刚性转子动平衡

实验二刚性转子动平衡实验

2011010292 水利水电工程系

水工13班

翟桐

同组成员：李嘉荣、成一凡、陈钟望、闫封任

实验日期：2012.11.15

一、实验目的：

1. 掌握刚性转子动平衡的基本原理和步骤；

2. 掌握虚拟基频检测仪和相关测试仪器的使用；

3. 了解动静法的工程应用。

二、实验内容

采用两平面影响系数法对一多圆盘刚性转子进行动平衡

三、实验原理

工作转速低于最低阶临界转速的转子称为刚性转子，反之称为柔性转子。本实验采取一种刚性转子动平衡常用的方法—两平面影响系数法。该方法可以不使用专用平衡机，只要求一般的振动测量，适合在转子工作现场进行平衡作业。

根据理论力学的动静法原理，一匀速旋转的长转子，其连续分布的离心惯性力系，可向质心C简化为过质心的一个力R（大小和方向同力系的主向量）和一个力偶M（等于力系对质心C 的主矩）。如果转子的质心在转轴上且转轴恰好是转子的惯性主轴，即转轴是转子的中心惯性主轴，则力R和力偶矩M的值均为零。这种情况称转子是平衡的；反之，不满足上述条件的转子是不平衡的。不平衡转子的轴与轴承之间产生交变的作用力和反作用力，可引起轴承座和转轴本身的强烈振动，从而影响机器的工作性能和工作寿命。

刚性转子动平衡的目标是使离心惯性力系的主向量和主矩的值同时趋近于零。为此，先在转子上任意选定两个截面I、II（称校正平面），在离轴线一定距离r₁、r₂（称校正半径），与转子上某一参考标记成夹角θ₁、θ₂处，分别附加一块质量为m₁、m₂的重块（称校正质量）。如能使两质量m₁和m₂的离心惯性力（其大小分别为m₁r₁ω²和m₂r₂ω²，ω为转动角速度）正好与原不平衡转子的离心惯性力系相平衡，那么就实现了刚性转子的动平衡。

两平面影响系数法的过程如下：

（1）在额定的工作转速或任选的平衡转速下，检测原始不平衡引起的轴承或轴颈A、B在某方位的振动量和，其中V₁₀和V₂₀是振动位移（也可以是速度或加速度）的幅值，ψ1和ψ2是振动信号对于转子上参考标记有关的参考脉冲的相位角。

（2）根据转子的结构，选定两个校正面I、II并确定校正半径r₁、r₂。先在平面I上加一“试重”（试质量）Q₁=mt₁∠β₁，其中m t1为试重质量，β1为试重相对参考标记的方位角，以顺转向为正。在相同转速下测量轴承A、B 的振动量V11和V21。

矢量关系见图二a，b。显然，矢量V11?V10及V21?V20为平面I上加试重Q1所引起的轴承振动的变化，称为试重Q1的效果矢量。方位角为零度的单位试重的效果矢量称为影响系数。因而，我们可由下式求得影响系数。

（3）取走Q1，在平面II上加试重Q2=mt2∠β2，mt2为试重质量，β2为试重方位角。同样测得轴承A、B的振动量V12和V22，从而求得效果矢量V12?V10和V22?V20及影响系数

（4）校正平面I、II 上所需的校正质量p1=m1∠θ1和p2=m2∠θ2，可通过解下列矢量方程组求得：

m₁，m2为校正质量，θ1，θ2为校正质量的方位角。

及

（5）根据计算结果，在转子上安装校正质量，重新起动转子，如振动已减小到满意程度，则平衡结束，否则可重复上面步骤，再进行一次修正平衡。

四、实验装置：

1. 转子系统（转速0~4000r/min，临界转速≥5000r/min）

2. 调速器（调速500~4100r/min）

3. 光电变换器（位移0.1~2000μm）

4. 电涡流位移计（频率0~1000Hz，位移2mm峰峰值）

5. 电子天平（200±0.01g）

6. 微型计算机

五、实验步骤：

（1）进入“刚性转子动平衡”程序。点击“设备虚拟连接”图标，进入试验设备的虚拟连接部分，根据实际实验设备的连接情况，参照图四进行连接。连接完毕后点击“连接完毕”按钮，如连接正确，即可进行下一步测试阶段。

