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第二章 刚性转子动平衡方法 一、转子动平衡概念 一个长转子可以认为是无限多薄盘组合而成，其中任何一个薄盘i如有偏心e，产生离心力fa，则fci总可以按静力学原则等效地分解到左右的两个端面，其分量分别为fciA、fciB, fciAfciL－Li/L，fciBfci－fciA，长转子中任何一个有偏心的薄盘产生的离心力均可按上述方法分解到A、B面上，然后将A、B面上各盘的分量按矢量求和，得到在A、B面上的合力FcA、FcB，这时只要分别在FcA、fcB，的反方向加上大小相等的平衡力，即可使转子达到平衡，亦可直接去掉多余重量（如图2－1）。 2－1 刚性转子动平衡示意图 二、刚性转子和挠性转子的区别 刚性转子在一阶临界转速WC1以下工作的转子 挠性转子在一阶临界转速WC1以上工作的转子 低于临界转速中，转子挠曲变形大到不可忽略，不能再看作刚性转子，只能作挠性转子处理。 三、刚性转子动平衡的方法 1）现场动平衡现场动平衡是指旋转机械在现场工作状态或接近现场工作状态下，对其进行振动测量分析和平衡校正的一种平衡方法。与将转子拆下放到动平衡机上进行动平衡方式相比，有工作量小、快速、甚至平衡精度高等优点。进行现场动平衡的常用设备有动平衡仪，幅值-相位分析仪等。在没有动平衡分析仪的情况下，也可用测振仪进行。 对于长度小、转速低的转子只需作单面校正、反之要作两面校正。 2）动平衡机转子安装在弹性轴承上，由驱动机构带动转动，转子的不平衡在转动时产生的力作用在弹性轴承上引起弹性轴承摆动和振动，用测振仪器测定弹性轴承的振幅，可计算出转子不平衡量。 产生不平衡的因素有 1、 制造时由于几何尺寸、料质量不均匀等因素造成质心偏离几何中心。 2、 安装时由于斜键、轴颈、轴承等不同造成偏心。 3、 轴由于平衡放置过久或受热不均变形，使转子偏心。 4、 离心分离机一类机器在工作时物料充填不均匀而引起偏心。 5、 工作介质含有液、固杂质或有腐蚀性对转子造成不均匀的冲蚀或腐蚀引起偏心。 6、 工作介质中的固体杂质不均匀地沉积在转子上，如抽吸含有煤焦油的烟气风扇等。 7、 零件与轴的配合过松，在高转速下转子内孔扩大造成偏心。 8、 动平衡的方法不对。 （1） 组件很多的碟片式分离机在高速下间隙变大造成不平衡，如用低速平衡机就难以平衡。 （2） 离心分离机内壁圆与几何中心线有偏差，动平衡时只对空鼓做平衡，装料运转时，料液内圆柱面中心由于离心机缘故必定会与旋转中心线重合而形成料液层重心偏移。 （3） 对于批量生产的转子，动平衡时采用圆柱面芯轴会有配合间隙，动平衡精度不高。 9、 不平衡配重固定不牢或转子部件突然破裂飞出一块质量（如汽轮机叶片、压缩机叶轮缘破落一块。 平衡试验中的一些工艺问题 1、带滚动轴承的转子 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形支承上进行。如果用半圆形支承，则支承与滚动轴承应采用松配合，使衬垫下部与轴承接触，两侧稍留空隙，否则就会卡紧外环，影响自由振动，从而引起测量的角度误差。 2、联轴节的平衡 对某些需用万向联轴节带动的转子，如果转子平衡精度要求较高，就应对联轴节本身的平衡与否进行检查与校正。检查用待平衡的转子，在平衡机上进行。联轴节的影响，一般突出的表现在联轴节与转子联结端的支承上，通过测量该支承上的振动，就可知道联轴节的不平衡量，测得不平衡量后就可以对联轴节与转子相联结的一端进行校正，从而消除联轴节的不平衡。 3、本身无轴颈的转子的平衡 许多要平衡的零件，如皮带轮，飞轮，鼓风机叶轮等，本身没有轴颈。这些转子的平衡必须装在工艺轴上进行。采用这种装配方法平衡，由于工艺轴与零件的配合存在径向间隙，径向跳动和轴向跳动等误差。由以上误差形成的不平衡量可以通过零件加工精度等参数进行计算。 4、组装件的平衡 往往有这种情况转子是由好几个零件组合而成，例如曲轴总成是由曲轴、飞轮、离合器等组装而成的，如果不先进行单个零件的平衡，则曲轴总成就会因不平衡量大而无法进行平衡；有些部件例如高速涡轮增压器转子，由两个叶轮和一个转轴组成，虽然可以在零件不作平衡的情况下作整体平衡，如在1-2千转/分作平衡时，可达到规定的平衡精度要求1微米，而它在实际的工作转速5万转/分时，由于叶轮的不平衡力和力偶的影响，使轴局部弯曲而不能工作。如果在1-2千转/分的转速下，先进行零件的单独平衡，组装后再平衡到1微米，就可在工作转速时满足设计要求。