转子平衡的原理和方法

1、n转子不平衡的原因和危害n转子不平衡的分类n刚性转子和挠性转子n平衡机 硬支承平衡机 软支承平衡机本本 章章 内内 容容n刚性转子的平衡方法 静平衡 单面动平衡 双面动平衡n挠性转子的平衡方法 振型平衡法 影响系数法 振型圆平衡法一一 、不平衡的概念、不平衡的概念n泵、压缩机、风机和汽轮机等化工机器振动的原因很多，但泵、压缩机、风机和汽轮机等化工机器振动的原因很多，但是转子的不平衡是主要原因之一。是转子的不平衡是主要原因之一。n在电厂机器中，由于转子（以及其它旋转零部件）的材料密在电厂机器中，由于转子（以及其它旋转零部件）的材料密度不匀或者加工不均、装配误差大、使用中受腐蚀或者污垢度不匀或者加

2、工不均、装配误差大、使用中受腐蚀或者污垢沉积、异常温度影响变形或轴发生残余弯曲等，都可能是转沉积、异常温度影响变形或轴发生残余弯曲等，都可能是转子的重心与运行中心出现偏差，而转子在旋转时由上述因素子的重心与运行中心出现偏差，而转子在旋转时由上述因素的影响会产生很大的离心力，严重时将使机器产生振动，这的影响会产生很大的离心力，严重时将使机器产生振动，这就是转子的不平衡。就是转子的不平衡。1、 静不平衡静不平衡 指回转体（转子）的重心不在它的转动轴线上，于是指回转体（转子）的重心不在它的转动轴线上，于是回转体旋转时，在转动平面中就会产生通过重心的离回转体旋转时，在转动平面中就会产生通过重心的离心力

3、。旋转体上有不平衡量时，这不平衡量所产生的心力。旋转体上有不平衡量时，这不平衡量所产生的离心力或几个不平衡量产生的离心合力，因其通过旋离心力或几个不平衡量产生的离心合力，因其通过旋转件的重心，所以，它不会使旋转件旋转时产生轴线转件的重心，所以，它不会使旋转件旋转时产生轴线倾斜的力矩。倾斜的力矩。 静不平衡是一种在静态的就显示出来的不平衡状态。静不平衡是一种在静态的就显示出来的不平衡状态。只有当它的偏重在铅垂下方时，零部件或转子才能停只有当它的偏重在铅垂下方时，零部件或转子才能停止转动，而当其转动起来以后，就会产生很大的离心止转动，而当其转动起来以后，就会产生很大的离心力，使机器振动，如图所示。

4、力，使机器振动，如图所示。零件静不平衡情况如下图零件静不平衡情况如下图 2、 动不平衡动不平衡n 指回转体的的重心虽然在它的转轴上，但当回转体转指回转体的的重心虽然在它的转轴上，但当回转体转动时，却产生作用于回转轴线平面中的离心力力偶。转动时，却产生作用于回转轴线平面中的离心力力偶。转子等旋转部件上的各不平衡量所产生的离心力，如果形子等旋转部件上的各不平衡量所产生的离心力，如果形成力偶，则旋转件在旋转时不仅会产生垂直于旋转轴线成力偶，则旋转件在旋转时不仅会产生垂直于旋转轴线方向的振动，而且还能使旋转轴线产生倾斜振动。方向的振动，而且还能使旋转轴线产生倾斜振动。n 动不平衡是一种在动态下才显示出

5、来的不平衡状态，动不平衡是一种在动态下才显示出来的不平衡状态，如下面图片所示的曲轴，由于没有平衡铁，即使静态下如下面图片所示的曲轴，由于没有平衡铁，即使静态下是平衡的，曲轴可随意静止（平衡），但是在动态下，是平衡的，曲轴可随意静止（平衡），但是在动态下，左右两个离心力使曲轴受到力偶的作用，机器照样产生左右两个离心力使曲轴受到力偶的作用，机器照样产生振动。这就是典型的动不平衡。振动。这就是典型的动不平衡。零件的动不平衡零件的动不平衡二二、动平衡动平衡n1.动平衡的基本力学原理动平衡的基本力学原理n如图假设一转子存在两个不平衡量如图假设一转子存在两个不平衡量T1和和T2,当转子旋转时当转子旋转时,

