转子动平衡原理图解
转子动平衡及操作技术
一. 转子动平衡..
(一) .有关基本概念
1. 转子
机器中绕轴线旋转的零部件,称为机器的转子.
2. 平衡转子
旋转与不旋转时对轴承只有静压力的转子.
3. 不平衡转子
如果转子在旋转时对轴承除有静压力外,附加有动压力,则称之为不平衡的转子
不平衡是一个旋转体的质量轴线(惯量轴线)与实际的旋转轴线不重合。其单位为不平衡的质量与该质量中心至实际旋转轴线的距离的乘积，以gmm计量。不平衡有3种表现形式。
不平衡转子的危害性:转子如果是不平衡的,附加动压力将通过轴承传达到机器上,引起整个机器的振动产生噪音,加速轴承的磨损,降低机器的寿命,甚至使机器控制失灵,发生严重事故.
(二) 转子不平衡的几种形式
1. 静不平衡
静力不平衡(单平面) 表现在一个旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合，但平行于旋转轴线，因此不平衡将发生在单平面上。不平衡所产生的离心力作用于两端支承上是相等的、同向的。
主矢不为零,主矩为零: R0═Mrcω²≠0 rc≠0 M0═0 JYZ═JZX═0
R0通过质心C，转轴Z与中心主惯性轴平行。 （ 图1）
通过加重、去重、调整等方法形成一个平衡合力，使原来不平衡力与附加的平衡力的矢量和趋于零。
主矢和主矩均不为零,但相互垂直 R0═Mrcω²≠0
M0═0 JYZ═JZX═0
R0不通过质心C，转轴Z与中心主惯性轴相交于某一点。 （图2）
3. 偶不平衡
偶力不平衡 表现在一个旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合，但相交于旋转体重心，不平衡所产生的离心力作用于两端支承是相等而180°反向的。 主矢为零,主矩不为零 R0═0 rc═0
M0≠0 JXZ≠0 JYZ≠0 （图3）
通过加重、去重、调整等方法形成一个平衡合力，使原来不平衡力与附加的平衡力的矢量和趋于零。
动力不平衡(双平面) 表现在一个旋转体的质量轴线与旋转轴线不重合，而且既不平行也不相交，因此不平衡将发生在两个平面上，可以认为动力不平衡是静力不平衡和偶力不平衡的组合，不平衡所产生的离心力作用于两端支承，既不相等且向量角度也不相同。 主矢和主矩均不为零且既不相交,又不平行。 R0═Mrcω²≠0 rc≠0 M0≠0 JXZ≠0 JYZ≠0 （图4）
动平衡就是选择两个平衡操作面，通过加重、去重、调整等方法形成一个平衡合力和一个平衡合力矩，使原来不平衡力与附加的平衡力的矢量和趋于零，也使原来的不平衡力矩与附加的平衡力矩的合力矩趋于零。
5.选择静平衡或动平衡的一般原则
当转子外径D与长度L满足D/L≧5时,不论其工作转速高低都只需进行静平衡 (如果L/l＞2时)
当D≤I时,n＞1000r/min必须进行动平衡.(特殊要求除外) (三) 动平衡机的工作原理
把刚性回转体安装在动平衡机的弹性支承上,使回转体转动.根椐支承的不同情况,(通过回转体的周期性机械振动信号变为电感信号)测量出支承的振动和支反力.用分离解算电路,计算出回转体的不平衡量,再对回转体进行加重或去重,直至平衡量达到要求.
1. 软支承动平衡机的分离解算原理
刚性回转体动平衡时,任一校正面的不平衡量都会使左,右二支承同时产生振动, α设校正面I上的不平衡量m1r1在左,右支承处引起的振幅分别用αL1mr1和αR1mr1表示;校正面Ⅱ上的不平衡量m2r2在左,右支承处引起的振幅分别用αL2mr2和αR2mr2表示.其中为一组与回转体重量,支承位置,校正面位置及回转体惯性矩等有关的动力影响系数,在实际操作中,可由试验确定.
