探求風(fēng)扇轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡原理

摘要：本文主要論述了小型發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理及工藝方法。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)子；動(dòng)平衡

1概述

各類機(jī)械設(shè)備、交通工具、儀表裝置等轉(zhuǎn)動(dòng)部件的振動(dòng)是一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。機(jī)械的振動(dòng)不但影響本身的正常工作，還可能通過(guò)地基的振動(dòng)傳播，影響其他機(jī)器的工作或?qū)ㄖa(chǎn)生不良的影響，此外，振動(dòng)又是產(chǎn)生噪聲的根源，對(duì)操作者或鄰近的其他人員在生理上產(chǎn)生不良影響。

2平衡基本原理

不平衡的產(chǎn)生

一個(gè)質(zhì)量M在R半徑處以角頻率ω旋轉(zhuǎn)，就會(huì)產(chǎn)生離心力F，在一個(gè)轉(zhuǎn)子中的不平衡的存在，是由于離心力沒(méi)有被消除，振動(dòng)負(fù)荷和振動(dòng)位移傳給軸承所造成的。

不平衡量

不平衡量定義為μ它直接決定離心的大小和方向，它的量是MR，但在平衡技術(shù)中是這樣表述的：μ=ur.

式中μ--不平衡量

u--不平衡量質(zhì)量標(biāo)量

r--半徑不平衡質(zhì)量的重心與軸中心的距離

如果只告訴你不平衡量μ的值，你無(wú)法判斷出一個(gè)不平衡量值的優(yōu)劣。因?yàn)檫@個(gè)量對(duì)于一個(gè)小轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)那它的不平衡量值就太大了，而對(duì)于一個(gè)大轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)顯得很小可以忽略不計(jì)。這就引出了一個(gè)比不平衡量的單位。比不平衡量ee=ur/m。

它的物理意義是轉(zhuǎn)子的單位重量的不平衡量也就是不平衡量除以轉(zhuǎn)子重量，而且比不平衡量正好等于轉(zhuǎn)子的偏心距。

不平衡產(chǎn)生的原因

如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布對(duì)其軸線而言，不均勻、不對(duì)稱，也即是其中心主慣性軸不與旋轉(zhuǎn)軸線重合，就會(huì)產(chǎn)生不平衡，它會(huì)對(duì)支撐架和基礎(chǔ)產(chǎn)生作用力，而且有時(shí)還會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)的大小主要取決于不平衡量的大小及支撐架和基礎(chǔ)的剛度。

3結(jié)構(gòu)分析

轉(zhuǎn)子重量10kg，發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速30000轉(zhuǎn)/分；轉(zhuǎn)子平衡精度要求；轉(zhuǎn)子只有一個(gè)支點(diǎn)，為球軸承，軸承內(nèi)徑為φ40mm；支承軸徑φ80mm，套皮帶處軸徑φ30mm，最小軸徑φ30mm；工件最大外徑φ256mm，工件長(zhǎng)度300mm。

4平衡試驗(yàn)

存在難點(diǎn)

風(fēng)扇轉(zhuǎn)子是外質(zhì)心、懸臂、帶葉片的轉(zhuǎn)子，而且葉片在裝配時(shí)是間隙配合，這類轉(zhuǎn)子對(duì)動(dòng)不平衡量會(huì)有很大影響；風(fēng)扇轉(zhuǎn)子只有一個(gè)軸承，而且軸承沒(méi)有露出來(lái)，無(wú)法直接進(jìn)行支承；風(fēng)扇轉(zhuǎn)子只有一個(gè)軸承作為支承點(diǎn)，但是一個(gè)支點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行動(dòng)平衡，所以還必須要選擇一點(diǎn)作為動(dòng)平衡的支承點(diǎn)。

解決方案

對(duì)于外質(zhì)心、懸臂的轉(zhuǎn)子來(lái)講，想完全克服其對(duì)動(dòng)不平衡量造成的附加影響是不切實(shí)際的，只有在支承形式上控制其造成的影響，最好的解決方式就是兩支點(diǎn)均為軸承支承，再為軸承做特殊的壓具，這樣可以大大的降低由于質(zhì)心在外對(duì)轉(zhuǎn)子的影響。

葉片松動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡影響很大，假使葉片的松動(dòng)帶來(lái)的圓周半徑為127mm處的質(zhì)量變化量為，那么的質(zhì)量引起的動(dòng)不平衡量值為127×＝，而風(fēng)扇轉(zhuǎn)子要求的動(dòng)不平衡量是，＞，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的平衡精度無(wú)法達(dá)到,所以準(zhǔn)備在進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候加一些密封膠，使葉片的間隙減小，提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)子平衡精度。

從風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)圖上可以看出，作為支點(diǎn)的軸承沒(méi)有露出來(lái)，這樣就需要設(shè)計(jì)制造一個(gè)精度高的軸承壓具，以保證整個(gè)轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡量；風(fēng)扇轉(zhuǎn)子只有一個(gè)軸承作為支承點(diǎn)，必須選擇另一個(gè)合理的位置作為支承點(diǎn)，有兩種方案可行，一是直接在風(fēng)扇軸外花鍵的退刀槽處，采用滾輪支承，滾輪帶壓蓋,二是利用風(fēng)扇軸外花鍵，設(shè)計(jì)制造一個(gè)與之相配合的工裝，工裝為帶內(nèi)花鍵的套筒，要求套筒與花鍵軸之間為過(guò)盈配合，然后套筒上裝軸承進(jìn)行動(dòng)平衡，動(dòng)不平衡量要保證小于，最后與風(fēng)扇裝配進(jìn)行動(dòng)平衡。

動(dòng)平衡

首先對(duì)原臺(tái)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡，一端支點(diǎn)為軸承，由軸承壓蓋壓緊，另一端由滾輪支承并壓緊，平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。動(dòng)平衡機(jī)有補(bǔ)償功能，先對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)補(bǔ)償可以看到轉(zhuǎn)子所能達(dá)到的最高精度。

考慮到支點(diǎn)與工裝會(huì)對(duì)平衡精度造成影響，所以先用內(nèi)花鍵套套在轉(zhuǎn)子的右端作為右支點(diǎn)，在平衡的過(guò)程中平衡飄移值～之間，但是考慮到風(fēng)扇是外質(zhì)心、懸臂轉(zhuǎn)子，工裝本身的同軸度以及與轉(zhuǎn)子的配合關(guān)系都對(duì)平衡精度有影響，而且軸承的影響量可能會(huì)很大，所以軸承的選用要合理，針對(duì)此問(wèn)題更換了重新設(shè)計(jì)的工裝，工裝用的是雙排調(diào)心軸承，而且有與轉(zhuǎn)子配合時(shí)的定位面，會(huì)對(duì)平衡精度有所提高，進(jìn)