摘要：平衡是导纸辊生产过程中重要的一环。加深对平衡理论的认识，将其引入生产实践，在设计制造过程中进行指导，对提高涂布机设备的整体性能有重要的意义。
关键词：导纸辊；平衡；校正
作者简介：李成林（1974- ），男，湖北十堰人，广西大学在读硕士研究生，工程师，研究方向：结构优化和可靠性设计。
平衡是改善转子的质量分布，以保证转子在其轴承中旋转时因不平衡而引起的振动或振动力减小到允许的范围内的工艺过程。当不同的因素引起的离心力和离心力矩，出现在不平衡的转子中时，往往会导致轴承负荷的增加，磨损加剧，形成振动和噪声，缩短设备的使用寿命，严重的会使旋转轴或轴承等部件生成疲劳缺口，进而引起断裂，危及设备和人身安全。
导纸辊是涂布机设备中使用数量最多的转子，是引导纸幅进行各种工艺过程的必要支承，导纸辊平衡校正的好坏，直接影响到涂布设备运行的稳定性，从而影响纸的涂布及整饰效果，决定能否获得满意的产品。
研究导纸辊的平衡问题，是涂布纸加工技术中不可缺少的一环。平衡技术不仅是导纸辊生产制造过程中重要的工艺措施和步骤，而且在涂布机设备生产过程中，作为一种维护控制手段也具有十分明显的意义，不仅能够提高整机的运行性能，大大延长零部件的使用寿命，降低整机噪声，还能根据生产过程的管理记录，科学可靠地提供导纸辊零部件的调换周期和维修周期。在涂布机设备向高速、宽幅发展的过程中，导纸辊的平衡校正问题更需要引起足够的重视。
1 不平衡产生的原因及表现形式
由理论力学可知，当通过转子质心的主惯性轴与旋转轴线不重合时，就会产生不平衡离心力C，
C =m.e.ω2
式中： m —转子的不平衡质量，kg；
e —质心对旋转轴线的偏移，m；
ω —转子的角速度，1/s。
从上式可知，即使e很小，但对于宽幅、高速的导纸辊而言，仍会引起较大的不平衡离心力，成为轴或轴承的磨损、设备振动的主要原因。
对导纸辊而言，引起不平衡的主要因素有：（1）在导纸辊的设计时，几何形状设计不对称，如开槽或开孔等，以及过多的未加工毛面；（2）在材料方面，主要有辊体的型材组织不均以及铸造闷头的组织不均；（3）在制造工艺方面，加工误差造成重心偏移以及各种零部件装配造成质量偏心或引起松动，而且在整体安装后，轴承偏心也会引起旋转轴线的偏移。
转子的不平衡总的可以分为静不平衡和动不平衡两种，如图（1）和图（2）。
图（1）是中心主惯性轴仅平行偏离于旋转轴线的不平衡状态。这种情况只需用位于重心的校正面上的一配重予以平衡。
图（2）是中心主惯性轴与旋转轴线在重心G相交的不平衡状态,又称之为力偶不平衡。
但在实际情况中，刚性转子的不平衡是以另外两类情形存在的，如图（3）和图（4）。
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图（3）是中心主惯性轴与旋转轴线在重心G以外的某一点相交的不平衡状态。这种情况也可以用一个配重予以平衡。
图（4）是中心主惯性轴与旋转轴线既不平行也不相交的不平衡状态。这是最常见的一种不平衡形式，它和力偶不平衡均不能用一个配重予以平衡。
2 不平衡的校正方法及理论依据
依据转子的轴向长度b和直径D的比例不同，可以对转子进行静平衡或动平衡。一般来说，b/D<0.2时，即轴向尺寸较小的盘形转子，例如绳轮、带轮、齿轮等，可以利用在转子上加减平衡质量的办法，使其质心与固定回转轴的轴线重合。静平衡也成为单面平衡。在实际生产中，刀口静平衡架是平衡实验常用的设备，该设备操作方便，平衡精度也较高。
《造纸机械辊筒与烘缸动平衡》（GB5799-86）中规定：车速大于
如图（5）所示是典型的导辊类转子，设其具有偏心质量m1、m2、m3，分别位于平面1、2、3内，r1、r2及r3为其回转半径，方位如图所示。当该转子绕回转中心以等角速度ω旋转时，各偏心质量所产生的离心惯性力F1、F2和F3将构成一空间力系。
