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轉子轉動時產生的不平衡量是因轉子各微段的質心不嚴格處于回轉軸線上引起的。各微段因質心偏離回轉軸線而產生的離心力都垂直于回轉軸線。通過力的合成可把離心力系合成為少數的集中力,其方向仍垂直于軸線。一般說,至少要用分別作用于兩個橫截面上的兩個集中力才能代表原來的離心力系。若這兩個集中力剛好形成力偶,則原來的不平衡量在轉子不旋轉時是無法察覺和測量的;旋轉時,力偶才形成橫向干擾并引起轉子的振動。這種不平衡的效應只有在旋轉的動態中才能察覺和測量,所以需要進行動平衡。與此相對的靜平衡是指當轉子的質量很集中以致可以看作一個垂直于回轉軸線的不計厚度的薄盤時,不需旋轉就能進行的平衡。其作法是將轉子水平放置,偏重的一邊受重力作用會垂到下方,設法調整轉子質心的位置,使之位于回轉軸線上。

在測出不平衡的位置和大小后,或是直接將它去掉,或是在它的對稱方向加上和它相應的質量來平衡它的效應,即通過去重或配重完成動平衡。

根據轉子的變形和質量分布的情況,動平衡分為剛性轉子的動平衡和柔性轉子的動平衡。

對于工作轉速遠低于臨界轉速的轉子,不平衡量引起的變形很小。這種轉子可按剛體處理,動平衡可在低速下進行,稱為剛性轉子的動平衡。在進行剛性轉子動平衡時,各微段的不平衡量引起的離心慣性力系可以簡化到任意選定的兩個截面上去,在這兩個面上作相應的校正(去重或配重)即可完成動平衡。為找到兩個截面上不平衡量的方位和大小可使用動平衡機。常見的動平衡機分為軟支承式和硬支承式兩類,前者檢測不平衡量引起的振動;后者檢測不平衡轉子對支承的作用力。剛性轉子的動平衡問題已解決得較好。國際標準化組織(ISO)已規定出各類剛性轉子動平衡的精度。

柔性轉子的動平衡

超臨界轉速工作的轉子在啟動和制動時,轉速必定通過臨界轉速,這時不平衡量會使轉子產生明顯的變形。若轉子各微段質心對回轉軸線的偏離對變形有明顯的影響,則轉子不能按剛性轉子處理,相應的動平衡稱為柔性轉子的動平衡。

方法有兩種:

①振型法。將不平衡量按轉子的各階固有振型分解。若動平衡時的轉速接近某臨界轉速,則這一階固有振型突出于其他各階之上。通過檢測該振型,就可找到為消除這一階不平衡分量所需的校正質量的大小和應放置的位置。逐階進行,就可完成動平衡。

②影響系數法。在轉子上選定若干個校正面和若干個測量面并進行多次運轉校正。某校正面上單位校正量在一定轉速下引起的某測量面的振動就是一個影響系數。通過測量或計算求出這些影響系數,便可根據不平衡量引起的振動,確定為將各測量面的振動限制在某量值以下,各校正面應加配重(或去重)的位置和大小。在這兩個方法的基礎上還發展了其他方法,例如振型圓法等。

工程中的各種回轉體,由于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,使得回轉體在旋轉時,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范圍內。轉子動平衡和靜平衡的區別。

現代的動平衡技術是在本世紀初隨著蒸汽透平的出現而發展起來的。隨著工業生產的飛速發展,旋轉機械逐步向精密化、大型化、高速化方向發展,使機械振動問題越來越突出。機械的劇烈振動對機器本身及其周圍環境都會帶來一系列危害。雖然產生振動的原因多種多樣,但普遍認為"不平衡力"是主要原因。據統計,有50%左右的機械振動是由不平衡力引起的。因此,有必要改變旋轉機械運動部分的質量,減小不平衡力,即對轉子進行平衡。

造成轉子不平衡的因素很多,例如:轉子材質的不均勻性,聯軸器的不平衡、鍵槽不對稱,轉子加工誤差,轉子在運動過程中產生的腐蝕、磨損及熱變形等。這些因素造成的不平衡量一般都是隨機的,無法進行計算,需要通過重力試驗(靜平衡)和旋轉試驗(動平衡)來測定和校正,使它降低到允許的范圍內。應用最廣的平衡方法是工藝平衡法和整機現場動平衡法。作為整機現場動平衡技術的一個重要分支,在線動平衡技術也正處于蓬勃發展之中,很有前途。由于工藝平衡法是起步最早的一種經典動平衡方法。

