主轴平衡方法与应用
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主轴动平衡的方法与应用
南通纵横国际股份有限公司 朱维南 祝致宁
一、前言
机床高速化的应用和发展，要求主轴转速提高。但机床主轴组零件在制造过
程中，不可避免会因材质不均匀、形状不对称、加工装配误差而导致重心偏离旋
转中心，使机床产生振动和振动力，引起机床噪声、轴承发热等。随着转速升高，
不平衡引起的振动越加激烈。
由于机床主轴组件转动时产生的变形很小，为了简化计算，故视其作为刚性
转子的平衡方法来处理。将转子视作绝对刚体，且假定工作时，不平衡离心力作
用下的转轴不会发生显著变形。为此在这些条件下刚性转子的许多复杂不平衡状
态，可简化为力系不平衡来处理，即可在任意选定的两个平面上增加或减去两个
等效于Ud1，和Ud2的动平衡力使其平衡。
刚性转子动平衡一般为低速动平衡，一般选用第一临界转速的1/3以下。
二、相关术语
z 不平衡:由于离心力的作用而在轴承上产生振动或运动原因的转子质量
分布状态。
z 残留不平衡U:平衡处理后留下来的不平衡。
z 相对不平衡e:不平衡除以转子质量得到的值，它等于离心力对于轴中心
的位移。
z 平衡程度G:是相对不平衡与指定角速度的乘积。
z 平衡处理:为使作用在轴承上的与旋转速度同步的振动和力处在指定限
定以内，而对转子质量分布进行调整的作业。
z 满键:是对具有键槽的旋转轴和配合部件，进行最终装配时用的键或者
等同的键。
z 半键:是对具有键槽的旋转轴或者配合零件，各自单独进行动平衡处理
时使用的键。这种不平衡与最终组装时用的键(埋在旋转轴或配合部件
的键槽中的不平衡)相当。
三、刚性转子不平衡且的表达和精度要求
1．转子平街程度G
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也称偏心速度，它不仅表示了转子不平衡程度，而且还表示了转子质量偏心
距与工作转速间的关系。
G=e×ω mm/s
e——相对不平衡，mm；
ω——实际使用的最高角速度rad/s。如果用旋转速度n(r/min)来代替，
则:ω=2πn/60
e×2πn en
—————
G= 60 = 9.55mm/s
2．平衡程度的等级
我国采纳了IS01940-1986刚性转子平衡质量要求标准，标准将平衡程度分为
11个等级(见下表)。
单位mm/s
平衡程度等级 G0.4 G1 G2.5 G6.3 G16 G40 G100 G250 G630 G1600 G4000
平衡程度上限值 0.4 1 2.5 6.3 16 40 100 250 630 1600 4000
3．关于平衡程度等级的选择
应根据使用状况决定。
进行由不平衡引起的振动、力、噪声等现场试验或实验室试验，确定平衡程度。
通过计算求得作用到轴承上的不平衡力，达到轴承的允许限度时的允许不平衡，
从而确定不平衡程度。
在JISBO905-1992标准中列出参考附表1，表中示出了对于形式、大小以及旋
转速度不同的有代表性刚性转子，按经验得到动平衡程度等级的推荐值。
机床主轴平衡程度等级为G1、G2.5级机床主轴轴系的传动零件平衡程度等级为
G6.3、G16。
高速旋转机械以及轴承刚性低的机械通常选用平衡程度值小的，相反选用大值。
另外，旋转部份的质量与机械整体质量之比较小时.通常选用的平衡程度值要
大。
4．允许残留不平衡的求法
允许残留相对不平衡值
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G G×60 9.55G
———————
eper= ω= 2πn = n mm
允许残留不平衡值Uper=eper×M×103g·mm
M——转子的质量, kg。
四、允许残留不平衡的各修正面的分配
当转子仅有一个修正面时，这个转子的允许残留不平衡值，就是这个修正面
的允许残留不平衡值。
对于具有两个修正面I,II的转子，把允许残留不平衡值Uper分配给I ,I两
个修正面的允许残留不平衡值UperI和UperII，分配方法由于转子修正面与轴承布置
的距离不同可分为四种不同情况。立式加工中心主轴组件一般属于以下情况(见
图1)。
S——转子质量中心；
l——轴承间距离；
hI——修正面I和转子
质量中心间距离；
hII——修正面II和转
子质量中心间距离；
b=hI+hII——从修正面I到修正面II之间距离。
转子满足下列条件时:
转子质量中处在轴承间距离三等分的中央部分内。两个修正面I、II在两个
轴承外侧夹住两个轴承时:
hII l
———
UperI= b · bU
per
hIl
——
UperII= b · bU
per
图1
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五、刚性转子的动平衡工艺原理
动平衡机由三个主
要部分组成:支承部分
(有软支承和硬支承两
种)、传动部分、测量及
计算部分。转子装在平
衡机上，应尽可能支承
在工作轴颈处，校正平
面应选在最靠近轴承处
两端，以增加校正效应，
同时也便于试加配重。
转子不平衡产生的支承振动或振动力，由左右传感器转换成相应电信号，经过平
面分离电路处理后输出信号，它分别与左右校正平面上的不平衡量有关。同时与
转子同轴旋转的参考相位发生器发出参数信号。
上述两种信号输人测量电路，经滤波放大器放大后，检测出两校正平面上不
平衡量的大小和位置。
六、键的处理
对有键槽的旋转轴
或者配合部件进行单独
平衡时，必须用半键进
行平衡。但是当平衡装
置具有对键槽不平衡进
行补偿功能时，就没有
这种限制。
半键的理想状态应与零件安装的实际状况所分割部分情况相符合。但实际使
用的半键形状，只要不平衡是同等的，也是允许的。
七、图纸的标记方法
旋转零部件的平衡程度用符号表示。在图纸上有必要注明零件的平衡程度
时，参照图3标注。
图2 动平衡机工作原理图
图3
