轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)探究

電動機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)探究鄭威（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南昆明650113）摘要：轉(zhuǎn)子動平衡的檢測和校正是降低旋轉(zhuǎn)電機(jī)振動和噪聲的有效方法，通過檢測轉(zhuǎn)子的原始不平衡量，通過加重或去重的方法校正殘余不平衡量，從而達(dá)到動平衡精度的要求。本文分析了旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡量產(chǎn)生的原因、允許剩余不平衡量的計算以及動平衡校驗的方法。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子動平衡；不平衡量；動平衡精度；動平衡校驗0引言旋轉(zhuǎn)電機(jī)在高速的回轉(zhuǎn)狀態(tài)下會產(chǎn)生慣性力，這種慣性力與轉(zhuǎn)子平面相垂直。如果轉(zhuǎn)子存在不平衡量，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子的不平衡量將產(chǎn)生一個離心力。隨著轉(zhuǎn)速升高，離心力也逐漸變大。離心力通過軸承傳達(dá)到機(jī)器上，引起整個機(jī)器的振動，產(chǎn)生噪音，加速軸承的磨損，降低機(jī)器的壽命，甚至使機(jī)器控制失靈，發(fā)生嚴(yán)重事故。所謂轉(zhuǎn)子動不平衡，是指由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻，致使其中心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸線不重合而產(chǎn)生的理性慣性力不平衡。離心關(guān)心力的合力F的方向隨轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)周期性變化，期大小與轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量m、偏心距e及角速度的平方成正比，即：F=meω2，所以降低電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，除了提高轉(zhuǎn)子的精度外，最有效的方法就是對轉(zhuǎn)子進(jìn)行不平衡校正，實質(zhì)是調(diào)整轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，是轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動是的離心力達(dá)到平衡。1引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因1.1設(shè)計問題轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)體幾何形狀設(shè)計不對稱，對稱軸不在旋轉(zhuǎn)軸線上；（2）在轉(zhuǎn)子內(nèi)部或外部有表面粗糙，質(zhì)量分布不勻；（3）零件在轉(zhuǎn)軸上的配合面粗糙，配合公差不合適，產(chǎn)生徑向或軸向擺動。配合過松時，高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子內(nèi)孔擴(kuò)大造成偏心；（4）軸上轉(zhuǎn)動部件未對稱安裝，且有配合間隙；（5）轉(zhuǎn)子安裝不緊固，存在配合松動。1.2.材料缺陷轉(zhuǎn)子鑄件有氣孔，造成材料內(nèi)部組織不均勻，材料厚薄不一致，質(zhì)量不對稱；（2）材料較差，易于磨損、變形造成質(zhì)量分布不均。1.3.加工與裝配誤差焊接和澆鑄上的造型缺陷；（2）切削中的切削誤差；（3）在裝配時配合誤差的累積，引起重心偏移；（4）材料熱處理不符合條件要求，或殘余未消除加工和焊接時的扭曲變形，使轉(zhuǎn)子永久性變形；（5）配合零件不一致造成質(zhì)量不對稱；（6）未進(jìn)行找平找正，聯(lián)軸器不對中，一種平行不對中相當(dāng)于對轉(zhuǎn)子加了一個不平衡負(fù)荷。由以上原因引起轉(zhuǎn)子某種程度的不平衡問題，分布在轉(zhuǎn)子上的所有不平衡矢量的和可以認(rèn)為是集中在“重點”上的一個矢量，因此動平衡技術(shù)可以在其相對應(yīng)的位置處加重或去重來平衡質(zhì)量分布。2轉(zhuǎn)子動平衡工藝設(shè)計要求根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點，可將其看做為剛性轉(zhuǎn)子。對于剛性轉(zhuǎn)子的任意不平衡量的分布，只要取兩個校正面進(jìn)行動平衡校正，就能將轉(zhuǎn)子的剩余不平衡量校正到小于或等于轉(zhuǎn)子的允許不平衡量。按照電動機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計和制造工藝特點，可將兩個校平面Uper1和Uper2設(shè)置在鐵心附近或電動機(jī)的平衡槽內(nèi)。鄭威（1984—），男，山西忻州人，化工電氣助理工程師、H3C網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證工程師，云南三環(huán)中化化肥有限公司電氣專業(yè)技術(shù)帶頭人，太原科技大學(xué)電氣工程及其自動化工學(xué)學(xué)士、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)理學(xué)學(xué)士，昆明理工大學(xué)在職碩士研究生，主要從事電氣工程自動化和控制工程設(shè)計維護(hù)工作。