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什么是平衡?

对于一般人来讲,转子的平衡往往是一种“黑色艺术”。大多数人对于平衡的知识非常有限,基本局限在汽车车轮和轮胎方面,如果没有在装车前调平衡,那么会感觉到方向盘抖动,轮胎磨损不平衡,等等。

这篇文章将会为您展现平衡的世界,并且消除“黑色艺术”。

一个不平衡的转子

当转子质量中心轴和旋转轴不重合时,就有了不平衡。几乎所有的新机加工出的零件都是不对称的,因为铸件孔,不均匀数量和位置的螺钉孔,零件装配中心,加工直径到轴承位置的偏心等等。

在一个不平衡的转子转动时,要围绕它的质量中心轴。由于轴承限制这个运动,由不平衡产生离心力,导致了转子振动。这种振动导致轴承的磨损,制造不必要的噪音,并且在极端情况下,会造成转子的破裂。因此,减少不平衡到可接受的极限范围内是非常必要的。

平衡极限

平衡极限,就像机加工极限一样,是可接受的不平衡最大值。转子的国际上和国内标准,例如,汽车车轮平衡等级为40,小型电机电枢平衡等级为2.5。依照ISO 1940标准,根据转子转速,平衡等级转换为不平衡单位。

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不平衡单位

不平衡的单位是质量乘半径,举个例子来说:在被平衡的零件上的特定位置上加一个重量,可以改变质量中心线使之与旋转轴重合,让整个零件平衡。修正重量乘以半径可以得到不平衡单位。

在公制计量单位中,单位会是克-毫米(gmm)或者对大转子来说,克厘米。在英制相当于克-英寸或盎司-英寸。重量(质量)将会用在距旋转中心一定半径比较轻的位置。

转子种类

转子分为两大类。一类就是转子是刚性的,并且在运行速度下不变形。

另一类就是柔性转子,到运行速度会“弓”起来。第一偏转看上去是“跳绳效应”,这个表示在旋转情况下,转子中心偏离旋转轴,引起了高“静态”不平衡。

不平衡种类

不平衡种类有三种:

  1. 静态不平衡—质量轴心只会平行地偏离轴心。这样的不平衡只需在一个轴面上修正。
  2. 偶不平衡—质量轴心与运行轴相交。举个例子:碟摇晃,没有静平衡。这样的不平衡需要在两个平面修正。
  3. 动态不平衡—质量轴心与旋转轴不重合。这种不平衡一般是静平衡和偶平衡的结合,并且在两个平面修正。

修正不平衡方法

用在零件比较重的位置钻孔,磨削等等办法来减掉一些材料,可以修正不平衡。或者也可以在比较轻的位置加螺钉或焊接重量,以减少不平衡。

平衡机

为了确定不平衡的位置和量,转子制造商使用平衡机去修正所有存在的不平衡。这些机器都是非常敏感,他们可以很容易很精确的定义任何质量轴与运行轴心大于0.001mm的情况。

一种平衡机是只用作确定静态不平衡。他们用于平衡碟状零件。其它类型机器就是在两个轴平面定义不平衡。比如说,平衡一个比例上长度远远大于直径的转子。这种机器有水平和垂直两种版本。

用现代电子技术,精度很容易超过国内和国际标准。机器的设定非常简单,只是把几个测量数据输入电脑。

平衡刚性转子

因为就算是静止状态,不平衡也是存在的,刚性转子可以在低速情况下被平衡,这个速度只要可以产生离心力就可以。

平衡柔性转子

这种类型的转子在低速时被平衡,这时它们没有形变。修正平衡,然后速度逐渐增加,再在这个速度修正,直到达到运行速度。

现代技术

由于更换损坏转子费用高昂,航空业规定,更换的转子或转子总成必须维持一个可接受的平衡。这项技术涉及仿真件,比如说,平衡带虚拟涡轮的压缩机模块,当更换压缩机或者涡轮叶片时不需要进一步平衡。如果其他工业客户要求的话,这项技术也可以提供。

总结

最新的生产方式减少或消除了在低速平衡的需要,但是随着旋转机械越来越快,在可预见的未来,动态平衡会变得非常有必要。了解动平衡可以简化整个的生产过程。

联系通用巴兰兴 讨论更多平衡问题。