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1、转子动平衡及操作技术一. 转子动平衡.(一).有关根本概念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：假设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。不平衡转子的危害性:转子假设是不平衡的,附加动压力将通过轴承传到达机器上,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,甚至使机器掌握失灵,发生严峻事故.(二)转子不平衡的几种形式1. 静不平衡：主矢不为零,主矩为零: R0Mrc0rc0， M00JYZJZX0 R0 通过质心C，转轴Z 与中心主惯性轴平行。 图 12. 准静不
2、平衡：主矢和主矩均不为零,但相互垂直R0Mrc0， M00JYZJZX0， R0 不通过质心C，转轴 Z 与中心主惯性轴相交于某一点。图 23. 偶不平衡：主矢为零,主矩不为零R00rc0M00JXZ0JYZ0图 34. 动不平衡：主矢和主矩均不为零且既不相交,又不平行. R0Mrc0rc0M00JXZ0JYZ0图 45. 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/L5 时,不管其工作转速凹凸都只需进展静平衡(假设 L/l2 时)当 DI 时,n1000r/min 必需进展动平衡.(特别要求除外) (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
3、.根椐支承的不同状况,(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.用分别解算电路, 计算出回转体的不平衡量,再对回转体进展加重或去重,直至平衡量到达要求.1. 软支承动平衡机的分别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, 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L1mr1 和R1mr1 表示;校正面 上的不平衡量m2r2 在左,右支承处引起的振幅分别用L2mr2 和R2mr2 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.R则左,右支承
4、的振幅Vl,VR 与不平衡量m1r1,m2r2 的关系为: VLL1m1r1+L2m2r2V =R1m1r1+R2m2r2以下两式可联立解出得: m1r1=R2 VL/- L2 V/m2r2=L1V-R1 VL/式中:=L1 R2L2R1RR/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 DRZ1A)动平衡机操作显示屏示意图.图 52. 硬支承动平衡机的分别解算原理在硬支承动平衡机中,不平衡产生的离心力
5、与支承振幅成正比,而且相位一样,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,假设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:FL=fL+1/B(AfL-CfR) FR=fR-1/B(AfL-CfR)图 6(1) FL=fL+1/B(AfL+CfR)FR=fR-1/B(AfL+CfR)图 7(2) FL=fL-1/B(AfL+CfR)FR=fR+1/B(AfL+CfR)图 8，图 9(3) FL=fL+1/B(AfL-CfR)FR=fR+1/B(A
6、fL-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.不同的支承形式只转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别解算电路,求出离心力 FL 和 FR,再根椐回转体的工作角度 算出左, 右校正面上的不平衡量FL/ 和 FR/(1)(4)为通常将不平衡量分解到两个校正面上进展平衡校正的方法 ,而对于直径比(L/D)较小的园盘形回转体,进展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)进展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
7、衡机的比较:比照工程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适用范围安装地基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 0.5(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，大批生产的产品受外界振动影响小， 对安装地基要求不高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
8、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 1.01g.mm/kg超精度型可达 0.05，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,并加以校正以消退其不平衡量,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) 通过试验(工作状态下),积存资料,对未做规定的某些特别要求的转子订出可行的平衡精度标准2依据e=G
9、递减的常数分级。 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. 为便于读数:G=e/1000 单位由原/s 改为mm/s. 依据 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=meperEpcr许用不平衡率或转子偏心距(g.mm/kg 或 ) 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(
10、g.mm)Upcr-安排到校正面I 或的许用不平衡量(g.mm) Upcr.按静不平衡量安排到I 或的许用不平衡量(g.mm) Ueper.-按偶不平衡量安排到校正面或的许用不平衡量(g.mm) m.-向校正面简化的转子当量质量m+m=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)就要尽量排解影响不平衡精度的 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掌握.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一样, 应依据转子构造特点和平衡要求,选择适宜的平衡
11、方法,试验装置和校正方法.(一)校正面的选择平衡校正面必需选择垂直于转子轴线的平面.(1) 对薄盘状转子(L/D5),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/D5),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,或依据要求,选择在靠近重心的平面上校正,然后再做动平衡.(4) 曲轴应在特地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
12、生的.平衡就是转变转子的质量分布,使其中心主惯性轴与旋转轴线重合而到达平衡的目的.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局部金属.(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,加上一局部金属.(3) 调整法通过拧入或拧出螺钉以转变校正重量半径,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
13、.2. 选择相应的支承型式(必需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. 选择适宜的平衡转速(可开机测试,也可预设置).4. 开机.测试,校正面上的不平衡量值.5. 校正.依据测试箱显示的,校正面上的不平衡量及不平衡相位承受适宜的方法校正.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
14、零,电器平衡).2. 加试重,求出 4 个 值.a) 左面r1 处加试重 5G:调整右面分别旋钮,使面光点为零,左面灵敏度旋钮放至10.(假设为便于计算,可微动,至面刻度值A1 为整数)b) 右面 r2 处加试重 5G:调整左面分别旋钮,使面光点为零,右灵敏度旋钮放至10.(或为便于计算,可微动,至面刻度值A2 为整数)c) 将试重加在左校正面r1 处,重核面刻度值.3. 计算,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
15、使用.上述操作过程中,:面分别旋钮即为 W1,W2 两电位器称为消退左右不平衡量相互影响的分别电路.(五)不同类型转子的动平衡留意事项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,从而消退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 型支承上进展.2. 无轴颈的转子的平衡无轴颈的转子必需在工艺轴上进展平衡 .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协作时存在的径向间隙,使转子在平衡时会带来不行避开的误差.为了使工艺轴与零件的协作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,可承受 180转位的平衡方
16、法.3. 组装件的平衡由于组装件是由几个零件组合而成,假设不先对单个零件进展平衡,则:(1) 组装件因不平衡量过大而无法平衡.(2) 或虽然能平衡,使组装件到达规定的平衡精度,但在实际工作转速(4000500000r/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,必需在低转速下(12023 转/分)先对各零件进展单件平衡,平衡允许值可依据组装件不平衡允许值来安排。(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 ,但因装配误差仍会消灭的不平衡量而使组装件达不到要求,故仍应对组装件进展平衡.平衡好的组装件一般不应拆卸,假设工艺要求必需拆卸时,应对各
17、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,例如靠喷丸面协作的转子总成,假设要想尽可能小地削减装配误差,必需对锁紧力严加掌握(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别的平衡机上先对轴 进展平衡,找出矢量方向,然后有针对性地装上叶片再进展平衡,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) 可先进展静平衡,假设在平衡机上进展静平衡,则必需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,以减小离心力进展初平衡校正,然后再进展正常转速平衡.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消灭不稳定现象,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,以削减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.