为了减少转动机械的振动、提高工作转速、延长工件的使用寿命,必须减少旋转工件的不平衡。实现这个目标,通常选用合适的平衡机对旋转工件作平衡校验。本文从力学判定、参数匹配与安全原则三个层面,说明如何正确选择转子动平衡机。
任何转子作匀速运动时,体内无数个质点都将产生惯性力,组成惯性力系。要确定这个转子是否为平衡转子,必须根据其惯性力系合成的结果而定——合力为零、合力矩也为零,才是完全平衡。
转子究竟需要进行静平衡还是动平衡,这要根据具体情况来判断,主要依据包括:
| 依据 | 倾向静平衡 | 倾向动平衡 |
|---|---|---|
| 重量与形状 | 盘状、径宽比大、轴向短 | 细长、径宽比小、轴向长 |
| 转速 | 低速 | 中高速 |
| 支撑条件 | 支承跨距小 | 跨距大或悬臂(外盘) |
| 用途 | 一般件 | 精密件、安全件 |
简言之:盘状件(如飞轮、制动盘、皮带轮)通常用单面静平衡即可;轴类、电机转子、叶轮等则需要双面动平衡,以同时消除静不平衡与偶不平衡。
转子、机座到基础系统的振动受很多因素影响,例如机座基础的振动质量、轴承及基础的刚性、工作速度与各种共振频率的接近程度等等。因此,振动振幅与转子剩余不平衡量之间并不是简单的关系。
这带来两个实践启示:其一,不能把"残余不平衡量合格"等同于"装机后一定不振动"——若工作转速接近共振区,即使不平衡量很小,振动也可能被放大;其二,也不能反过来用振动大小直接推算不平衡量。正确的做法是以不平衡量作为量化判据,以振动作为最终验证,两者结合。
其一,充分分析工件。为了正确选用转子平衡机,对旋转工件的结构、用途、平衡精度、工作转速、支撑条件、传动方式等各项都要有充分的分析和了解。
其二,了解设备。同时,对平衡机生产厂商所生产的各种平衡机的各项性能指标、规格、特点也应有了解。这两者的匹配,才是选用平衡机的依据。
根据标准平衡机命名法的规定,平衡机的"工件质量"是平衡机的主参数。需要准确理解它的含义:
"工件质量"仅仅表示平衡机支承摆架的承载能力。在选用平衡机时,要确保被校验工件的质量不大于平衡机范围所规定的数值。
虽然平衡机在设计时已考虑到安全因素,但为安全起见,在使用时不应超载。如果平衡校验的工件不只一种,那么应确保在使用范围内,各种工件的质量均不得大于平衡机范围所规定的数值。
超载的后果不只是安全问题:摆架变形会改变系统刚度与固有频率,使原有标定失效,测量结果完全不可信。因此超载既是安全隐患,也是精度事故。
其一是质量下限。厂家通常只标注最大工件质量,但设备对过轻的工件同样测不准——轻工件激起信号太弱,信噪比不足。选型时务必确认设备适用的质量区间,而不只是上限。
其二是回转直径与支承跨距。工件即便重量合格,若回转直径超过摆架允许值、或轴颈间距超出摆架调节范围,同样无法上机。这三个参数(质量、直径、跨距)应一起核对。
| 项目 | 核对内容 |
|---|---|
| 平衡方式 | 静平衡(单面)还是动平衡(双面) |
| 工件质量 | 所有工件均落在设备质量区间内(含下限),不超载 |
| 回转直径 | 不超过设备允许的最大回转直径 |
| 支承跨距 | 轴颈间距在摆架可调范围内 |
| 平衡转速 | 覆盖所需转速,可避开临界转速 |
| 精度指标 | Umar 与 URR 满足要求,允许值宜为 Umar 的 5~10 倍 |
| 传动方式 | 圈带/万向节/自驱动,与工件结构相容 |
| 安全与环保 | 防护装置、急停、粉尘/烟尘收集 |
现如今人们对工作环境安全性的要求在不断提高,对大多数旋转机械产生着影响,平衡机也不例外。选型时把安全性与环保(如去重产生的粉尘、噪声)一并纳入评估,能避免后续改造的额外投入。
夫曼机械可依据上述清单协助完成选型核对,并支持用自己的实际工件进行样件测试,以实测数据确认方案可行。
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