则左,右支承的振幅Vl,VR与不平衡量m1r1,m2r2的关系为:
VL═αL1m1r1+αL2m2r2
VR=αR1m1r1+αR2m2r2
以下两式可联立解出得: m1r1=αR2 VL/∆-αL2 VR/∆
m2r2=αL1VR/∆-αR1 VL/∆ 式中:△=αL1 αR2－αL2αR1
由算式可知:只要知道四个影响系数,就可以从测得的支承振幅VL和VR算出不平衡量m1r1和m2r2,在动平衡机实际操作中,无需算出四个动力影响系数,只需通过调整电位器W1,W2,W3,W4即可求出m1r1和m2r2(见DRZ—1A)动平衡机操作显示屏示意图.（图5）
2. 硬支承动平衡机的分离解算原理
在硬支承动平衡机中,不平衡产生的离心力与支承振幅成正比,而且相位相同,因此,对于硬支承动平衡机是通过测量支承反力来确定二校正面上的不平衡量,若二校正面上的不平衡量产生的离心力为FL和FR,则左,右两支承的反力NL和NR,则左,右两支承的反力NL和NR.可由静力学的方法求出.
硬支承平衡机的支承关系式如下: (1) FL=fL+1/B(AfL-CfR)
FR=fR-1/B(AfL-CfR) （图6）
(2) FL=fL+1/B(AfL+CfR) FR=fR-1/B(AfL+CfR) （图7）
(3) FL=fL-1/B(AfL+CfR) FR=fR+1/B(AfL+CfR) （图8），（图9）
(4) FL=fL+1/B(AfL-CfR) FR=fR+1/B(AfL-CfR)
（图10）
图中的A,B,C为支承和校正面的位置尺寸.离心力FL和FR仅与支承反力NL和NR及尺寸A,B,C有关.不同的支承形式只改变支反力的运算符号,用传感器测出支反力NL,使用如软支承平衡机类似的分离解算电路,求出离心力FL和FR,再根椐回转体的工作角度ωω 算出左,右校正面上的不平衡量FL/ω和FR/ω
(1)～(4)为通常将不平衡量分解到两个校正面上进行平衡校正的方法,而对于直径比(L/D)较小的园盘形回转体,进行两面高精度平衡或检查其单面平衡后的精度,或对装配式回转体(如 带叶片轴)进行边装配边平衡则可用静/偶平衡法. 3.软支承动平衡机与硬支承动平衡机的比较: 对比项目 不平衡的 检测方式
支承刚度
平衡转速 平衡机的 调整方式
平衡精度
软支承平衡机
测幅型,通过传感器检测出 与振幅成正比的不平衡量 支承刚度低, 与转子
实际的轴承条件不同 平衡转速超过共振区 启动时要求锁紧摆架
需调整运转，操作次数多，不同类型的转子有各自的标准转子 一般可达0.5μ(0.5g.mm/kg),以偏心距表示灵敏度时，与转子质量无关，但转子轻时由于寄生质量，使灵敏度下降
宜用于高速中型，小型转子的平 衡，大批生产的产品
硬支承平衡机 测力型,通过传感器检测出 与离心力成正比的不平衡量 支承刚度很高,接近于转 子实际的轴承刚度,可使平 衡工况与实际工况相近 平衡转速在共振点之前,无需 锁紧装置,可做超速试验
不需调整运转，在很短的时间内完成永久式调整
一般可达1.0μ（1g.mm/kg）超精度型可达0.05μ，以偏心距表示灵敏度时，与转子质量成正比，与寄生质量无关 宜用于大，中型转子的平衡， 单件或各种批量生产的产品
适用范围
安装地基 受外界振动影响小， 对安装地基要求不高 受外界振动影响较大，以安装 地基要求很高。 （隔振）
(四) 动平衡精度
1. 动平衡的定义
不平衡的转子经过测量其不平衡量和不平衡相位,并加以校正以消除其不平衡量,使转子在旋转时,不致产生不平衡离心力的平衡工艺叫做动平衡.
2. 转子的平衡精度等级
(1) 通过实验(工作状态下),积累资料,对未做规定的某些特殊要求的转子订出
可行的平衡精度规范
（2）根据eω=G（递减的常数）分级。
① e=Upcr/m—转子单位质量的不平衡量,称不平衡率.对静平衡而而言:e—偏心距. ② 为便于读数:G=eω/1000单位由原µ/s改为mm/s.