（2）将转速控制器转速n_b设定为1500r/min，起动转子1至2分钟使转速保持稳定。

（3）点击“基频检测”图标，进入基频检测部分。用鼠标左键按下工具栏左边第一个按钮“开”启动基频检测，用光标可以进行A、B两通道的显示切换，待读数基本稳定后，分别记录转子原始不平衡引起（A、B）两轴承座振动位移的幅值和相位角V₁₀∠ψ₁和V₂₀∠ψ₂。

（4）转速回零。在I平面（1号圆盘）上任选方位加一试重m _t₁，记录m _t₁的值（用天平测量，可取值在6～10 克之间）及固定的相位角β₁（从黑带参考标记前缘算起。顺转向为正）。注意：在加试重时，不要触碰参考面（2号圆盘）上的探头，启动转子之前先用手慢慢转动圆盘，确认转子与探头没有碰触现象，间隙在1mm左右，否则报告教师重新调整探头位置。

（5）启动转子调到平衡转速n_b，测出I平面加重后轴承座振动位移幅值和相位角（V₁₁和V₂₁）。

（6）转速回零。拆除m_t1，在II平面上任选方位加一试重m_t2。测量记录m_t2及其方位角β₂。

（7）转速重新调到n_b。测出Ⅱ平面加试重后，轴承座振动位移幅值和相位角（V₁₂和V₂₂）。

（8）转速回零。取走m_t2，单击“动平衡计算”图标进入动平衡计算部分，根据程序运行过程的提示，输入上述测量记录的数据。在CRT 显示计算校正质量。

（9）根据求出的校正质量（平衡质量）m₁、m₂及校正质量的相位角θ₁、θ₂，在校正平面I、II重新加重。然后将转速重新调到n_b，再测量记录两个轴承座残余振动的幅值和相位角。

（10）转速回零。再返回“动平衡计算”部分，计算平衡率（即平衡前后振动幅值的差与未平衡振幅的百分比），如高于70%，实验可结束。否则应寻找平衡效果不良原因重做。

（11）停机、关仪器电源、拉电闸。拆除平衡质量，使转子系统复原。

六、数据记录及数据处理：

平衡转速n_b= 1500 r/min 实验日期： 2012.11.15

七、分析讨论：

（1）实测数据矢量关系图：

矢量图1 矢量图4

矢量图2 矢量图5

矢量图3 矢量图6

（2）实验结果分析：实验中通过刚性转子动平衡校正，平衡率分别达到87.93%和85.71%，满足实验要求。由实验结果可验证理论。另外，实验的主要误差来源之一是固定加载物的位置与计算值有一定偏差，其二是可能无法找到质量与计算结果完全相同的加载物。

（3）实验方法讨论：实验过程中老师介绍的差量法适用于无法恰好找到与计算值相等的加载物的情况。主要操作步骤是称取两份加载物，使质量之差为所求理论质量值，将大质量加载物固定于所求角度值处，另一小质量加载物固定在对面相差180°处。这个方法可以一定程度上改善实验条件，但另一方面也增加了加载物固定位置带来的实验误差。另外，实验使用数字化测量的手段，将各种测量值（如位移）转化为电信号，增加测量精度，方便数据处理的同时也简化了测量过程。

第二篇：转子动平衡技术探究

电动机转子动平衡技术探究

郑威

（云南三环中化化肥有限公司，云南昆明 650113）

摘要：转子动平衡的检测和校正是降低旋转电机振动和噪声的有效方法，通过检测转子的原始不平衡量，通过加重或去重的方法校正残余不平衡量，从而达到动平衡精度的要求。本文分析了旋转电机转子不平衡量产生的原因、允许剩余不平衡量的计算以及动平衡校验的方法。

关键词：转子动平衡；不平衡量；动平衡精度；动平衡校验

0 引言

旋转电机在高速的回转状态下会产生惯性力，这种惯性力与转子平面相垂直。如果转子存在不平衡量，当转子旋转时，转子的不平衡量将产生一个离心力。随着转速升高，离心力也逐渐变大。离心力通过轴承传达到机器上，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，甚至使机器控制失灵，发生严重事故。

