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動(dòng)平衡和靜平衡

來(lái)源:江蘇金湖華升計(jì)量?jī)x器有限公司   2022年05月20日 07:59  

動(dòng)平衡和靜平衡

一. 靜平衡

靜平衡在轉(zhuǎn)子一個(gè)校正面上進(jìn)行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉(zhuǎn)子在靜態(tài)時(shí)是在許用不平衡量的規(guī)定范圍內(nèi),為靜平衡又稱單面平衡。


二. 動(dòng)平衡

動(dòng)平衡在轉(zhuǎn)子兩個(gè)或者兩個(gè)以上校正面上同時(shí)進(jìn)行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉(zhuǎn)子在動(dòng)態(tài)時(shí)是在許用不平衡量的規(guī)定范圍內(nèi),為動(dòng)平衡又稱雙面或者多面平衡。


三. 轉(zhuǎn)子平衡的選擇與確定

如何選擇轉(zhuǎn)子的平衡方式,是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。其選擇有這樣一個(gè)原則:

只要滿足于轉(zhuǎn)子平衡后用途需要的前提下,能做靜平衡的,則不要做動(dòng)平衡,能做動(dòng)平衡的,則不要做靜動(dòng)平衡。原因很簡(jiǎn)單,靜平衡要比動(dòng)平衡容易做,省功、省力、省費(fèi)用。

那么如何進(jìn)行轉(zhuǎn)子平衡型式的確定呢?需要從以下幾個(gè)因素和依據(jù)來(lái)確定:

1. 轉(zhuǎn)子的幾何形狀、結(jié)構(gòu)尺寸,特別是轉(zhuǎn)子的直徑D與轉(zhuǎn)子的兩校正面間的距離尺寸b之比值,以及轉(zhuǎn)子的支撐間距等。

2. 轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速

關(guān)轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),如GB3215、API610、GB9239和ISO1940等。
3. 轉(zhuǎn)子做靜平衡的條件在GB9239平衡標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)剛性轉(zhuǎn)子做靜平衡的條件定義為:

如果盤狀轉(zhuǎn)子的支撐間距足夠大并且旋轉(zhuǎn)時(shí)盤狀部位的軸向跳動(dòng)很小,從而可忽略偶不平衡(動(dòng)平衡),這時(shí)可用一個(gè)校正面校正不平衡即單面(靜)平衡,對(duì)具體轉(zhuǎn)子必須驗(yàn)證這些條件是否滿足。在對(duì)大量的某種類型的轉(zhuǎn)子在一個(gè)平面上平衡后,就可求得*大的剩余偶不平衡量,并除以支撐距離。如果在*不利的情況下這個(gè)值不大于許用剩余不平衡量的一半,則采用單面(靜)平衡就足夠了。

從這個(gè)定義中不難看出轉(zhuǎn)子只做單面(靜)平衡的條件主要有三個(gè)方面:

(1)一個(gè)是轉(zhuǎn)子幾何形狀為盤狀;

(2)一個(gè)是轉(zhuǎn)子在平衡機(jī)上做平衡時(shí)的支撐間距要大;

(3)再一個(gè)是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)其校正面的端面跳動(dòng)要很小。

對(duì)以上三個(gè)條件作如下說(shuō)明:

(1)何謂盤狀轉(zhuǎn)子主要用轉(zhuǎn)子的直徑D與轉(zhuǎn)子的兩校正面間的距離尺寸b之比值來(lái)確定。在API610標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定D/b<6時(shí),轉(zhuǎn)子只做單面平衡就可以了;D/b≥6時(shí)可以作為轉(zhuǎn)子是否為盤狀轉(zhuǎn)子的條件規(guī)定,但不能優(yōu)良化,因?yàn)檗D(zhuǎn)子做何種平衡還要考慮轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速。

(2)支撐間距要大無(wú)具體的參數(shù)規(guī)定,但與轉(zhuǎn)子校正面間距b之比值≥5以上均視為支撐間距足夠大。

(3)轉(zhuǎn)子的軸向跳動(dòng)主要指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)校正面的端面跳動(dòng),因?yàn)槿魏无D(zhuǎn)子做平衡試都是經(jīng)過(guò)精加工的,加工后已保證了轉(zhuǎn)子的孔與校正面之間的行為公差,端面跳動(dòng)很小。

根據(jù)上述轉(zhuǎn)子做單面(靜)平衡的條件,再結(jié)合有關(guān)泵方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如GB3215和API610),只做靜平衡的轉(zhuǎn)子條件如下:

