轉子的動(dòng)平衡技術(shù)2
發(fā)布時(shí)間：
2024-07-03 17:36
01
不平衡的表示方法
我們把改變不平衡旋轉體的質(zhì)量分布來(lái)消除旋轉軸周?chē)碾x心力作用，使轉子達到運轉平穩的這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“平衡”。
圖 8、動(dòng)平衡試驗示意圖
如上圖8所示，有一總質(zhì)量為Ｍ的圓盤(pán)，其重心和旋轉中心的距離（偏心距）為ｅ，原始不平衡產(chǎn)生的離心力為Ｆ。如在相反方向上半徑為ｒ處加一平衡質(zhì)量ｍ，它所產(chǎn)生的離心力為Ｗ，假如Ｆ＝Ｗ，則轉子達到完全平衡，即
Ｆ＝Ｗ＝Ｍｅ ω2＝ｍｒ ω2
在實(shí)際平衡試驗過(guò)程中，達到轉子完全平衡是不可能的。因此經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡后各種轉子的允許殘余不平衡量怎樣要求，也就是確定平衡 精度等級的依據是什么。從統計來(lái)求算故障的實(shí)際經(jīng)驗中表明，對于同類(lèi)型的轉子（即幾何相似的轉子），允許的剩余不平衡度ｅ與轉速 ω成反比，這種關(guān)系可以表示為
ｅω＝G
式中
ｅ——轉子質(zhì)量重心和旋轉中心的偏心距， [ ｍｍ] ；
ω——轉子的旋轉角速度， [ １／ｓ ] ；
Ｇ——轉子的平衡精度等級， [ ｍｍ／ｓ ] 。
上式中的Ｇ從物理概念上理解，是轉子質(zhì)量中心的線(xiàn)速度。 很明顯，如果轉子質(zhì)量重心線(xiàn)速度越大，則轉子的振動(dòng)也就越激烈；轉子質(zhì)量重心線(xiàn)速度越小，則轉子旋轉也就越平穩。
各類(lèi)剛性轉子的平衡精度等級
| 平衡精度等級Ｇ | eω[mm/s] | 轉 子 類(lèi) 型 |
| G4000 | 4000 | 剛性安裝的具有奇數汽缸的慢速船用才油機的曲軸傳動(dòng)裝置 |
| G1600 | 1600 | 剛性安裝的大型兩沖程發(fā)動(dòng)機的曲軸傳動(dòng)裝置 |
| G630 | 630 | 剛性安裝的大型四沖程發(fā)動(dòng)機的曲軸傳動(dòng)裝置，彈性安裝的船 用柴油機曲軸傳動(dòng)裝置 |
| G250 | 250 | 剛性安裝的高速四缸柴油機曲軸傳動(dòng)裝置 |
| G100 | 100 | 具有六個(gè)或更多汽缸的高速柴油機的曲軸傳動(dòng)裝置；汽車(chē)、卡車(chē)和機車(chē)的發(fā)動(dòng)機總成（汽油機或柴油機） |
| G40 | 40 | 汽車(chē)輪胎、傳動(dòng)軸、剎車(chē)鼓以及彈性安裝的具有六個(gè)或更多汽缸的高速四沖程的發(fā)動(dòng)機（汽油機或柴油機）曲軸傳動(dòng)裝置；汽車(chē)、卡車(chē)和機車(chē)的曲軸傳動(dòng)裝置 |
| G16 | 16 | 具有特殊要求的傳動(dòng)軸 （推進(jìn)器、 萬(wàn)象聯(lián)軸節軸） ；破碎機零件；農業(yè)機械零件；汽車(chē)和機車(chē)發(fā)動(dòng)機（汽油機或柴油機）部件；特殊要求的六缸或六缸以上的發(fā)動(dòng)機部件 |