③ 根据ISO1940标准,G的大小作为精度标号,等级之间公比为2.5,等级分为 :G4000,G1600,G630,G250,G100,G40,G16,G6.3,G1,G0.4共11级.
(2) ISO1940规定的符号
Upcr—许用不平衡量(g.mm),Upcr=meper
Epcr—许用不平衡率或转子偏心距(g.mm/kg或µ) U—不平衡量(g.mm) Us—静不平衡量(g.mm) Uc—偶不平衡量(g.mm)
Umc—最大的偶不平衡量(g.mm²)
UpcrⅠⅡ--分配到校正面I或Ⅱ的许用不平衡量(g.mm)
U³pcrⅠ.Ⅱ按静不平衡量分配到I或Ⅱ的许用不平衡量(g.mm)
UeperⅠ.Ⅱ--按偶不平衡量分配到校正面Ⅰ或Ⅱ的许用不平衡量(g.mm) mⅠ.Ⅱ--向校正面简化的转子当量质量mⅠ+mⅡ=m(kg) m—转子质量(kg) 4..影响动平衡精度的因素
要使转子的平衡精度很高(即剩余不平衡量很小)就要尽量排除影响不平衡精度的因素,其中传动方式和传动件的不平衡影响最大,其它如转子的轴颈精度,轴承的精度等亦应严格控制.
二,动平衡操作技术
由于做平衡试验的转子种类繁多,相应的平衡工艺方法,试验装置和校正方法也各不相同,应根据转子结构特点和平衡要求,选择合适的平衡方法,试验装置和校正方法.
(一) 校正面的选择
平衡校正面必须选择垂直于转子轴线的平面.
(1) 对薄盘状转子(L/D≤5),因偶不平衡很小,一般只选择一个校正面,称为单面平衡
或称静平衡.
(2) 对于长轴类转子(L/D＞5),必需选择二个或二个以上校正面,称双面平衡或多面
平衡亦称动平衡.
(3) 对于初始不平衡量很大,旋转时振动过大的转子,应先做单面静平衡,且校正面最
好选择在重心所在的平面上,以防偶不平衡量增大;或选择在重心两侧的两个校正面上校正,或根据要求,选择在靠近重心的平面上校正,然后再做动平衡. (4) 曲轴应在专门的曲轴动平衡机上平衡
(二) 校正方法
转子的不平衡是因其中心主惯性轴与旋转轴线不重合而产生的.平衡就是改变转子的质量分布,使其中心主惯性轴与旋转轴线重合而达到平衡的目的.
当测量出转子不平衡的量值或相位后,校正的方法有:
(1) 去重法—即在重的一方用钻孔,磨削,錾削,铣削和激光穿孔等方法去除一部分金属. (2) 加重法--即在轻的一方用螺钉连接,铆接,焊接,喷镀金属等方法,加上一部分金属.. (3) 调整法—通过拧入或拧出螺钉以改变校正重量半径,或在槽内调整二个或二个以上
配重块位置.
(4) 热补偿法—通过对转子局部加热来调整工件装配状态. (三) 硬支承平衡机操作过程简述
1. 调整平衡机的两摆架位置,将转子两轴承档置于两支承滚轮中(或V型支
承中)测量a,b,c轴向距离,选择校正半径R1,R2.
2. 选择相应的支承型式(必须与实际支承状况相符),选择平衡方式(动,静或静
偶将所测的a,b,c,R1,R2,尺寸数据输入测试箱,输入平衡公差. 3. 选择合适的平衡转速(可开机测试,也可预设置). 4. 开机.测试Ⅰ,Ⅱ校正面上的不平衡量值.
5. 校正.根据测试箱显示的Ⅰ,Ⅱ校正面上的不平衡量及不平衡相位采用合适
的方法校正.
注:一般硬支承平衡机显示的不平衡量值均为校正半径r1,r2平面上的不平衡重量m,需求重径积G=mr.
有些平衡机(如申克平衡机CAB590A或CAB690)编有重径积计算程序,则可不必再计算,只需打印出结果即可.