所谓转子动不平衡，是指由于转子质量分布不均匀，致使其中心惯性主轴与回转轴线不重合而产生的理性惯性力不平衡。离心关心力的合力F的方向随转子的回转周期性变化，期大小与转子的偏心质量m、偏心距e及角速度的平方成正比，即：F=meω²，所以降低电动机转子不平衡，除了提高转子的精度外，最有效的方法就是对转子进行不平衡校正，实质是调整转子的质量分布，是转子在转动是的离心力达到平衡。

1 引起转子不平衡的原因

1.1 设计问题

（1）转子旋转体几何形状设计不对称，对称轴不在旋转轴线上；（2）在转子内部或外部有表面粗糙，质量分布不匀；（3）零件在转轴上的配合面粗糙，配合公差不合适，产生径向或轴向摆动。配合过松时，高转速下转子内孔扩大造成偏心；（4）轴上转动部件未对称安装，且有配合间隙；（5）转子安装不紧固，存在配合松动。

1.2. 材料缺陷

（1）转子铸件有气孔，造成材料内部组织不均匀，材料厚薄不一致，质量不对称；（2）材料较差，易于磨损、变形造成质量分布不均。

1.3. 加工与装配误差

（1）焊接和浇铸上的造型缺陷；（2）切削中的切削误差；（3）在装配时配合误差的累积，引起重心偏移；（4）材料热处理不符合条件要求，或残余未消除加工和焊接时的扭曲变形，使转子永久性变形；（5）配合零件不一致造成质量不对称；（6）未进行找平找正，联轴器不对中，一种平行不对中相当于对转子加了一个不平衡负荷。

由以上原因引起转子某种程度的不平衡问题，分布在转子上的所有不平衡矢量的和可以认为是集中在“重点”上的一个矢量，因此动平衡技术可以在其相对应的位置处加重或去重来平衡质量分布。

2 转子动平衡工艺设计要求

根据电动机转子的结构特点，可将其看做为刚性转子。对于刚性转子的任意不平衡量的分布，只要取两个校正面进行动平衡校正，就能将转子的剩余不平衡量校正到小于或等于转子的允许不平衡量。按照电动机转子的设计和制造工艺特点，可将两个校平面U_per1和U_per2设置在铁心附近或电动机的平衡槽内。

国际标准化组织(ISO)于1940年制定了世界公认的ISO1940平衡等级，它将转子平衡等级分为11个级别，每个级别间以2.5倍为增量。电动机的转子的平衡等级一般按照G6.3进行校验。一般来说，转子的质量越大，允许的剩余不平衡量也越大，因此将允许的剩余不平衡量（U _per）与转子的质量（M）有关。

(1)

e是转子单位质量的不平衡量，称为不平衡率，对静不平衡转子而言，就是偏心距。它能表示出平衡精度的高低。

根据工程经验转子单位质量许用不平衡e不得超过下表规定：

表（1）转子单位质量许用不平衡率

平衡精度等级（G）用转子允许位移（e）和转子工作角速度（ω）之积来表示，即：

（2）

又根据平衡力矩可知：

（3）

式中：U_per代表允许不平衡量，单位g； r 代表转子的校正半径，单位是mm。

联立式（1）（2）（3）可得出允许不平衡量（U_per）公式如下：

（4）

根据式（4）可以得出电动机的允许不平衡量，但是电机转子一般都是双面校正平衡，故分配到每面的允许不平衡量为U_per/2。

3 动平衡的校正

3.1 校正方式的确定

转子两个校正面的动平衡校正，校正量可能是正值也可能是负值，所以转子动平衡的校正方法一般分为去重法和加重法两种。根据转子的结构、动平衡的工艺性、可返工性等多方面要素，电动机的转子校正方式一般采用加重法且双面校正，即在平衡槽上进行加平衡块（钢、平衡胶泥）使质量分布平衡。

3.2 动平衡的校正试验

云南三环中化化肥有限公司硫酸厂P43102二吸泵（YKK400-6-220Kw）振动较大（10.88mm/s）且噪声偏大，因此决定对此电机进行动平衡校验。现根据昆明进立电机维修公司的动平衡机（PHW-5000)和微机控制系统（JP-380)为例，简述动平衡的试验方法。首先检查硬支承架、滑轮是否完好，擦干净滚轮上的污垢，加上润滑油；将转子吊装到平衡机上与万向节连接，并万向节和硬支承架保持的平衡。确定转子的支承方式（NO.1），测量图（1）