电机转子动平衡技术应有

黄仕尉

摘 要：本文通过对转子动平衡的论述，明确机械平衡的目的，对转子的动平衡技术和现有动平衡校正理论基本原理进行了研究和在生产中的应用。

关键词：转子动平衡 动平衡原理 动平衡校正

一 、前言

随着科技技术的发展，在现代社会，人们的“衣食住行”都离不开电动机提供的动力，因此电动机被誉为人类社会的“心脏”，各种类型的电动机逐步向精密化、大型化、高速化方向发展，电动机的剧烈振动对机器本身及其周围环境都会带来一系列危害。虽然产生振动的原因多种多样，但普遍认为“不平衡力”是主要原因。据统计，有50%左右的电动机振动是由不平衡力引起的。因此，有必要减小转子不平衡力，即对转子进行平衡校正。

二、电动机振动原因

常用电动机中包含着大量的作旋转运动的零部件，例如各种传动轴、主轴、齿轮和转子等，统称为回转体。在理想的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，这样的回转体是平衡的回转体。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。在理想的状态下，电机转子的不平衡量应该接近为零是能达到最好效果。

三、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═Mrcω?≠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（如下图）

2.准静不平衡

主矢和主矩均不为零，但相互垂直

R0═Mrcω?≠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。（如下图）

3.偶不平衡

偶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（如下图）

4.动不平衡

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═Mrcω?≠0 rc≠0 M0≠0 JXZ≠0 JYZ≠0（如下图）

综上所述，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

四、不同类型的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臵做好标记，以便重装时，恢复原来的相对位臵，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。

（4）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。

五、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。

（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。

六、结论

经过前面几个章节对转子动平衡技术的论述，所谓转子动平衡不仅要求使转子在转动时各偏心重量产生的惯性力之和为零，而且要使这些惯性力所构成的惯性力偶矩之和也等于零的一種平衡措施。目前利用平衡试验测定应去重量的方法，不可避免的会有误差存在，因而经过平衡去重的转子还会有残余的不平衡。欲减小这种残余的不平衡就需使用更精密的平衡试验装臵、更先进的测试设备。而校正平衡后的转子振动值明显降低，对于一般旋转设备能保证运转平稳，保证了电动机的长周期运行。