由理论力学可知，一个力可以分解为与它平行的两个分力。所以，我们可根据转子的结构，选定两个平衡校正面a和b，作为安装平衡质量的平面，将上面的各个离心惯性力分别分解到平面a和平面b内，既将F1、F2和F3分解为在平面a的F
Fia=Fili/L=miω2rili/L
Fib=Fili/L=miω2rili/L
这样，就把空间力系的平衡问题，转化为两个平面上的汇交力系的平衡问题，显然，只要在平面a和平面b内适当地各加一个平衡质量ma、mb，其回转半径分别为ra、rb，使两个平面内的惯性力之和为零，这个转子也就得到完全平衡。
所以说，对于任何不平衡的刚性转子，无论在其几个不同的回转平面内，有多少个偏心质量，都只需要在任选的两个平衡校正面内、在适当的方位上适当地各加上一个平衡质量，便可实现完全平衡。
导纸辊结构是基本对称的，根据结构特性，校正面很自然地选定为两个端面。
3 导纸辊不平衡量的计算及推导
在导纸辊的设计中，对装配好的导纸辊需要进行动平衡校正的工艺要求，因此必须确定许用不平衡量（UPER），该值是检验导纸辊平衡状态的标准。利用现有的实验测量设备，可以把导纸辊的不平衡量减小到相当小的范围，但对平衡品质要求过高是不经济的，也是不必要的。
这里先介绍三个公式：
eper=Uper/m 式(1)
eper.ω=const（常量） 式(2)
G=eper.ω/1000 式(3)
式（1）表示许用不平衡度ePER为许用不平衡量UPER与转子质量m的比值。
式（2）表示许用不平衡度ePER与转子最高工作角速度ω成反比。
式（3）是平衡品质等级的定义。
将式（3）代入式（1），
有 Uper =m.eper=m.1000G/ω
又 ω=2π.n/ 60 代入上式
得 Uper = m.1000G.60/（2πn）
令 K =1000G.60/（2π） 式(4)
则 Uper = K.m / n 式(5)
《造纸机械辊筒与烘缸动平衡》（GB5799-86）规定了辊筒和烘缸最后装配完毕的平衡品质，给定了G1.6、G2.5、G4、G6.3四种，一般情况下，涂布器的背辊选用G1.6或G2.5，其余导纸辊和上料辊，均采用G4。
将G1.6~G6.3代入式（4），可得许用总不平衡量的计算常数，如下表：
品级 | G1.6 | G2.5 | G4 | G6.3 |
G，mm/s | 1.6 | 2.5 | 4 | 6.3 |
K | 1528 | 2387 | 3820 | 6016 |
在设计计算时，就可利用式（5），计算导纸辊或其它辊筒的许用总不平衡量。
因为导纸辊选定的是两个校正平面，所以两个校正平面上的许用不平衡量Uper1和Uper2为：
Uper1=Uper2=Uper/2
用该计算公式比查图表的方法既精确又可靠，不仅能节省时间，更能为实际生产提供准确的依据。
4 装配实例简介
如图（6）所示，是涂布设备中常见的ø156的导纸辊，它主要由辊体、闷头、轴和盖板组成。
一般的加工工艺过程中，当轴、闷头和辊体组装后，在辊体外圆以及轴头尺寸加工完成后，就需要进行动平衡的校正。这个过程需要在动平衡机上完成，操作人员把相关参数如平衡车速、平衡品级等输入电脑，启用动平衡机进行测量，就可以准确地得到需要配重的位置及配重量。再由技术人员根据所得结果，就可指导装配工人安装适宜的配重杆。
如果在平衡机上测试结果接近技术要求，可以适当简化配重工艺，如采用去重法，有时效果更好。
5 结论
从总体上来讲，大部分导纸辊均可视为刚性转子，其动平衡工艺是比较好制定的，只要控制好原材料的质量，保证合理的结构设计，采用严格适当的加工工艺以及选用性能较好的动平衡检测设备，就能满足涂布机设备的正常要求。
参考文献
[1]王汉英,张再实,徐锡林.转子平衡技术与平衡机.北京:机械工业出版社,1988.
[2]周仁睦.转子动平衡——原理、方法和标准.北京:化学工业出版社,1992.
[3]曹泗秋,杨巍.机械原理.武汉:湖北科技出版社,1994.
[4]UDC676.2.052 GB5799-86《造纸机械棍筒与烘缸动平衡.国家标准局.