什么是转子不平衡? 常用机械中包含着大量的做旋转运动的零部件，例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子等，统称为回转体。理想情况下，回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体称为平衡的回转体。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起振动，产生了噪音，加速轴承磨损，缩短了机械寿命，严重时能造成破坏性事故。为此，必须对转子进行平衡，使其达到允许的平衡精度等级，或使因此产生的机械振动幅度降在允许的范围内。 为什么要做动平衡? 动不平衡是最普遍的不平衡现象，它是静不平衡和偶不平衡的组合。不平衡的转子经过动平衡校正后，不仅消除了偶不平衡，同时也消除了静不平衡，这时转子的中心惯性主轴和转动轴线也就完全一致，使转子达到平衡。但理想是丰满的现实是骨感的，想要把一个不平衡的转子平衡到不平衡量为零，是不可能的。因为受到动平衡设备的精度和转子局限性的影响。因此，就有了平衡精度的概念，即在现有的条件下，我们能达到的最合理的一个数值量级，这样即满足了生产生活的要求，又满足了经济性的要求。考虑到技术的先进性和经济上的合理性，国际标准化组织 (ISO) 于1940 年制定了世界公认的ISO 1940平衡等级，它将转子平衡等级分为11个级别，每个级别间以2.5倍为增量，从要求最高的G0.4到要求最低的G4000，单位mm/s。具体见下表： 计算转子的允许不平衡度： G——平衡精度等级，一般取6.3; n——工作转速，单位r/min。 例如，某工件工作转速1400r/min平衡精度等级取6.3则 计算允许残余不平衡量： M——工件旋转质量， 单位kg; r——工件半径，单位mm。 例如，工件质量20kg半径60mm双面平衡故计算每个平衡面的允许的剩余不平衡量为 对动平衡机的精度要求 最小可达剩余不平衡量是平衡机平衡转子时所能达到的最小剩余不平衡量，是衡量平衡机最高平衡能力的性能指标。硬支承平衡机可直接用校正面上的最小剩余不平衡量表示，单位为(克/毫米)，有些也使用(克/厘米)。最小可达剩余不平衡量受平衡机的型式、测量方式、传动方式、轴承形式及校正面的平面分离比和平衡机的灵敏度等等因素的影响。要使转子的平衡精度很高(即剩余的不平衡量很小)，就要尽量排除影响不平衡精度的因素。这些影响因素中，平衡机的传动方式和传动件的不平衡影响最大。转子的轴颈精度也都应受到严格的限制，还有装有叶轮的转子件，重心不在转子中心的转子，装有轴承底套和密封使用盘根的转子。 平衡工艺与方法 不平衡的转子经过测量其不平衡量，并加以校正以消除其不平衡，这就是转子平衡的工艺过程，也称平衡试验。01、校正面的选择 消除转子的不平衡，使其处于平衡状态的操作叫做平衡校正。平衡校正是在垂直转子轴线的平面上进行的，该平面称为校正平面。只需要在一个校正面内校正平衡的方式称为单面平衡或静平衡，必须在两个或多个校正平面内进行校正的方式称为双面平衡或多面平衡或称动平衡。 对于初始不平衡量很大，旋转时振动过大的转子，在动平衡校验之前要先进行单面平衡，以消除静不平衡。有时由于校正面位置选择不当(即重心不在选择的校正面内)，校正静平衡后反而会使偶不平衡增大。因此，校正面最好是选择在重心所在平面内进行，以减少偶不平衡。若重心所在平面不允许去重时，一般应在位于重心所在平面两侧的两个平面上进行。 对于刚性转子，一般具有静不平衡与偶不平衡。要达到平衡，可在任意选择的与轴线相垂直的两个校正平面内校正其不平衡，即所谓双面平衡。校正方法一般采用加重(如配平衡块)或去重(如打孔)方式进行。校正平面的位置一般由转子的结构决定。 为减少在平衡操作中所花费的时间和劳力，应设法减少校正量，为此在可能的条件下，尽可能的增加两校正面的距离和校正半径，以取得好的平衡效果。 02、调整零件质量分布的方法 · 加重：在已知该校正面上的不平衡量的反方向加一质量，使该附加质量产生的不平衡量与原不平衡量相抵消;通常可以采用补焊、喷镀、胶结、铆接、螺纹连接等方法。 · 去重：在已知该校正面上的不平衡量的相同方向上去掉一质量，使该去掉质量产生的不平衡量就是原来的不平衡量;通常可以采用钻、磨、铣、锉及激光打孔等方法。 · 调整校正质量：在回转体预先设置好的各种结构中，调整校正质量的大小和方位，达到去重和加重的同样目的;例如，调整平衡槽内平衡块数和角度分布、调整两偏心块的相对角度位置、拧入或拧出螺钉、改变校正质量半径等。 注：关于加重和去重该如何选择，可以参考我们公众号发布的《转子做动平衡时，应该选择加重?还是选择减重?》一文。 03、校正误差分析 在平衡过程中，除平衡机的测量误差外，还存在因平衡校正的不准确(包括校正量的大小和位置)而产生的误差，这种误差称为校正误差。可分为校正角度误差、校正幅值误差、校正半径误差和校正平面位置误差等。 在实际校正中，上述的四种误差大多数情况是综合出现的，分析时就应该综合考虑。另外，还应考虑初始不平衡量与剩余不平衡量之间的比例，以及平衡机的不平衡减低率的影响。 如何识别动不平衡问题? 说了这么多，那么该如何识别动不平衡问题呢?请注意以下特征：1、振动频谱典型特征：不平衡问题通常是较高的转频振动占主导，一般其转频振动成份大于或等于其通频振动的80%以上。 2、不平衡力具有一定的方向性，离心力在径向基本是均匀的，轴及支承轴承的运动轨迹近似为一个圆，然而，由于轴承座的垂直支承刚度大于水平方向，所以正常的轴及支承轴承的运动轨迹为椭圆，即正常情况下水平方向振动要比垂直方向振动大1.5到2倍，若超出这个范围，可能存在其它问题，特别是可能存在共振问题。 3、径向与轴向振动比较，当是不平衡问题占主导时，径向振动(水平和垂直)要比轴向方向的振动大得多(悬臂转子除外)。 4、悬臂转子不平衡问题的方向性，通常情况下，径向和轴向振动都比较大，它是静不平衡和力偶不平衡同时存在，所以通常情况下需要二平面进行平衡修正。 5、有不平衡振动问题转子，其振动相位是稳定和可重复的。 6、不平衡问题会促使共振幅值增大，如果转子的工作转速比较靠近其系统自振频率处的共振点时，少量的不平衡振动会增大10到50倍。 7、转子不平衡问题的相位表现，在转子输入、输出端轴承水平方向测量得到的相位差与在转子输入、输出端轴承垂直方向测量得到的相位差基本相等(+/-30°)否则主要问题不是动平衡问题。例如，如果在一个电机的输入、输出端轴承水平方向测量得到的振动相位差为30°，而在其输入、输出端轴承垂直方向测量得到的振动相位差近似为150°，则工程师企图对这个转子实施动平衡操作，似乎是在浪费时间。 来源：综合自网络 |
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