,实际上,旋转轴线AB不可能完全通过质心C,取C到O的距离为e,转子质量为m,当转子以角速度ω绕AB旋转时,将产生大小为meω2的离心惯性力,这个惯性力必然引起轴承的动压力,因此,这样的转子称为不平衡转子.如何来表示其不平衡量呢?从表面上看,似乎用meω2表示很合适,但却不是这样的,因为惯性力随ω2变化,而转子的不平衡仅是与转子本身质量分布有关的一个物理量,不应随外界因素即转速而变化.通常对转子进行校下平衡时,都采用me来表示转子的不平衡量,取名为重径积.动平衡机的任务就是尽可能减小转子的不平衡量,降低振动.不平衡量不仅有大小,而且有方向,采用矢量me来表示转子的不平衡量更为合理.
图1所示的转子是简单的盘形转子,原则上采用静力学平衡原理就可以实现转子的平衡.
图2为一任意形状的转子,绕轴AB以角速度ω旋转.由于转子是不平衡的,可将其理解为由若干个偏心薄圆盘所组成,各圆盘的质心都不在转动轴线AB上,这样,不平衡量就会平均的分配到每个圆盘上,它们都通过转动轴线,都和转动轴线垂直.根据理论力学知识,每一个不平衡量可以在1、4两个校正平面内分解为与之平行的两个不平衡量.将这两个平面汇交不平衡量系分别求矢量和,便可在1、4面内分别得到一个不平衡量矢量.这两个矢量和对转子的作用效果是一个力和一个力偶.修正这样的转子静力学平衡原理无能为力,只能采用动平衡原理.一般的动平衡机都是对这样的转子进行动平衡的.
尽管我国摩托车行业发展迅猛,但是对摩托车车轮进行动平衡测试的厂家却不多见.通过动平衡概念的分析,我们发现影响动平衡的因素之一是质心C到O的距离e,那么能不能把这个距离值转化为偏芯量来代替动平衡的测量呢?
3.产品分析
图3为本次试验的对象,此产品外型细长,无法避免轴头不偏芯,为了满足摩托车轮辐条的外观要求以及尽可能减小偏芯量,轴头一侧设计为下模,但仍然是偏芯最严重的部分.在摩托车组装后车轮轴头部分被配件及减震器遮挡,因此原本对轴头偏芯量没有严格的要求.本文通过多次试验调查轴头偏芯量与动平衡量的关系以此来控制偏芯量同时寻找动平衡的管理方法.
4.轴头偏芯量与动平衡对应关系的实验调查
（1）调查对象：在已分好的四个偏芯量等级内各选30只左右产品.
（2）调查方法：同一只产品测轴头偏芯量并测量对应动平衡值.
（3）测量地点：汽轮试验中心.
（4）根据测量数据绘制轴头偏芯量与动平衡量的关系图4.
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（5）结论：
由图4可得出偏芯量＜1．5mm,动平衡量基本＜30g.
5.结语
通过理论分析和试验调查我们最终找出摩托车铝轮动平衡量管理基准及方法：即用轴头偏芯量作为代用特性进行管理.产品生产时检测标准规定轴头偏芯量：MAX-MIN＜1．5mm,如图5所示,由此保证动平衡量＜30g的产品合格率达到75%以上.
本次试验结束了,虽然在严格规定了轴头偏芯量后产品的合格率降低生产成本提高,但是车轮的稳定性也同时得到了提升,摩托车的使用更加舒适安全,更能满足现代人的驾乘要求.
参考文献
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上海电机转子动平衡机引用文献:
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[3] 同步电机和电机转子在职研究生论文范文 同步电机和电机转子方面有关专科开题报告范文3000字
