風(fēng)機(jī)的平衡誤差分析

信息來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2021-02-25閱讀：366

風(fēng)機(jī)的平衡誤差分析

摘要：介紹了引起風(fēng)機(jī)不平衡的幾種原因，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算風(fēng)機(jī)平衡誤差得出了現(xiàn)場(chǎng)平衡的方法，提出了建議和解決措施。

0 引言

針對(duì)風(fēng)機(jī)用戶經(jīng)常提出風(fēng)機(jī)的平衡非常難做，不知是做單面平衡還是雙面平衡，有些風(fēng)機(jī)做過(guò)平衡后仍有較大振動(dòng)的問(wèn)題，筆者就具體的風(fēng)機(jī)平衡誤差原因作了分析，得出了結(jié)論。

輔助芯軸的平衡問(wèn)題

由于風(fēng)機(jī)葉輪在平衡時(shí)一般采用的都是輔助芯軸，所以必須考慮芯軸是否滿足平衡的要求。由于芯軸是一個(gè)轉(zhuǎn)子，有其自身的不平衡量。在平衡過(guò)程中芯軸已和風(fēng)機(jī)合在一起成為一個(gè)轉(zhuǎn)子，所以即使整體放在平衡機(jī)上已經(jīng)平衡了，也僅是一個(gè)表面的平衡。對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的校正平面芯軸自身的殘余不平衡量應(yīng)小于轉(zhuǎn)子允許剩余不平衡量的10％，通常芯軸的質(zhì)量約是葉輪質(zhì)量的1/10，芯軸自身的不平衡量有可能與葉輪平衡的要求相等，因此會(huì)直接影響葉輪平衡的最終結(jié)果。

另外芯軸上的鍵和鍵槽也是平衡時(shí)一個(gè)容易被忽略的問(wèn)題。有的用戶會(huì)認(rèn)為半個(gè)鍵或整鍵的質(zhì)量輕，且所在的半徑小得可以忽略，實(shí)際上鍵也是有相當(dāng)質(zhì)量的，一般有幾十克至幾百克，芯軸相對(duì)于風(fēng)機(jī)葉輪的校正半徑要小幾倍，相除后仍可能有幾十克的不平衡質(zhì)量附加到風(fēng)機(jī)上。

芯軸中心和葉輪中心的平行偏移

根據(jù)平衡的基本原理

U= M e=u r （1）

式中U為不平衡量；M為零件的質(zhì)量；e為回轉(zhuǎn)中心和質(zhì)量中心的間距；u為不平衡質(zhì)量；r為校正半徑。

如果風(fēng)機(jī)支承位置的中心和芯軸的軸線中心有偏心，根據(jù)式（1）該偏心就會(huì)產(chǎn)生不平衡量，產(chǎn)生的誤差就會(huì)直接附加到風(fēng)機(jī)上。

為保持偏心距盡量小，在芯軸加工過(guò)程中，要使加工芯軸的基準(zhǔn)保持完全一致。即保證芯軸上軸頸支承位置和葉輪接觸位置保證很高的同軸度，為防止芯軸表面的磨損產(chǎn)生新的誤差，芯軸在與轉(zhuǎn)子接觸的位置與軸頸位置必須得有硬度。這樣生產(chǎn)的芯軸才能滿足通常的精度要求。例如：葉輪的不平衡量要求是40g·mm/kg=40 μm，芯軸的偏心或稱作芯軸中心位置與軸頸位置的同心度在4 μm即可。

例如：芯軸偏心距＝6μm

需要平衡要求＝20g·mm/kg；允許的剩余不平衡量＝20－6＝14 g·mm/kg；對(duì)2個(gè)平面的平衡：每個(gè)平面的不平衡量＝7 g·mm/kg。

再好的芯軸，即使偏心只有1μm，使用一段時(shí)間后也會(huì)產(chǎn)生5～10μm的偏心。如果要求的平衡精度比該值小，在平衡過(guò)程中可根據(jù)芯軸的偏心量和角度自行做相應(yīng)的調(diào)整。

在實(shí)際中還要考慮到芯軸和風(fēng)機(jī)孔接觸配合面都有公差，最大的偏心即為最大配合公差的一半。

例如：偏心距e=10μm；公差s=14 μm；最大允許的偏心誤差e +s/2=10+14/2=17μm。

葉輪的傾斜

如果葉輪裝在實(shí)際軸端面上有傾斜或芯軸本身有彎曲，在旋轉(zhuǎn)中可能產(chǎn)生的力偶不平衡量就會(huì)附加到葉輪中去（見(jiàn)圖1）。葉輪微小傾斜產(chǎn)生的力偶不平衡的公式為