整機現場動平衡技術是為了解決工藝平衡技術中存在的問題而提出的。

1、平衡時的轉速和工作轉速不一致,造成平衡精度下降。例如:有不少轉子屬于二階臨界轉速的擾性轉子,由于平衡機本身轉速有限,這些轉子若采用工藝平衡,則無法有效的防止轉子在高速下發生變形而造成的不平衡。

2、平衡機(特別是高速立式平衡機)價格昂貴。

3、在動平衡機上平衡好的轉子,裝機后其平衡精度難以保證。因為動平衡時的支承條件不同于轉子在實際工作條件下的支承條件,且轉子同平衡裝置之間的配合也不同于轉子與其自身轉軸之間的配合條件,即使出廠前已在動平衡機上達到高精度平衡的轉子,經過運輸、再裝配等過程,平衡精度在使用前難免有所下降,當處于工作轉速下運轉時,仍可能產生不允許的振動。

4、有些轉子,由于受到尺寸和重量上的限制,很難甚至無法在平衡機上平衡。例如:對于大型發電機及透平一類的特大轉子,由于沒有相應的特大平衡裝置,往往會造成無法平衡;對于大型的高溫汽輪機轉子,一般易發生彈性熱翹曲,停機后會自動消失,這類轉子需進行熱動態平衡,用平衡機顯然是無法平衡的。

5、轉子要拆下來才能進行動平衡,停機時間長、平衡速度慢、經濟損失大。

為了克服上述工藝平衡法的缺點,人們提出了整機現場動平衡法。

將組裝完畢的旋轉機械在現場安裝狀態下進行的平衡操作稱為整體現場平衡。這種方法是機器作為動平衡機座,通過傳感器測的轉子有關部位的振動信息,進行數據處理,以確定在轉子各平衡校正面上的不平衡及其方位,并通過去重或加重來消除不平衡量,從而達到高精度平衡的目的。

有于整機現場動平衡是直接接在整機上進行,不需要動平衡機,只需要一套價格低廉的測試系統,因而較為經濟。此外,由于轉子在實際工況條件下進行平衡,不需要再裝配等工序,整機在工作狀態下就可獲得較高的平衡精度。

2、檢查平衡儀器功能和電源是否充足及電纜線的連接狀況。

3、振動傳感器和光電傳感器安裝位置應始終保持不變。

4、每次數據記錄要準確,同時將第一次加試重后的振動幅值和相位與原始記錄比較,如變化不大,沒有達到20%以上,說明試重不合適,要重新考慮其大小和位置。

5、試重塊的安裝原則是:安裝合理,轉子運轉時,不能掉下,同時還要便于取下。

6、計算配重大小時,將原始記錄、加試重記錄及試重塊數據準確輸入計算器。配重塊加在指定位置后,一定要牢固,防止運行時掉下。

7、進入工作現場后,要熟悉周圍環境狀況,特別注意安全問題和防火問題。

8、啟動設備前應及時與現場操作人員聯系,確認無誤后,方可啟動設備。

9、全部現場平衡工作過程中,要時刻注意并觀察設備運行狀態,發現設備有異常現象時,應馬上示意停機,保護人身與設備安全。

眾所周知,砂輪是磨床的必要工具。想要讓砂輪磨削出準確的尺寸和光潔的表面,必須防止磨削過程中的振動。砂輪的結構是由分布不均的大量顆粒組成,先天的不平衡無法避免,這必然會引起一定的偏心振動。而砂輪安裝的偏心度、砂輪的厚度不均、主軸的不平衡及砂輪對冷卻液的吸附等,會使振動更加增大。這些振動不僅僅影響到磨床的加工質量,還會降低磨床的主軸壽命、砂輪壽命,增加砂輪修正次數及修整金剛石的消耗等。

磨床砂輪在在線動平衡校正的應用為現代研磨工藝不可或缺的重要工程,當磨床內外環境振動較好的時候,經在在線動平衡校正后的砂輪殘余振動量,會比一般傳統手動靜平衡效果再優化一個數量級,以峰到峰值(PeaktoPeak)的量測基準來評比,當靜平衡后為3μm時,動平衡可達0.3μm,綜合在線動平衡校正作業的優勢,研磨加工業者可獲得以下的經濟利益:

可大幅改善被研磨工件的真圓度、圓筒度和面粗度;

可延長被研磨工件壽命、減少研磨燒傷裂損現象,并控制其低頻工作噪音;

提高研磨加工精密度、穩定性和批量一致性(CP值);

可延長傳統砂輪和金剛石砂輪修整裝置壽命;

可確保磨床主軸與軸承壽命,延長磨床維修間隔,降低磨床維修成本。

動平衡等級