6、它们产生的离心力分它们产生的离心力分别为别为P和和Q.P和和Q都垂直于转子的轴线都垂直于转子的轴线,但不在同一轴向平面但不在同一轴向平面,P处于处于B1平面平面,Q处处于于B2平面上平面上.为了平衡这两个力为了平衡这两个力,可在转可在转子上选择两个与轴线垂直的平面子上选择两个与轴线垂直的平面,作为作为动平衡的校正平面动平衡的校正平面.T2T1T1QPB1B2PT1QT2ll2l1P2P1Q2Q1F1F2n为了防止动平衡试验时因不平衡量过大而产生剧烈的振为了防止动平衡试验时因不平衡量过大而产生剧烈的振动动,在低速动平衡前应先进行静平衡试验在低速动平衡前应先进行静平衡试验,而在高速动平衡而在高速动

7、平衡试验之前进行低速动平衡试验试验之前进行低速动平衡试验.n如上所述如上所述,动平衡发按平衡时所使用的转速不同可分为动平衡发按平衡时所使用的转速不同可分为: 低速动平衡和高速动平衡低速动平衡和高速动平衡 若按使用的设备和方法不同可分为若按使用的设备和方法不同可分为: 平衡平衡机平衡和在机体上平衡机平衡和在机体上平衡 2.低速动平衡低速动平衡n平衡转速较低的的动平衡过程平衡转速较低的的动平衡过程,一般为转子工作转速的一般为转子工作转速的20%左右左右(150-500r/min;而低速动平衡机的转速部分而低速动平衡机的转速部分为好几个档次为好几个档次) .因为转子是刚性的因为转子是刚性的,所以又称

8、为刚性转所以又称为刚性转子动平衡子动平衡.n动平衡试验动平衡试验,一般情况下是在动平衡机上进行一般情况下是在动平衡机上进行.旋转件旋转件在旋转时在旋转时,使动平衡机支承产生振动使动平衡机支承产生振动,依靠测振仪器测依靠测振仪器测出振幅和相位出振幅和相位,在通过一定的计算在通过一定的计算,便可进行平衡测试便可进行平衡测试工作工作.3.高速动平衡高速动平衡n高速动平衡是上世纪50年代发展起来的技术,是用高速动平衡机进行高试验转速的的动平衡,由于转速高,(国内有13400的转子),故均设计为挠性转子. 平衡精度平衡精度n转子经过动平衡试验后转子经过动平衡试验后,不可避免的还会存留一些剩余不不可避免的

9、还会存留一些剩余不平衡量平衡量.平衡精度就是指转子经平衡试验后平衡精度就是指转子经平衡试验后,允许存在的不允许存在的不平衡量平衡量.n对于一台具体的机器对于一台具体的机器,根据其结构特点，和工作条件不同根据其结构特点，和工作条件不同,在保证它安全经济的运转的前提下在保证它安全经济的运转的前提下,都规定有一个合理的都规定有一个合理的平衡精度平衡精度.n平衡精度的表示方法有两种平衡精度的表示方法有两种:n 剩余不平衡力矩剩余不平衡力矩 偏心速度偏心速度 (1).剩余不平衡力矩剩余不平衡力矩n剩余不平衡力矩剩余不平衡力矩M；n M=TR=We (g.mm)nT-剩余不平衡量剩余不平衡量,g;nR-剩

10、余不平衡量所处的半径剩余不平衡量所处的半径,mm;nw-旋转件的重量旋转件的重量,g;ne-旋转件的重心偏心距旋转件的重心偏心距,mm.(2).偏心速度偏心速度n偏心速度偏心速度Uen 所谓偏心所谓偏心,就是旋转件的重心偏离旋转中心的距离就是旋转件的重心偏离旋转中心的距离,因因此此,偏心速度是指旋转件在旋转时的重心振动速度偏心速度是指旋转件在旋转时的重心振动速度,即即:n Ue=e/1000nUe-偏心速度偏心速度,mm/s;n-旋转件的角速度旋转件的角速度,(=2n/60,1/s2n/60,1/s);ne-旋转件的重心偏心距旋转件的重心偏心距,m. 例例1.某旋转件的重量为某旋转件的重量为1