M_u ≈ (I_y－ I_z) φ （2）

I_z＝1/2 m (R²+ r²) （3）

I_y= 1/4 m ( R²+r² ＋1/3 b²) （4）

M_u ≈1/4 m ( 1/3 b²－R²―r² ) φ （5）

兩側(cè)平面的力偶平衡的公式：M_u ＝u r b

圖1 葉輪在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的力偶不平衡

葉輪的傾斜對(duì)平衡有很大的影響，通常窄的風(fēng)機(jī)只要做單面平衡，如果傾斜到一定程度，就需在風(fēng)機(jī)本軸上做雙面平衡。

為說(shuō)明此情況，列舉一個(gè)實(shí)例，說(shuō)明產(chǎn)生一對(duì)力偶不平衡量添加到葉輪上的情況。

假設(shè)葉輪的質(zhì)量m=700 kg， D=1000 mm，r=75mm，b=300 mm, L=1200mm, C=1500 mm。

P_i(校正平面端面跳動(dòng))=0.24mm, n=1000 r／min，G=6.3

求：葉輪傾斜產(chǎn)生的力偶不平衡？

φ≈sinφ＝P_i /D=0.24/1000

M_u ≈1/4 m ( 1/3 b²－R²―r² ) φ （5）

M_u ≈1/4×700kg (1/3× 300²－500²―75²) ×0.24/1000≈9003kg·mm²

M_u ＝u r b

U (力偶不平衡量)=9003/300≈30 kg·mm

對(duì)外伸端葉輪允許的不平衡量公差為

G=e ω

e =6.3/ (n/10)=0.063mm

U_per=m e=700×0.063=44 kg·mm

可允許的靜不平衡量

U_per3＝L/(4 C)=44×1200/(4×1500)=8.8 kg ·mm

可允許的力偶不平衡量

U_per1＝U_per2＝U_per (3L/8 b)=44×(3×1200/8×300)=66kg·mm＞ U(力偶不平衡量)

通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，該葉輪傾斜造成的力偶不平衡量在平衡公差范圍內(nèi)。但如果傾斜角度、工作轉(zhuǎn)速和零件寬度改變就會(huì)超出公差要求。

因?yàn)?/3 b²－R²―r²的值小，M_u 的值就小。所以對(duì)盤類零件中相對(duì)寬的葉輪傾斜產(chǎn)生的力偶不平衡量相對(duì)窄的葉輪就小些。

如果一個(gè)相對(duì)寬的盤類零件，設(shè)計(jì)或制造時(shí)，要求力偶不平衡量不能忽略，選擇做雙面平衡。另一方面對(duì)窄的盤類零件也可選擇不做雙面平衡，但要保證零件的端面跳動(dòng)足夠小，況且零件窄在平衡機(jī)上也比較難平衡，因?yàn)閮蓚€(gè)平面相對(duì)近，校正平面的分離就會(huì)差，測(cè)出的量值也會(huì)很大。

對(duì)長(zhǎng)期使用的風(fēng)機(jī)，由于時(shí)間長(zhǎng)，軸和葉輪內(nèi)孔有磨損，配合很松，無(wú)法平衡，建議在軸和葉輪間重新鑲套，控制好新聯(lián)接的徑跳和端跳后再做平衡，也可采用現(xiàn)場(chǎng)平衡的方法，用現(xiàn)場(chǎng)平衡儀直接平衡，這也是解決所有誤差的好方法。

4 結(jié)論

建議風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)不僅要有平衡的概念，更需要了解怎樣才能做好風(fēng)機(jī)的平衡。隨著風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，風(fēng)機(jī)制造已不再是粗加工就能解決的，從上例中也可看到風(fēng)機(jī)的垂直度稍微不好，馬上就會(huì)產(chǎn)生力偶不平衡，造成振動(dòng)，而且也無(wú)法通過(guò)平衡的方法解決。

另外，提醒風(fēng)機(jī)用戶除正確計(jì)算風(fēng)機(jī)的平衡公差外，還要重視其他芯軸、鍵等影響風(fēng)機(jī)平衡的因素。