主轴动平衡是确保旋转机械稳定运行的关键技术，尤其在高速、高精度设备（如机床主轴、电机、涡轮机等）中至关重要。以下是关于主轴动平衡的详细说明：

1. 动平衡的基本原理

• 不平衡的原因：主轴制造误差（材料不均、加工误差）、装配偏差或长期使用导致的磨损，导致质量分布不均。
• 动平衡目的：通过调整质量分布，使旋转时的离心力合力为零，减少振动和轴承负载，延长设备寿命。
• 与静平衡的区别：
  • 静平衡：仅在静止状态下校正，适用于薄盘状转子（如飞轮）。
  • 动平衡：在旋转状态下校正，需考虑多个平面上的不平衡力偶，适用于长轴类转子。

2. 动平衡的步骤

1. 测量振动与相位：
   • 使用动平衡仪或振动传感器，检测主轴在不同转速下的振动幅值和相位角。
   • 通常需要在两个校正平面（靠近轴承的位置）进行测量。
2. 确定不平衡量与位置：
   • 通过试重法：添加已知质量的试重块，测量振动变化，计算原始不平衡量的相位和大小。
   • 使用动平衡机自动分析数据，直接输出校正建议。
3. 校正操作：
   • 加重法：在计算出的相位位置添加配重块（如螺丝、平衡胶泥）。
   • 去重法：在相反相位位置钻孔或铣削，去除材料（常见于高精度机床主轴）。
4. 验证与调整：
   • 重新运行主轴，测量残余振动是否达标（如符合ISO 1940 G1等级）。
   • 若未达标，需迭代调整配重位置或质量。

3. 动平衡方法

• 单面平衡：仅在一个平面校正，适用于长径比小的转子（如砂轮）。
• 双面平衡：在两个平面校正，适用于长轴类主轴（如电机转子）。
• 现场动平衡：无需拆卸主轴，直接在设备上操作，节省停机时间，但对测量环境要求较高。

4. 标准与精度等级

• ISO ¹⁹⁴⁰⁄₁：国际通用标准，将平衡精度分为G0.4到G6300等级，数值表示允许的残余不平衡量（单位：mm/s）。
  • 例如：
    • 精密磨床主轴：G1.0
    • 汽车发动机曲轴：G6.3
    • 大型风机：G16
• 计算公式：允许残余不平衡量 ( U_{perm} = (G imes M) / (ω) )，其中M为转子质量，ω为角速度。

5. 注意事项

• 温度影响：高速运行时温度变化可能改变材料膨胀系数，需在热态下复检平衡。
• 校正材料选择：配重块需耐高温、防腐蚀（如不锈钢），避免运行时脱落。
• 动态刚性：若主轴支撑刚性不足，可能掩盖真实不平衡量，需先检查机械结构。
• 安全规范：高速旋转时需确保防护措施，避免试重块飞出。

6. 典型应用场景

• 机床主轴：平衡不良会导致加工表面振纹，降低零件精度。
• 电机转子：不平衡会引发电机噪音和轴承过早损坏。
• 风力发电机：叶片与主轴的平衡直接影响发电效率和寿命。
• 航空航天发动机：极端转速下，动平衡精度直接关乎安全性。

7. 常见问题解答

• Q: 动平衡后仍振动大？
  • A: 可能原因包括轴承磨损、轴弯曲、共振或基础松动，需综合排查。
• Q: 是否所有主轴都需要动平衡？
  • A: 低速轻载设备可能仅需静平衡，但高速（如>1000 RPM）或高精度设备必须动平衡。
• Q: 动平衡能完全消除振动吗？
  • A: 不能完全消除，但可控制在安全范围内。残余振动还可能来自其他机械问题。

通过系统化的动平衡操作，可显著提升设备运行稳定性和可靠性。对于关键设备，建议定期维护并记录平衡数据，以便跟踪主轴状态变化。