黃仕尉

摘 要：本文通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的論述，明確機(jī)械平衡的目的，對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)和現(xiàn)有動(dòng)平衡校正理論基本原理進(jìn)行了研究和在生產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡 動(dòng)平衡原理 動(dòng)平衡校正

一 、前言

隨著科技技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代社會(huì)，人們的“衣食住行”都離不開(kāi)電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力，因此電動(dòng)機(jī)被譽(yù)為人類社會(huì)的“心臟”，各種類型的電動(dòng)機(jī)逐步向精密化、大型化、高速化方向發(fā)展，電動(dòng)機(jī)的劇烈振動(dòng)對(duì)機(jī)器本身及其周圍環(huán)境都會(huì)帶來(lái)一系列危害。雖然產(chǎn)生振動(dòng)的原因多種多樣，但普遍認(rèn)為“不平衡力”是主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有50%左右的電動(dòng)機(jī)振動(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡校正。

二、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)原因

常用電動(dòng)機(jī)中包含著大量的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件，例如各種傳動(dòng)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(shí)與不旋轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)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(shè)計(jì)時(shí)就具有非對(duì)稱的幾何形狀等多種因素，使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過(guò)軸承作用到機(jī)械及其基礎(chǔ)上，引起振動(dòng)，產(chǎn)生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機(jī)械壽命，嚴(yán)重時(shí)能造成破壞性事故。在理想的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡量應(yīng)該接近為零是能達(dá)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(gè)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(guò)質(zhì)心C，轉(zhuǎn)軸Z與中心主慣性軸平行（如下圖）

2.準(zhǔn)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(guò)質(zhì)心C，轉(zhuǎn)軸Z與中心主慣性軸相交于某一點(diǎn)。（如下圖）

3.偶不平衡

偶不平衡表現(xiàn)在一個(gè)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(dòng)不平衡

動(dòng)力不平衡（雙平面） 表現(xiàn)在一個(gè)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(gè)平面上，可以認(rèn)為動(dòng)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(dòng)平衡就是選擇兩個(gè)平衡操作面，通過(guò)加重、去重、調(diào)整等方法形成一個(gè)平衡合力和一個(gè)平衡合力矩，使原來(lái)不平衡力與附加的平衡力的矢量和趨于零，也使原來(lái)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(dòng)平衡注意事項(xiàng)

（1）滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子的平衡裝有滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)子，平衡時(shí)最好帶著滾動(dòng)軸承一起平衡，從而消除滾動(dòng)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(jìn)行。

（2）無(wú)軸頸的轉(zhuǎn)子的平衡無(wú)軸頸的轉(zhuǎn)子必須在工藝軸上進(jìn)行平衡。由于工藝軸本身的制造誤差：徑向和軸向跳動(dòng)。工藝軸本身的不平衡以及轉(zhuǎn)子配合時(shí)存在的徑向間隙，使轉(zhuǎn)子在平衡時(shí)會(huì)帶來(lái)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(wú)頸轉(zhuǎn)子的不平衡量分開(kāi)，在工藝軸上只檢測(cè)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(gè)零件組合而成，如果不先對(duì)單個(gè)零件進(jìn)行平衡，則： ①組裝件因不平衡量過(guò)大而無(wú)法平衡。②或雖然能平衡，使組裝件達(dá)到規(guī)定的平衡精度，但在實(shí)際工作轉(zhuǎn)速（4000～500000r/min）時(shí)，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(dòng)而不能工作。所以，必須在低轉(zhuǎn)速下（1～2000轉(zhuǎn)/分）先對(duì)各零件進(jìn)行單件平衡，平衡允許值可根據(jù)組裝件不平衡允許值來(lái)分配。 ③組裝后理論上認(rèn)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(huì)出現(xiàn)新的不平衡量而使組裝件達(dá)不到要求，故仍應(yīng)對(duì)組裝件進(jìn)行平衡。平衡好的組裝件一般不應(yīng)拆卸，如果工藝要求必須拆卸時(shí)，應(yīng)對(duì)各零件的相對(duì)位臵做好標(biāo)記，以便重裝時(shí)，恢復(fù)原來(lái)的相對(duì)位臵，保證其整體精度。由于標(biāo)記僅對(duì)徑向轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)識(shí)明顯有效，對(duì)軸向標(biāo)識(shí)無(wú)作用，故組裝件拆卸又重裝后，仍難保證恢復(fù)原來(lái)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(duì)鎖緊力嚴(yán)加控制（例如對(duì)內(nèi)支承型轉(zhuǎn)子總成鎖緊力作好記錄等）。對(duì)于有些組裝件（如帶葉片的軸）則可在有測(cè)力和力偶的靜偶分離的平衡機(jī)上先對(duì)軸進(jìn)行平衡，找出矢量方向，然后有針對(duì)性地裝上葉片再進(jìn)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(jìn)行靜平衡，若在平衡機(jī)上進(jìn)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(jìn)行初平衡校正，然后再進(jìn)行正常轉(zhuǎn)速平衡。

五、動(dòng)平衡操作技術(shù)

由于做平衡試驗(yàn)的轉(zhuǎn)子種類繁多，相應(yīng)的平衡工藝方法，試驗(yàn)裝置和校正方法也各不相同，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和平衡要求，選擇合適的平衡方法，試驗(yàn)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(duì)薄盤(pán)狀轉(zhuǎn)子（L/D≤5），因偶不平衡很小，一般只選擇一個(gè)校正面，稱為單面平衡或稱靜平衡。

（2）對(duì)于長(zhǎng)軸類轉(zhuǎn)子（L/D>5），必需選擇二個(gè)或二個(gè)以上校正面，稱雙面平衡或多面平衡亦稱動(dòng)平衡。

（3）對(duì)于初始不平衡量很大，旋轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)過(guò)大的轉(zhuǎn)子，應(yīng)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(gè)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(dòng)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(dá)到平衡的目的。 當(dāng)測(cè)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(guò)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(gè)或二個(gè)以上 配重塊位置。

六、結(jié)論

經(jīng)過(guò)前面幾個(gè)章節(jié)對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡技術(shù)的論述，所謂轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不僅要求使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(gòu)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(yàn)測(cè)定應(yīng)去重量的方法，不可避免的會(huì)有誤差存在，因而經(jīng)過(guò)平衡去重的轉(zhuǎn)子還會(huì)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(yàn)裝臵、更先進(jìn)的測(cè)試設(shè)備。而校正平衡后的轉(zhuǎn)子振動(dòng)值明顯降低，對(duì)于一般旋轉(zhuǎn)設(shè)備能保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，保證了電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。