| G6.3 | 6.3 | 作業(yè)機械的零件；船用主汽輪機齒輪；離心機鼓輪；風(fēng)扇；組合式航空燃氣輪機轉子；泵轉子；機床和一般的機械零件；普通電機轉子；特殊要求的發(fā)動(dòng)機部件 |
| G2.5 | 2.5 | 蒸汽渦輪機，包括船用（商船用）主要剛性渦輪發(fā)動(dòng)機轉子；剛性汽輪發(fā)電機轉子；透平壓縮機；機床傳動(dòng)裝置；特殊要求的中型和大型電機轉子；透平驅動(dòng)泵 |
| G1 | 1 | 磁帶記錄儀和留聲機傳動(dòng)裝置；磨床傳動(dòng)裝置；具有特殊要求的小型電機轉子 |
| G0.4 | 0.4 | 精密磨床的傳動(dòng)軸，砂輪盤(pán)和電極轉子；陀螺轉子 |
國際標準化組織所制定的“剛性轉子平衡精度”標準ＩＳＯ１９４０，就是以Ｇ值來(lái)劃分精度等級的，Ｇ值范圍從０．１６到４０００ｍｍ／ｓ，共分成１１個(gè)等級，每個(gè)等級彼此按２．５倍分隔，例如：Ｇ值范圍從０．１６～０．４ｍｍ／ｓ，記為Ｇ０．４；Ｇ值范圍從０．４～１ｍｍ／ｓ，記為Ｇ１，余類(lèi)推。上表給出了各種類(lèi)型剛性轉子的平衡精度等級，可供確定轉子允許殘余不平衡度時(shí)使用。如果確定了轉子的平衡精度等級，即給定了Ｇ值之后，已知工作轉速ω，就可以計算出轉子的允許不平衡度ｅ。對于給定質(zhì)量Ｍ的轉子，則可計算出允許的不平衡量（不平衡力矩）。
02
剛性轉子平衡
從轉子平衡觀(guān)點(diǎn)看，工作中的轉子可分為剛性轉子和撓性轉子兩類(lèi)。轉子在較低轉速下運轉時(shí)（一般認為工作轉速低于其一階臨界轉速的０．５倍），由于離心力產(chǎn)生的轉子動(dòng)撓度變形很小，可以忽略不計，轉子可以看作不發(fā)生變形的“剛體”，這種轉子稱(chēng)為剛性轉子。但在高轉速時(shí)（工作轉速超過(guò)一階臨界轉速的０．７倍），由于分布在軸向不同位置上的不平衡離心力作用，轉子產(chǎn)生很大的撓曲變形，
軸向彎矩增大，軸承振動(dòng)也隨之增大，這種轉子就不能視為“剛體”，稱(chēng)為撓性轉子。
大部分剛性轉子按照其厚度不同、結構形式和平衡工藝的要求不同，分為靜平衡和動(dòng)平衡兩種方法。靜不平衡的轉子所產(chǎn)生的不平衡作用力是在重心所在的徑向平面上，可以經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡或單純做靜平衡實(shí)驗加以消除。
最簡(jiǎn)單的靜平衡試驗方法，是把轉子軸徑置于兩根摩檫系數很小的水平導軌上滾動(dòng)，利用轉子上重的部分處于最低位置時(shí)滾動(dòng)便停止的原理，在相反的方向上配置適當平衡塊，使轉子在任何位置均不發(fā)生自由滾動(dòng)，就達到了平衡目的。
滾動(dòng)法不能直接測出靜不平衡量，因此測量工作效率低。靜平衡的另一種形式是天平法，它是利用轉子重心對刃形支撐、扭形支撐或彈簧支點(diǎn)形成偏心的原理，產(chǎn)生力矩使框架傾斜，此時(shí)調整平衡砣使框架回到水平位置上，從而由平衡砣的移動(dòng)量可求出靜不平衡量。
靜不平衡的校正通常適用于下列情況的轉子：