(1)對(duì)單級(jí)泵、兩級(jí)泵的轉(zhuǎn)子,凡工作轉(zhuǎn)速<1800轉(zhuǎn)/分時(shí),不論D/b<6或D/b≥6只做靜平衡即可。但是如果要求做動(dòng)平衡時(shí),必須要保證D/b<6,否則只能做靜平衡。

(2)對(duì)單級(jí)泵、兩級(jí)泵的轉(zhuǎn)子,凡工作轉(zhuǎn)速≥1800轉(zhuǎn)/分時(shí),如果D/b≥6只做靜平衡即可。但平衡后的剩余不平衡量要等于或小于許用不平衡量的1/2。如果要求做動(dòng)平衡,要看兩個(gè)校正面的平衡是否能在平衡機(jī)上分離開,如果分離不開,則只能做靜平衡。

(3)對(duì)一些開式葉輪等轉(zhuǎn)子,如果不能實(shí)現(xiàn)兩端支撐,只做靜平衡即可。因?yàn)閮啥瞬荒苤?,?shì)必進(jìn)行懸臂,這樣在平衡機(jī)上做動(dòng)平衡很危險(xiǎn),只能在平衡架上進(jìn)行單面(靜)平衡。

4轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡的條件在GB9239標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定:凡剛性轉(zhuǎn)子如果不能滿足做靜平衡的盤狀轉(zhuǎn)子的條件,則需要進(jìn)行兩個(gè)平面來(lái)平衡,即動(dòng)平衡。

只做靜平衡的轉(zhuǎn)子條件如下(平衡靜度G0.4級(jí)為*高精度,一般情況下泵葉輪的動(dòng)平衡靜度選擇G6.3級(jí)或G2.5):

(1)對(duì)單級(jí)泵、兩級(jí)泵的轉(zhuǎn)子,凡工作轉(zhuǎn)速≥1800轉(zhuǎn)/分時(shí),只要D/b<6時(shí),應(yīng)做動(dòng)平衡。

(2)對(duì)多級(jí)泵和組合轉(zhuǎn)子(3級(jí)或3級(jí)以上),不論工作轉(zhuǎn)速多少,應(yīng)做組合轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。


四. 動(dòng)平衡試驗(yàn)

動(dòng)平衡試驗(yàn)是對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)、校正,并達(dá)到使用要求的過(guò)程。

當(dāng)零件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零部件時(shí),例如各種傳動(dòng)軸、主軸、風(fēng)機(jī)、水泵葉輪、刀具、電動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子等,統(tǒng)稱為回轉(zhuǎn)體。在理想的情況下回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)時(shí),對(duì)軸承產(chǎn)生的壓力是一樣的,這樣的回轉(zhuǎn)體是平衡的回轉(zhuǎn)體。但工程中的各種回轉(zhuǎn)體,由于材質(zhì)不均勻或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差,甚至設(shè)計(jì)時(shí)就具有非對(duì)稱的幾何形狀等多種因素,使得回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時(shí),其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的離心慣性力不能相互抵消,離心慣性力通過(guò)軸承作用到機(jī)械及其基礎(chǔ)上,引起振動(dòng),產(chǎn)生了噪音,加速軸承磨損,縮短了機(jī)械壽命,嚴(yán)重時(shí)能造成破壞性事故。

為此,必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡,使其達(dá)到允許的平衡精度等級(jí),或使因此產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)幅度降在允許的范圍內(nèi)。


五.平衡方法

1. 工藝平衡法

工藝平衡法的測(cè)試系統(tǒng)所受干擾小,平衡精度高,效率高,特別適于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械零件作單體平衡,目前在動(dòng)平衡領(lǐng)域中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用,汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用這種平衡方法。但是,工藝平衡法仍存在以下問(wèn)題:

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

  (2)平衡機(jī)(特別是高速立式平衡機(jī))價(jià)格昂貴。

  (3)在動(dòng)平衡機(jī)上平衡好的轉(zhuǎn)子,裝機(jī)后其平衡精度難以保證。因?yàn)閯?dòng)平衡時(shí)的支承條件不同于轉(zhuǎn)子在實(shí)際工作條件下的支承條件,且轉(zhuǎn)子同平衡裝置之間的配合也不同于轉(zhuǎn)子與其自身轉(zhuǎn)軸之間的配合條 件,即使出廠前已在動(dòng)平衡機(jī)上達(dá)到高精度平衡的轉(zhuǎn)子,經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、再裝配等過(guò)程,平衡精度在使用前難免有所下降,當(dāng)處于工作轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),仍可能產(chǎn)生不允許的振動(dòng)。

