基本介紹
- 中文名：轉子動平衡
- 外文名：Rotor balance
- 原因：轉子轉動的不平衡
- 影響：發動機軸承、軸封磨損
- 改善方法：對轉子進行動平衡
- 套用：各類發動機
概念,轉子產生不平衡的原因,剛性轉子動平衡,柔性轉子的動平衡,轉子動平衡校正,
概念
轉子不平衡是造成轉子振動過大以及產生噪音的主要原因之一，直接影響發動機的工作性能和使用壽命。因此，研究轉子特別是柔性轉子動平衡技術對航空發動機具有重要的意義。常用機械中包含著大量的作旋轉運動的零部件，例如各種傳動軸、主軸、電動機和汽輪機的轉子等，統稱為迴轉體。在理想的情況下迴轉體旋轉時與不旋轉時，對軸承產生的壓力是一樣的，這樣的迴轉體是平衡的迴轉體。但工程中的各種迴轉體，由於材質不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產生的誤差，甚至設計時就具有非對稱的幾何形狀等多種因素，使得迴轉體在旋轉時，其上每個微小質點產生的離心慣性力不能相互抵消，離心慣性力通過軸承作用到機械及其基礎上，引起振動，產生了噪音，加速軸承磨損，縮短了機械壽命，嚴重時能造成破壞性事故。為此，必須對轉子進行平衡，使其達到允許的平衡精度等級，或使因此產生的機械振動幅度降在允許的範圍內。
轉子產生不平衡的原因
(1)加工製造上的原因
①毛坯製造過程中產生壁厚不均勻，材料密度不均(縮孔、砂眼和氣孔)；在機械加工時產生不圓度和不同軸度(如軸頸偏心、軸頸傾斜、端面與軸線不垂直)；在熱處理時產生金相組織的不均勻等。
②設計或加工的鍵槽、銷和孔位置不對稱而弓起的不平衡。
(2)裝配上的原因裝配質量誤差使轉子的重心與旋轉中心線不相重合，如轉子上套裝的各個葉輪、軸套、平衡盤、推力盤等零件，裝配時端面與旋轉中心線不垂直，接觸端面不平行;聯軸器裝配到轉子上與旋轉中心線不對中。
(3)運行上的原因
①轉子彎曲 轉子運行過程中由於操作不當使轉子產生彎曲變形，如動靜部分局部摩擦或轉子在工作應力和溫度應力的作用下產生彎曲變形等。
②轉子平衡狀態破壞 如汽輪機轉子葉片飛離、零件缺損，圍帶鬆動或斷裂；轉子上零部件鬆動(配合鬆動或腐蝕性鬆動)；固體雜質在葉輪上的沉積等。
剛性轉子動平衡
動平衡分為剛性轉子動平衡和撓性轉子動平衡。動平衡即可以在平衡機上進行，也可以在機器本體上進行轉子平衡。剛性轉子定義有下列兩種方法：
(1)《機械振動 平衡辭彙》( GB/T 6444- -2008) 中規定的剛性轉子定義
轉子在平衡機上的支承條件與近似於現場機器支承條件，轉子只需在平衡轉速(一般取工作轉速的20%左右)上，選擇轉子任意兩個垂直與軸線的校正面進行平衡校正，將力和力偶的剩餘不平衡量降低至平衡品質允許值以下，這種轉子可視為剛性轉子。
(2)工程上通常用臨界轉速作為剛性轉子與撓性轉子分界。即工作轉速低於第- -臨界轉速的轉子，稱為剛性轉子；工作轉速高於第一臨界轉速的轉子，稱為撓性轉子。
剛性轉子動平衡一般稱作低速動平衡，這並不是由於平衡轉速高低來劃分的，而是由剛性轉子定義所決定的。根據理論計算和試驗結果證明，只有當轉子轉速低於0.4~0.5倍轉子的第一臨界轉速時，轉子撓曲變形對其平衡的影響可以忽略，根據這一原則，任何轉子只要低於一定的轉速，就可視為剛性轉子。由於剛性轉子動平衡和低速動平衡含義相同，因此將剛性轉子動平衡直接稱為低速動平衡。剛性轉子平衡理論是假設轉子在動態下不發生撓曲變形，轉子本體內複雜的不平衡分布所產生的複雜的不平衡力系，以矢量疊加平移的原理分別疊加和平移到轉子的兩個端面上。所以，剛性轉子的平衡只要通過調整轉子兩個端面上加重大小和方位，即可使整個轉子從啟動到工作轉速範圍內達到平衡要求。剛性轉子平衡的方法一般為測振幅平衡法和測相平衡法兩種。測相平衡法最早採用劃線法、凸輪接觸法、示波器法、閃光測相法，採用的是標準脈衝法。
柔性轉子的動平衡
柔性轉子往往工作在一階甚至二、三階彎曲臨界轉速之上。因此，平衡時不僅要消除轉子剛體不平衡，而且要消除工作轉速範圍之內的振型不平衡。為此，人們建立了所謂的模態平衡法。該方法的套用條件是，所要平衡的各階振型是可以解耦的。實際上，意味著阻尼必須很小，同時軸承剛度無交叉耦合效應。另外，需預先確知轉子系統的模態。這種平衡方法對平衡人員的要求較高。在現場平衡時，往往並無有關轉子動力學特性的先驗知識；再則，可供使用的平衡校正面數目也受到限制，一般多為兩個校正面，因此，難以套用模態平衡法進行平衡。實際上仍用影響係數法。在多數情況下，都能達到滿意的效果。對於剛性轉子的平衡，取兩個校正面及一個平衡轉速即能達到平衡目的。但對柔性轉子，如只選一個平衡轉速難以保證在某個轉速範圍之內都達到平衡。為此，必須選用多個平衡轉速。
轉子動平衡校正
汽車電機的轉速較高，在製造過程中由於轉子沖片材料的小均勻、絕緣不均勻、機加工精度誤差等都會造成轉子重心偏移，在高速轉動時造成振動。K期運行則振動增大，轉軸繞曲變形直至電機定轉子相擦、毀壞。因此轉子動平衡校正是必需的工藝環節。轉子動平衡校正有專用的硬支承轉子動平衡機，如圖《硬支承轉子動平衡機》所示。
硬支承轉子動平衡機
常用的校正方法有加重法和去重法兩種，加重法為環氧配方的平衡膠泥貼上，轉子在進行動平衡測量時根據測量的不平衡度，在偏差點通過貼上平衡膠泥，在貼上過程還要同時檢測，調整貼上量或位置，使得轉子達到要求的平衡值；去重法為轉子兩端局部切削，根據結果對超差部分轉子矽鋼片採用銑刀銑削缺口，減少偏移量達到平衡值。部分自動化程度高的動平衡機本身就有銑削專職，能夠根據用戶要求的動平衡精度自動切削缺口。