(四) 软支承平衡机的操作过程简述(参见图5)
1. 模拟平衡(调零,电器平衡). 2. 加试重,求出4个α值.
a) 左面r1处加试重5G:调整右面分离旋钮,使Ⅱ面光点为零,左面灵敏度旋钮放至
10.(若为便于计算,可微动,至Ⅰ面刻度值A1为整数)
b) 右面r2处加试重5G:调整左面分离旋钮,使Ⅰ面光点为零,右灵敏度旋钮放至
10.(或为便于计算,可微动,至Ⅱ面刻度值A2为整数) c) 将试重加在左校正面r1处,重核Ⅰ面刻度值.
3. 计算Ⅰ,Ⅱ校正面灵敏度U1,U2.
计算公式:U=5Gr/A 式中U—机器灵敏度
G—试重(等于工件允许的不平衡量)
A─瓦特表所显示的刻度值
注：双面校正时,符号下标分别代表1,2..
4. 记录机器灵敏度,面,量刻度值以备下次同类工件平衡时使用.
上述操作过程中,:面分离旋钮即为W1,W2两电位器称为消除左右不平衡量相互影响的分离电路.
(五) 不同类型转子的动平衡注意事项 1.滚动轴承转子的平衡
装有滚动轴承的转子,平衡时最好带着滚动轴承一起平衡,从而消除滚动轴承的内环偏心引起的不平衡,带轴承的转子一般在V型支承上进行.
2.无轴颈的转子的平衡
无轴颈的转子必须在工艺轴上进行平衡.由于工艺轴本身的制造误差:径向和轴向跳动.工艺轴本身的不平衡以及转子配合时存在的径向间隙,使转子在平衡时会带来不可避免的误差.
为了使工艺轴与零件的配合误差引起的不平衡量与无颈转子的不平衡量分开,在工艺轴上只检测转子的不平衡量,可采用180°转位的平衡方法. 3.组装件的平衡
由于组装件是由几个零件组合而成,如果不先对单个零件进行平衡,则: (1) 组装件因不平衡量过大而无法平衡.
(2) 或虽然能平衡,使组装件达到规定的平衡精度,但在实际工作转速(4000～500000r/min)时,
由于叶轮的不平衡力和力偶的影响,使轴局部弯曲产生振动而不能工作.所以,必须在低转速下(1～2000转/分)先对各零件进行单件平衡,平衡允许值可根据组装件不平衡允许值来分配。
(3) 组装后理论上认为不平衡量虽是各单件不平衡量的矢量和,但因装配误差仍会出现新的
不平衡量而使组装件达不到要求,故仍应对组装件进行平衡.
平衡好的组装件一般不应拆卸,如果工艺要求必须拆卸时,应对各零件的相对位置做好标记,以便重装时,恢复原来的相对位置,保证其整体精度.
由于标记仅对径向转动标识明显有效,对轴向标识无作用,故组装件拆卸又重装后,仍难保证恢复原来的平衡精度,例如靠喷丸面配合的转子总成,若要想尽可能小地减少装配误差,必须对锁紧力严加控制(例如对内支承型转子总成锁紧力作好记录等).
对于有些组装件(如带叶片的轴)则可在有测力和力偶的静偶分离的平衡机上先对轴进行平衡,找出矢量方向,然后有针对性地装上叶片再进行平衡,可大大减小不平衡去重量,保证外观质量.
1. 不平衡量大的转子的平衡
(1) 可先进行静平衡,若在平衡机上进行静平衡,则必须在滚轮支承上支承工件,利用重力作静
平衡.
(2) 或先作低速平衡,即降低正常的平衡转速,以减小离心力进行初平衡校正,然后再进行正常
转速平衡.
2.有气动效应的转子的平衡
由于有叶片的转子平衡时,风阻力很大,这不仅要求平衡机要有足够的驱动功率,同时因气动力的干扰会使测量出现不稳定现象,处理方法是:降低试验转速,或用硬壳纸遮盖空气流入方向,或选择风压小的旋转方向,以减少驱动功率和提高测量稳定性,对于小型转子,,即可用高压空气驱动,变风阻为动力,可大大提高测量稳定性和测量精度.