電機轉(zhuǎn)子動平衡技術應有

黃仕尉

摘 要：本文通過對轉(zhuǎn)子動平衡的論述，明確機械平衡的目的，對轉(zhuǎn)子的動平衡技術和現(xiàn)有動平衡校正理論基本原理進行了研究和在生產(chǎn)中的應用。

關鍵詞：轉(zhuǎn)子動平衡 動平衡原理 動平衡校正

一 、前言

隨著科技技術的發(fā)展，在現(xiàn)代社會，人們的“衣食住行”都離不開電動機提供的動力，因此電動機被譽為人類社會的“心臟”，各種類型的電動機逐步向精密化、大型化、高速化方向發(fā)展，電動機的劇烈振動對機器本身及其周圍環(huán)境都會帶來一系列危害。雖然產(chǎn)生振動的原因多種多樣，但普遍認為“不平衡力”是主要原因。據(jù)統(tǒng)計，有50%左右的電動機振動是由不平衡力引起的。因此，有必要減小轉(zhuǎn)子不平衡力，即對轉(zhuǎn)子進行平衡校正。

二、電動機振動原因

常用電動機中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、齒輪和轉(zhuǎn)子等，統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時與不旋轉(zhuǎn)時，對軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的，這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體，由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，甚至設計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時，其上每個微小質(zhì)點產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作用到機械及其基礎上，引起振動，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機械壽命，嚴重時能造成破壞性事故。在理想的狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子的不平衡量應該接近為零是能達到最好效果。

三、轉(zhuǎn)子不平衡的幾種形式

1. 靜不平衡

靜力不平衡（單平面） 表現(xiàn)在一個旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，但平行于旋轉(zhuǎn)軸線，因此不平衡將發(fā)生在單平面上。不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承上是相等的、同向的。

主矢不為零，主矩為零：

R0═Mrcω?≠0 rc≠0

M0═0 JYZ═JZX═0

R0通過質(zhì)心C，轉(zhuǎn)軸Z與中心主慣性軸平行（如下圖）

2.準靜不平衡

主矢和主矩均不為零，但相互垂直

R0═Mrcω?≠0

M0═0 JYZ═JZX═0

R0不通過質(zhì)心C，轉(zhuǎn)軸Z與中心主慣性軸相交于某一點。（如下圖）

3.偶不平衡

偶不平衡表現(xiàn)在一個旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，但相交于旋轉(zhuǎn)體重心，不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承是相等而180°反向的。

主矢為零，主矩不為零

R0═0 rc═0

M0≠0 JXZ≠0 JYZ≠0（如下圖）

4.動不平衡

動力不平衡（雙平面） 表現(xiàn)在一個旋轉(zhuǎn)體的質(zhì)量軸線與旋轉(zhuǎn)軸線不重合，而且既不平行也不相交，因此不平衡將發(fā)生在兩個平面上，可以認為動力不平衡是靜力不平衡和偶力不平衡的組合，不平衡所產(chǎn)生的離心力作用于兩端支承，既不相等且向量角度也不相同。主矢和主矩均不為零且既不相交，又不平行。

R0═Mrcω?≠0 rc≠0 M0≠0 JXZ≠0 JYZ≠0（如下圖）

綜上所述，動平衡就是選擇兩個平衡操作面，通過加重、去重、調(diào)整等方法形成一個平衡合力和一個平衡合力矩，使原來不平衡力與附加的平衡力的矢量和趨于零，也使原來的不平衡力矩與附加的平衡力矩的合力矩趨于零

四、不同類型的轉(zhuǎn)子的動平衡注意事項

（1）滾動軸承轉(zhuǎn)子的平衡裝有滾動軸承的轉(zhuǎn)子，平衡時最好帶著滾動軸承一起平衡，從而消除滾動軸承的內(nèi)環(huán)偏心引起的不平衡，帶軸承的轉(zhuǎn)子一般在V型支承上進行。

（2）無軸頸的轉(zhuǎn)子的平衡無軸頸的轉(zhuǎn)子必須在工藝軸上進行平衡。由于工藝軸本身的制造誤差：徑向和軸向跳動。工藝軸本身的不平衡以及轉(zhuǎn)子配合時存在的徑向間隙，使轉(zhuǎn)子在平衡時會帶來不可避免的誤差。為了使工藝軸與零件的配合誤差引起的不平衡量與無頸轉(zhuǎn)子的不平衡量分開，在工藝軸上只檢測轉(zhuǎn)子的不平衡量，可采用180°轉(zhuǎn)位的平衡方法。