11、000kg,工作转速为工作转速为10000rpm,平衡精平衡精度等级为度等级为G1,则平衡后允许的偏心距则平衡后允许的偏心距e? e=1000Ue/ =1000*Ue*60/(2n) =1000*1*60/(2*3.14*10000) =0.95(m)偏心距e还可以换算出不平衡力矩还可以换算出不平衡力矩M,即即: M=TR=We =1000*0.95=950g.mm假定该旋转件上两个动平衡校正面的轴向是与旋转件的重心等距离的，则每一个面上允许的不平衡力矩可取M/2=475g.mm,这相当于在半径475处允许不平衡量为1g 例例2.尿素二部尿素二部P108-C/D转子转子(包括叶轮包括叶轮,轴套

12、轴轴套轴,联轴节联轴节)总重总重量约为量约为50kg,工作转速为工作转速为2950rpm,平衡精度等级为平衡精度等级为G6.3,则平衡则平衡后允许的偏心距后允许的偏心距e? e=1000Ue/ =1000*Ue*60/(2n2n) =1000*6.3*60/(2*3.14*2950) =20.4(m)偏心距偏心距e还可以换算出不平衡力矩还可以换算出不平衡力矩M,即即: M=TR=We =50*20.4=1020g.mm这相当于半径这相当于半径280mm处处3.64g3 静动不平衡静动不平衡 它是一种静态和动态都会显示出来的不平衡。大多数转子都它是一种静态和动态都会显示出来的不平衡。大多数转子都

13、属于这种失衡状态。属于这种失衡状态。 既然零部件或者转子有不平衡状态，就应该设法去使它平衡。既然零部件或者转子有不平衡状态，就应该设法去使它平衡。所谓平衡，就是减少零部件转动的失衡量，使机器运转平稳的所谓平衡，就是减少零部件转动的失衡量，使机器运转平稳的一种工艺方法。一种工艺方法。 实践中的找平衡，是根据不同的转速和结构只选用静平衡法实践中的找平衡，是根据不同的转速和结构只选用静平衡法和动平衡法来进行的，通常的依据可参考下表：和动平衡法来进行的，通常的依据可参考下表： 平衡方法平衡方法转子外径与长度之比转子外径与长度之比工作转速工作转速 静平衡静平衡D/L大于等于大于等于5 任何转速任何转速

14、动平衡动平衡D/L小于等于小于等于1 n1000r/min。 转子不平衡的原因和危害转子不平衡的原因和危害 不平衡的原因不平衡的原因 转子结构不对称。转子结构不对称。 材质不均匀，制造误差、安装误差。材质不均匀，制造误差、安装误差。 运行中零部件的变形、移位、结垢、破损。运行中零部件的变形、移位、结垢、破损。 不平衡不平衡的危害的危害 转子振动和应力大，运行不安全。转子振动和应力大，运行不安全。 恶化环境，浪费能源。恶化环境，浪费能源。 产品数量和质量下降。产品数量和质量下降。转子平衡的方法和设备转子平衡的方法和设备 刚性转子刚性转子 挠性转子挠性转子 静平衡静平衡 影响系数法。影响系数法。

15、单面平衡单面平衡 振型平衡法（模态平衡法）振型平衡法（模态平衡法）。 双面平衡。双面平衡。 其他综合方法。其他综合方法。 平衡设备平衡设备 平衡机：专用、通用，硬支承、软支承，卧式、平衡机：专用、通用，硬支承、软支承，卧式、 立式，机电式、计算机化，等。立式，机电式、计算机化，等。 现场平衡：平衡仪现场平衡：平衡仪 其他设备：平行导轨、滚轮架、平衡摇架等。其他设备：平行导轨、滚轮架、平衡摇架等。 刚性转子与挠性转子刚性转子与挠性转子 n 0.5nc1 称为刚性转子。 0.5nc1 n 0.7nc1 称为挠性转子。 其中, nc1 为第一阶临界转速， n 为转子的工作转速。n刚性转子和挠性转子有