因此对组装件而言，一般应对所有零件按规定的平衡精度要求，分别作单独平衡组装后的不平衡量是各零件的不平衡量的矢量和。由于各零件的剩余不平衡量的位置是任意的，所以即使在最不利的情况下，也只是各不平衡量的代数和，此外装配时还会出现配合引起的不平衡。因此，如果组装的平衡精度要求高，只对零件进行平衡达不到组装件的平衡精度要求时，那就需对组装件作整体的平衡。 对于有些组装件，（如涡轮发动机转子，它由一级级的叶片装在轴上而成的），可采用边装配边平衡的方法进行，在能测量力和力偶的静偶分离的平衡机上，先对轴进行平衡，轴平衡好后装上一级叶片，这时测得的不平衡（包括不平衡力和不平衡力偶）是这级叶片的不平衡引起的。在这级叶片上校正不平衡力，留下不平衡力偶，再装上二级叶片，测得不平衡力和不平衡力偶，在二级叶片上校正不平衡力，在一、二级叶片上校正不平衡力偶，这样依次装上各叶片直到完成转子的装配。 平衡好的组装件一般不应拆卸，如果工艺要求必须拆卸时，就应对零件的相对位置作好标志，以便重装时，恢复原来的相对位置，保证其整体平衡精度。 5、不平衡量大的转子 不平衡量大的转子在平衡机上旋转时，会产生很大的离心力，因此摆架产生过大的振幅，至使摆架与支座发生冲撞、影响测量，甚至使转子飞离轴承，危及安全。所以对于这种转子应采取如下措施 1） 平衡之前应先进行静平衡。如果在平衡机进行静平衡，则平衡机应用滚轮式支承。当转子与万向联轴节分开时，转子可在滚轮上自由滚动，这样由于重力的作用转子重边自然就会停止在其中心线的下方。这时可对转子进行校正、直至转子达到随遇平衡为止。静平衡校正最好在通过转子垂心，且垂直于转子轴线的平面内进行，如果难以作到这点，可分为左右两对称的面内进行。 2） 先做低速平衡。降低正常平衡转速，减小离心力进行初平衡与校正，当不平衡量减小到平衡机正常平衡转速所允许的范围内，再进行正常转速的平衡。 6、有气动效应的转子的平衡 有些带叶片的转子，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，同时气动的干扰可能使测量出现不稳定现象。因此平衡这类转子往往在降低试验转速下进行，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减少驱动功率和提高测量的稳定性。 7、高精度的转子的平衡 这类转子的平衡转速一般较高，为了防止过大的离心力而发生危险，应先进行低速平衡与校正，而后再高速平衡与校正。对于使用万向联轴节的大中型转子，应先检查校正联轴节的平衡，再进行转子平衡。对于小型转子则应采用非联轴节的驱动方法，以便达到高平衡精度。 8、试验条件与实际工作条件不同的转子的平衡 这类转子如汽轮机、转子喷气式发动机，大型发电机等，尽管在平衡机上平衡校正得很好，但装配后在实际工作条件下运转时，由于受热引起热膨胀或因电流引起的电磁力的作用而产生变形会引起新的不平衡，因此，对这类转子，还需要进行现场平衡与校正。 四、动平衡的仪器 （1） 平衡机组成 平衡机由三大系统组成驱动系统，它驱动转子达到所要求的平衡转速；摆架系统，它支承被平衡工件并使之平衡力作用下发生振动（或静位移）；测量系统（包括传感器和基准信号发生器），它检测并指示出不平衡的大小及相位，此外，有些平衡机还附加有校正装置，它给被平衡工件去重或加重，使工件达到所要求的平衡精度。 举例YRD-30型硬支承传动轴平衡机 YRD-30型硬支承传动轴平衡机是一台校验汽车传动轴动平衡机的专用平衡机，它适用于轿车、轻型载重汽车、载重卡车的单根传动轴动平衡，也适用于长度较短的传动轴的动平衡。 该机设计结构是属于“半硬支承架”动平衡机（ω＜0.5ω。＝ ，故它没有一般软支承传动轴平衡机的“启动”和“停止”时平衡转速（频率）ω二次通过参振系统共振频率ω。的共振区时产生剧烈振动的危险现象，以确保操作安全，它采用接近硬支承刚度的支承架和配用先进的软支承电测箱，使平衡精度好、效率高、速度快。且该机右摆架上的传动头和可用操作手柄使其轴向伸缩。 该机采用光点矢量表，显示直观，左、右校正面的不平衡量及相角位置均能自动测量和记忆，并备有电器补偿装置，可以进行电器补偿以获得电器平衡好的校验转子，因此在没有平衡好转子的情况下也能进行面的分离和定标，适用于批量生产。 平衡计算方法 1、 矢量图法 将静平衡中测量的振动水平和相位表示成矢量，利用矢量作图法求出校正质量大小和安放位置。 2、 编程计算法 将上述计算过程编成程序，利用可编程袖珍计算器能够简便快速地得出结果。 3、 解析法 4、 影响系数法