（3）組裝件的平衡由于組裝件是由幾個零件組合而成，如果不先對單個零件進行平衡，則： ①組裝件因不平衡量過大而無法平衡。②或雖然能平衡，使組裝件達到規(guī)定的平衡精度，但在實際工作轉(zhuǎn)速（4000～500000r/min）時，由于葉輪的不平衡力和力偶的影響，使軸局部彎曲產(chǎn)生振動而不能工作。所以，必須在低轉(zhuǎn)速下（1～2000轉(zhuǎn)/分）先對各零件進行單件平衡，平衡允許值可根據(jù)組裝件不平衡允許值來分配。 ③組裝后理論上認為不平衡量雖是各單件不平衡量的矢量和，但因裝配誤差仍會出現(xiàn)新的不平衡量而使組裝件達不到要求，故仍應對組裝件進行平衡。平衡好的組裝件一般不應拆卸，如果工藝要求必須拆卸時，應對各零件的相對位臵做好標記，以便重裝時，恢復原來的相對位臵，保證其整體精度。由于標記僅對徑向轉(zhuǎn)動標識明顯有效，對軸向標識無作用，故組裝件拆卸又重裝后，仍難保證恢復原來的平衡精度，例如靠噴丸面配合的轉(zhuǎn)子總成，若要想盡可能小地減少裝配誤差，必須對鎖緊力嚴加控制（例如對內(nèi)支承型轉(zhuǎn)子總成鎖緊力作好記錄等）。對于有些組裝件（如帶葉片的軸）則可在有測力和力偶的靜偶分離的平衡機上先對軸進行平衡，找出矢量方向，然后有針對性地裝上葉片再進行平衡，可大大減小不平衡去重量，保證外觀質(zhì)量。

（4）不平衡量大的轉(zhuǎn)子的平衡：①可先進行靜平衡，若在平衡機上進行靜平衡，則必須在滾輪支承上支承工件，利用重力作靜平衡。②或先作低速平衡，即降低正常的平衡轉(zhuǎn)速，以減小離心力進行初平衡校正，然后再進行正常轉(zhuǎn)速平衡。

五、動平衡操作技術

由于做平衡試驗的轉(zhuǎn)子種類繁多，相應的平衡工藝方法，試驗裝置和校正方法也各不相同，應根據(jù)轉(zhuǎn)子結構特點和平衡要求，選擇合適的平衡方法，試驗裝置和校正方法。

（一） 校正面的選擇

平衡校正面必須選擇垂直于轉(zhuǎn)子軸線的平面。

（1）對薄盤狀轉(zhuǎn)子（L/D≤5），因偶不平衡很小，一般只選擇一個校正面，稱為單面平衡或稱靜平衡。

（2）對于長軸類轉(zhuǎn)子（L/D>5），必需選擇二個或二個以上校正面，稱雙面平衡或多面平衡亦稱動平衡。

（3）對于初始不平衡量很大，旋轉(zhuǎn)時振動過大的轉(zhuǎn)子，應先做單面靜平衡，且校正面最好選擇在重心所在的平面上，以防偶不平衡量增大；或選擇在重心兩側(cè)的兩個校正面上校正，或根據(jù)要求，選擇在靠近重心的平面上校正，然后再做動平衡。

（二） 校正方法

轉(zhuǎn)子的不平衡是因其中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線不重合而產(chǎn)生的.平衡就是改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使其中心主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸線重合而達到平衡的目的。 當測量出轉(zhuǎn)子不平衡的量值或相位后，校正的方法有：

（1）去重法：即在重的一方用鉆孔，磨削，鏨削，銑削和激光穿孔等方法去除一部分金屬。

（2）加重法：即在輕的一方用螺釘連接，鉚接，焊接，噴鍍金屬等方法，加上一部分金屬。

（3）調(diào)整法：通過擰入或擰出螺釘以改變校正重量半徑，或在槽內(nèi)調(diào)整二個或二個以上 配重塊位置。

六、結論

經(jīng)過前面幾個章節(jié)對轉(zhuǎn)子動平衡技術的論述，所謂轉(zhuǎn)子動平衡不僅要求使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時各偏心重量產(chǎn)生的慣性力之和為零，而且要使這些慣性力所構成的慣性力偶矩之和也等于零的一種平衡措施。目前利用平衡試驗測定應去重量的方法，不可避免的會有誤差存在，因而經(jīng)過平衡去重的轉(zhuǎn)子還會有殘余的不平衡。欲減小這種殘余的不平衡就需使用更精密的平衡試驗裝臵、更先進的測試設備。而校正平衡后的轉(zhuǎn)子振動值明顯降低，對于一般旋轉(zhuǎn)設備能保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，保證了電動機的長周期運行。