  (4)有些轉(zhuǎn)子,由于受到尺寸和重量上的限制,很難甚至無(wú)法在平衡機(jī)上平衡。例如:對(duì)于大型發(fā)電機(jī)及透平一類的特大轉(zhuǎn)子,由于沒(méi)有相應(yīng)的特大平衡裝置,往往會(huì)造成無(wú)法平衡;對(duì)于大型的高溫汽輪 機(jī)轉(zhuǎn)子,一般易發(fā)生彈性熱翹曲,停機(jī)后會(huì)自動(dòng)消失,這類轉(zhuǎn)子需進(jìn)行熱動(dòng)態(tài)平衡,用平衡機(jī)顯然是無(wú)法平衡的。

  (5) 轉(zhuǎn)子要拆下來(lái)才能進(jìn)行動(dòng)平衡,停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、平衡速度慢、經(jīng)濟(jì)損失大。

2. 整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡法

為了克服上述工藝平衡法的缺點(diǎn),人們提出了整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡法。將組裝完畢的旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)場(chǎng)安裝狀態(tài)下進(jìn)行的平衡操作稱為整體現(xiàn)場(chǎng)平衡。這種方法是機(jī)器作為動(dòng)平衡機(jī)座,通過(guò)傳感器測(cè)的轉(zhuǎn)子有關(guān)部位的振動(dòng)信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,以確定在轉(zhuǎn)子各平衡校正面上的不平衡及其方位,并通過(guò)去重或加重來(lái)消除不平衡量,從而達(dá)到高精度平衡的目的。

有于整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是直接接在整機(jī)上進(jìn)行,不需要?jiǎng)悠胶鈾C(jī),只需要一套價(jià)格低廉的測(cè)試系統(tǒng),因而較為經(jīng)濟(jì)。此外,由于轉(zhuǎn)子在實(shí)際工況條件下進(jìn)行平衡,不需要再裝配等工序,整機(jī)在工作狀態(tài)下就可獲得較高的平衡精度。

作為整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)的一個(gè)重要分支,在線動(dòng)平衡技術(shù)也正處于蓬勃發(fā)展之中,很有前途。由于工藝平衡法是起步*早的一種經(jīng)典動(dòng)平衡方法。整機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)是為了解決工藝平衡技術(shù)中存在的問(wèn)題而提出的。


六. 平衡精度

精度等級(jí)G

g.mm/kg

轉(zhuǎn)子類型舉例

G4000

4000

具有單數(shù)個(gè)氣缸的剛性安裝的低速船用柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)件

G1600

1600

剛性安裝的大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)件

G630

630

剛性安裝的船用柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)件;剛性安裝的大型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)件

G250

250

剛性安裝的高速四缸柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)件

G100

100

六缸和多缸柴油機(jī)的曲軸驅(qū)動(dòng)件。汽車、貨車和機(jī)車用的(汽油、柴油)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)。

G40

40

汽車車輪、箍輪、車輪整體;汽車、貨車和機(jī)車用的發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)件。

G16

16

粉碎機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的零件;汽車、貨車和機(jī)車用的(汽油、柴油)發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)別零件。

G6.3

6.3

燃?xì)夂驼魵鉁u輪、包括海輪(商船)主渦輪剛性渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子;透平增壓器;機(jī)床驅(qū)動(dòng)件;特殊要求的中型和大型電機(jī)轉(zhuǎn)子;小電機(jī)轉(zhuǎn)子;渦輪泵。

G2.5

2.5

海輪(商船)主渦輪機(jī)的齒輪;離心分離機(jī)、泵的葉輪;風(fēng)扇;航空燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子部件;飛輪;機(jī)床的一般零件;普通電機(jī)轉(zhuǎn)子;特殊要求的發(fā)動(dòng)機(jī)的個(gè)別零件。

G1

1

磁帶錄音機(jī)及電唱機(jī)驅(qū)動(dòng)件;磨床驅(qū)動(dòng)件;特殊要求的小型電樞。

G0.4

0.4

精密磨床的主軸、磨輪及電樞、回轉(zhuǎn)儀。

考慮到技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)上的合理性,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1940年制定了*的ISO1940平衡等級(jí),它將轉(zhuǎn)子平衡等級(jí)分為11個(gè)級(jí)別,每個(gè)級(jí)別間以2.5倍為增量,平衡機(jī)要求*高的G0.4到要求*低的G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg),代表不平衡對(duì)于轉(zhuǎn)子軸心的偏心距離。


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