16、完全不同的平衡方法。n如能正确选择平衡平面和平衡转速，准刚性转子常可采用刚性转子的平衡方法。刚性转子不平衡的形式刚性转子不平衡的形式静不平衡静不平衡 离心惯性力系有合力合力动不平衡动不平衡 = 静不平衡 + 偶不平衡离心惯性力系合成为一合力合力和一合力偶合力偶 偶不平衡偶不平衡 离心惯性力系有合力偶合力偶不平衡向两个平面的分解不平衡向两个平面的分解 刚性转子的任意不平衡可以向两个平面内分解。 故刚性转子都可以用两个校正质量来达到平衡。oCoWC静平衡的布置静平衡的布置W水平导轨水平导轨滚轮架滚轮架水平导轨转子转子滚轮架 滚轮架滚轮架n水平导轨平衡机的原理平衡机的原理幅值 I相位 II转速摆架A

17、 幅值 II相位 I解算电路传感器传感器驱动电机摆架B III硬支承和软支承平衡机硬支承和软支承平衡机硬支承平衡机的摆架 软支承平衡机的摆架硬支承和软支承平衡机的对比硬支承和软支承平衡机的对比比较项目硬支承平衡机软支承平衡机不平衡的检测方式直接检测不平衡力直 接 检 测 不 平 衡 产 生 的振动平衡时的轴承条件轴 承 刚 度 大 ， 比 较 接近转子实际工作条件轴 承 刚 度 低 、 振 动 大 ，与 转 子 实 际 工 作 条 件 差别较大平衡所需的 时 间启动、停车快，效率高启动、停车费时，测试时间长解算电路的 调 整不 需 加 试 重 调 整 ， 不需 试 车 标 定 ， 操 作 容易

18、需 加 试 重 调 整 ， 需 试 车标定，操作较费事平衡精度一般可达 0.5 微米，很难进一步提高一般可达 0.5 微米，高精度的可达 0.005 微米适用范围适用性广转 子 尺 寸 、 外 形 经 常变化的场合结 构 坚 固 ， 适 用 于 车间等现场大批量零件的平衡微型转子和高精度转子单面平衡的布置和方法单面平衡的布置和方法QAA01 0AP 1.选择加重平面、选择测点。 画键相标记，逆转向画360相位刻度盘。2.测得原始振动A0(幅值和相位)。3.在平衡平面内加试重Q，测得振动A1。4.计算影响系数5.按下式求得校正质量P。幅值相位转速A 双面平衡的布置和方法双面平衡的布置和方法 10

19、111011QBBQAA , 20222022QBBQAA , 0221102211BPPAPP 幅值相位转速A B I II A B 1.测原始振动A0，B0。2.平面I 内加试重Q1，测得振动A1，B1。3.计算影响系数4.平面II 内加试重Q2，测得振动A2，B2。5.计算影响系数6.按下式求得校正质量P1，P2。单面平衡的作图解法单面平衡的作图解法 作A0和A1 ，求其差为A1- A0 。 量A1- A0 和 A0之间的夹角为 。 把试重Q 按 的方向转动一 角，此即为校正重的正确方位。 校正重 P 的大小为：010AAAQPKoQP相角正A0A1A1- A0o相角正转子不平衡的真实分布转子不平衡的真实分布 不平衡的大小和方位沿轴线是随机分布的。 需要无数个校正质量才能达到理想的平衡。 这不可能不可能，也是不必要不必要的！转子的不平衡转子的不平衡按模态分解按模态分解 转子的任意不平衡可以按模态分解。 然后，按模态逐阶平衡。 由于模态的正交性，各阶模态的平衡不会相互影