（1）轉子的形狀為薄圓盤(pán)，例如單級泵葉輪、風(fēng)扇葉片、 飛輪、皮帶輪等，這類(lèi)轉子的回轉體件的外徑Ｄ與長(cháng)度ｌ之比滿(mǎn)足Ｄ／ｌ≥５，此時(shí)，認為偶不平衡很小，所以實(shí)用上只須做靜平衡試驗。
（2）對于大型減速齒輪等焊接結構轉子的不平衡量很大， 突然旋轉轉子有危險，在做動(dòng)平衡前需要預先消除靜 不平衡。
（3）對于已經(jīng)成型的砂輪等不易進(jìn)行動(dòng)平衡的轉子，或者 由于制造上受轉子結構限制而無(wú)法進(jìn)行動(dòng)平衡的轉子，一定要預先消除靜不平衡。靜平衡的校正平面位置最好通過(guò)轉子質(zhì)心，否則校正質(zhì)量與轉子的初始不平衡會(huì )形成偶不平衡， 轉子旋轉時(shí)將對軸承產(chǎn)生動(dòng)反力。
圖 9、寬度較大的剛性轉子動(dòng)平衡原理示意圖
如圖 9 所示，對于寬度較大的剛性轉子應采用動(dòng)平衡方法來(lái)解決不平衡問(wèn)題。多數寬轉子的不平衡狀態(tài)是由靜不平衡和偶不平衡兩種基本類(lèi)型疊加而成，疊加后的轉子動(dòng)不平衡通?？梢栽趦蓚€(gè)任意選定的校正平面上（一般選在靠近兩側軸承處），用等效不平衡矢量來(lái)代替，然后在這兩個(gè)平面上對其合力進(jìn)行校正。
圖 9 所示的剛性轉子進(jìn)行兩個(gè)平面平衡的原理， 在兩不平衡的薄圓盤(pán)上，其不平衡離心力為ｆ和ｆ2，力方向如圖所示?，F選Ａ、Ｂ兩個(gè)面為校正平面。由理論力學(xué)可知，一個(gè)力可以分解為與它相平行的兩個(gè)分力。將ｆ １按力的簡(jiǎn)化法則分解為通過(guò)Ａ、Ｂ兩點(diǎn)的平行力Ｐ１和Ｎ１，則
Ｐ１ ＝（ｌ－ａ）ｆ １／ｌ
Ｎ１ ＝ａｆ １／ｌ
ｆ２將ｆ２按力的簡(jiǎn)化法則分解為通過(guò)Ａ、Ｂ兩點(diǎn)的平行力Ｐ ２ 和Ｎ２，則
Ｐ２ ＝ｂｆ ２／ｌ
Ｎ２ ＝（ｌ－ｂ）ｆ ２／ｌ
將Ａ平面內的分力Ｐ １和Ｐ２ 合成為力ｒ １，將Ｂ平面內的分力Ｎ １ 和Ｎ２合成為力ｒ ２ 。ｒ１ 和ｒ２對于剛性轉子是等價(jià)于ｆ １和ｆ ２的，因此在ｒ１和ｒ２的作用點(diǎn)上加上大小相等、方向相反的力即可將轉子平衡。按照這個(gè)方法， 可已將任何一個(gè)不平衡的剛性轉子， 通過(guò)兩個(gè)與轉子軸線(xiàn)相垂直的平面進(jìn)行校正而得到平衡， 這就是剛性轉子的兩面平衡原理．普通低速動(dòng)平衡機就是根據兩面平衡的原理進(jìn)行平衡的。
在采用平衡精度等級推薦數值時(shí)，應注意下列不同的情況：
１、 對于靜不平衡的回轉體，許用不平衡量取由表中計算出的值。
２、 對于動(dòng)不平衡的回轉體，由表中求出許用偏心距ｅ，并根據ｍｒ＝Ｍｅ求出許用不平衡重徑積后，應將它分配到兩個(gè)平衡基面上。一般情況下，將其平分為兩部分，分別作為兩平衡基面上的許用不平衡重徑積就可以了。
當兩平衡基面對零件的重心并不對稱(chēng)時(shí)（如圖 10 所示），則兩平衡基面上的許用不平衡重徑積可按下式求得：
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