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1940年制定了世界公認(rèn)的ISO1940平衡等級，它將轉(zhuǎn)子平衡等級分為11個級別，每個級別間以2.5倍為增量。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的平衡等級一般按照G6.3進(jìn)行校驗。一般來說，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量越大，允許的剩余不平衡量也越大，因此將允許的剩余不平衡量（Uper鄭威（1984—），男，山西忻州人，化工電氣助理工程師、H3C網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證工程師，云南三環(huán)中化化肥有限公司電氣專業(yè)技術(shù)帶頭人，太原科技大學(xué)電氣工程及其自動化工學(xué)學(xué)士、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)理學(xué)學(xué)士，昆明理工大學(xué)在職碩士研究生，主要從事電氣工程自動化和控制工程設(shè)計維護(hù)工作。(1)e是轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量，稱為不平衡率，對靜不平衡轉(zhuǎn)子而言，就是偏心距。它能表示出平衡精度的高低。根據(jù)工程經(jīng)驗轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量許用不平衡e不得超過下表規(guī)定：電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n（r/min）300015001000750600轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的需用不平衡量e816243240表（1）轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量許用不平衡率平衡精度等級（G）用轉(zhuǎn)子允許位移（e）和轉(zhuǎn)子工作角速度（ω）之積來表示，即：（2）又根據(jù)平衡力矩可知：（3）式中：Uper代表允許不平衡量，單位g；r代表轉(zhuǎn)子的校正半徑，單位是mm。聯(lián)立式（1）（2）（3）可得出允許不平衡量（Uper）公式如下：（4）根據(jù)式（4）可以得出電動機(jī)的允許不平衡量，但是電機(jī)轉(zhuǎn)子一般都是雙面校正平衡，故分配到每面的允許不平衡量為Uper/2。3動平衡的校正3.1校正方式的確定轉(zhuǎn)子兩個校正面的動平衡校正，校正量可能是正值也可能是負(fù)值，所以轉(zhuǎn)子動平衡的校正方法一般分為去重法和加重法兩種。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、動平衡的工藝性、可返工性等多方面要素，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子校正方式一般采用加重法且雙面校正，即在平衡槽上進(jìn)行加平衡塊（鋼、平衡膠泥）使質(zhì)量分布平衡。3.2動平衡的校正試驗云南三環(huán)中化化肥有限公司硫酸廠P43102二吸泵（YKK400-6-220Kw）振動較大（10.88mm/s）且噪聲偏大，因此決定對此電機(jī)進(jìn)行動平衡校驗。現(xiàn)根據(jù)昆明進(jìn)立電機(jī)維修公司的動平衡機(jī)（PHW-5000)和微機(jī)控制系統(tǒng)（JP-380)為例，簡述動平衡的試驗方法。首先檢查硬支承架、滑輪是否完好，擦干凈滾輪上的污垢，加上潤滑油；將轉(zhuǎn)子吊裝到平衡機(jī)上與萬向節(jié)連接，并萬向節(jié)和硬支承架保持的平衡。確定轉(zhuǎn)子的支承方式（NO.1），測量圖（1）圖（1）動平衡支承方式（NO.1）中a、b、c和r數(shù)據(jù)，將四組數(shù)據(jù)輸入到JP-380微機(jī)控制系統(tǒng)中。根據(jù)電動機(jī)的極數(shù)輸入試驗轉(zhuǎn)速，一般按照電機(jī)極數(shù)設(shè)定：J=2，800r/min<n≤1000r/min；J=4or6，500r/min<n≤800r/min；J=8，300r/min<n≤500r/min）。啟動平衡機(jī)，觀察原始不平衡量見表（2）。平面一平面二量值相位角量值相位角305g46o73g102o表（2）二吸泵原始不平衡量統(tǒng)計表在相應(yīng)的＂相位＂加上相應(yīng)的“不平衡重”的平衡塊，并緊固牢靠。經(jīng)過2~3次反復(fù)試驗，達(dá)到＂允許不平衡＂要求。將平衡好的轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)180度進(jìn)行開機(jī)校驗。觀察＂剩余不平衡重＂是否相等，相位前后是否相差180度。如果＂相位＂和＂重量＂不對，需分析原因，重新反復(fù)校驗以達(dá)到要求。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗電動機(jī)轉(zhuǎn)子殘余不平衡量一般校正如下表所示：序號電動機(jī)極數(shù)單面殘余不平衡量（g）1二≤5g2四5g-10g3六10g-15g4八15g-20g表（3）電動機(jī)轉(zhuǎn)子殘余不平衡量對照表根據(jù)反復(fù)試驗最后，P43102二吸泵殘余不平衡量如表（4）所示，達(dá)到表（3）要求。平面一平面二量值相位角量值相位角4g53o3g64o表（4）P43102二吸泵殘余不平衡量對照表4結(jié)語轉(zhuǎn)子動平衡的檢測和校正是排除電動機(jī)噪聲和振動的有效方法，換言之，轉(zhuǎn)子的動平衡檢測和校正不完全取決于電氣維修技術(shù)，更是質(zhì)量管理的范疇，因此不管是電機(jī)的維修，還是電機(jī)的制造都應(yīng)關(guān)注轉(zhuǎn)子動平衡的檢測和校正。參考文獻(xiàn)：【1】萬軍紅.《電動機(jī)轉(zhuǎn)子動平