风机的平衡误差分析                                               摘要：介绍了引起风机不平衡的几种原因，并通过实例计算风机平衡误差得出了现场平衡的方法，提出了建议和解决措施。   0 引言 针对风机用户经常提出风机的平衡非常难做，不知是做单面平衡还是双面平衡，有些风机做过平衡后仍有较大振动的问题，笔者就具体的风机平衡误差原因作了分析，得出了结论。    辅助芯轴的平衡问题 由于风机叶轮在平衡时一般采用的都是辅助芯轴，所以必须考虑芯轴是否满足平衡的要求。由于芯轴是一个转子，有其自身的不平衡量。在平衡过程中芯轴已和风机合在一起成为一个转子，所以即使整体放在平衡机上已经平衡了，也仅是一个表面的平衡。对应转子的校正平面芯轴自身的残余不平衡量应小于转子允许剩余不平衡量的10％，通常芯轴的质量约是叶轮质量的1/10，芯轴自身的不平衡量有可能与叶轮平衡的要求相等，因此会直接影响叶轮平衡的最终结果。 另外芯轴上的键和键槽也是平衡时一个容易被忽略的问题。有的用户会认为半个键或整键的质量轻，且所在的半径小得可以忽略，实际上键也是有相当质量的，一般有几十克至几百克，芯轴相对于风机叶轮的校正半径要小几倍，相除后仍可能有几十克的不平衡质量附加到风机上。  芯轴中心和叶轮中心的平行偏移 根据平衡的基本原理   U= M e=u                             （1）   式中U为不平衡量；M为零件的质量；e为回转中心和质量中心的间距；u为不平衡质量；为校正半径。 如果风机支承位置的中心和芯轴的轴线中心有偏心，根据式（1）该偏心就会产生不平衡量，产生的误差就会直接附加到风机上。 为保持偏心距尽量小，在芯轴加工过程中，要使加工芯轴的基准保持完全一致。即保证芯轴上轴颈支承位置和叶轮接触位置保证很高的同轴度，为防止芯轴表面的磨损产生新的误差，芯轴在与转子接触的位置与轴颈位置必须得有硬度。这样生产的芯轴才能满足通常的精度要求。例如：叶轮的不平衡量要求是40g&middo;mm/kg=40μm，芯轴的偏心或称作芯轴中心位置与轴颈位置的同心度在4μm即可。 例如：芯轴偏心距＝6μm 需要平衡要求＝20g&middo;mm/kg；允许的剩余不平衡量＝20－6＝14g&middo;mm/kg；对2个平面的平衡：每个平面的不平衡量＝7g&middo;mm/kg。 再好的芯轴，即使偏心只有1μm，使用一段时间后也会产生5～10μm的偏心。如果要求的平衡精度比该值小，在平衡过程中可根据芯轴的偏心量和角度自行做相应的调整。 在实际中还要考虑到芯轴和风机孔接触配合面都有公差，最大的偏心即为最大配合公差的一半。 例如：偏心距e=10μm；公差s=14μm；最大允许的偏心误差e +s/2=10+14/2=17μm。 叶轮的倾斜 如果叶轮装在实际轴端面上有倾斜或芯轴本身有弯曲，在旋转中可能产生的力偶不平衡量就会附加到叶轮中去（见图1）。叶轮微小倾斜产生的力偶不平衡的公式为 Mu ≈ (Iy－Iz)  φ                                            （2）   Iz＝1/2m (R2+2)                                                （3）   Iy=1/4m (R2+2 ＋1/3b2)                                （4）   Mu ≈1/4m(1/3b2－R2―2 )φ                                  （5）   两侧平面的力偶平衡的公式：Mu ＝ub                                图1   叶轮在旋转中产生的力偶不平衡   叶轮的倾斜对平衡有很大的影响，通常窄的风机只要做单面平衡，如果倾斜到一定程度，就需在风机本轴上做双面平衡。 为说明此情况，列举一个实例，说明产生一对力偶不平衡量添加到叶轮上的情况。 假设叶轮的质量m=700kg，D=1000mm，=75mm，b=300mm,L=1200mm,C=1500mm。        Pi(校正平面端面跳动)=0.24mm,n=1000／min，G=6.3 求：叶轮倾斜产生的力偶不平衡？ φ≈sinφ＝Pi /D=0.24/1000   Mu ≈1/4m (1/3b2－R2―2 )  φ                     （5）   Mu ≈1/4&imes;700kg(1/3&imes; 3002－5002―752) &imes;0.24/1000≈9003kg&middo;mm2 Mu ＝ub U(力偶不平衡量)=9003/300≈30kg&middo;mm 对外伸端叶轮允许的不平衡量公差为   G=eω e =6.3/(n/10)=0.063mm Upe=me=700&imes;0.063=44kg&middo;mm   可允许的静不平衡量 Upe3＝L/(4C)=44&imes;1200/(4&imes;1500)=8.8kg&middo;mm   可允许的力偶不平衡量 Upe1＝Upe2＝Upe (3L/8b)=44&imes;(3&imes;1200/8&imes;300)=66kg&middo;mm＞U(力偶不平衡量)   通过计算说明，该叶轮倾斜造成的力偶不平衡量在平衡公差范围内。但如果倾斜角度、工作转速和零件宽度改变就会超出公差要求。   因为1/3b2－R2―2的值小，Mu 的值就小。所以对盘类零件中相对宽的叶轮倾斜产生的力偶不平衡量相对窄的叶轮就小些。 如果一个相对宽的盘类零件，设计或制造时，要求力偶不平衡量不能忽略，选择做双面平衡。另一方面对窄的盘类零件也可选择不做双面平衡，但要保证零件的端面跳动足够小，况且零件窄在平衡机上也比较难平衡，因为两个平面相对近，校正平面的分离就会差，测出的量值也会很大。 对长期使用的风机，由于时间长，轴和叶轮内孔有磨损，配合很松，无法平衡，建议在轴和叶轮间重新镶套，控制好新联接的径跳和端跳后再做平衡，也可采用现场平衡的方法，用现场平衡仪直接平衡，这也是解决所有误差的好方法。 4 结论 建议风机的生产不仅要有平衡的概念，更需要了解怎样才能做好风机的平衡。随着风机转速的提高，风机制造已不再是粗加工就能解决的，从上例中也可看到风机的垂直度稍微不好，马上就会产生力偶不平衡，造成振动，而且也无法通过平衡的方法解决。 另外，提醒风机用户除正确计算风机的平衡公差外，还要重视其他芯轴、键等影响风机平衡的因素。  

                              AuoCAD对叶轮质量及转动惯量的计算 摘要：介绍了AuoCAD系统对风机转子转动惯量方便而快捷的精确计算方法。 引言 叶轮转动惯量是风机转子的重要物理量，是计算电机启动时间和转子临界转速不可缺少的重要数据。由于叶轮叶片、前盘型线的复杂几何形状（特别是机翼型叶片），以及轴盘形状的特殊性，对叶轮质量及转动惯量的计算带来极大难度，而且难于精确求解。叶轮转动惯量偏大会导致主轴直径甚至轴承直径变大，电机启动时间计算值偏大而使电机功率选择过高，造成不必要的浪费；如果叶轮转动惯量偏小，转子临界转速计算值偏高，容易造成风机工作转速接近主轴临界转速而引起风机振动，甚至主轴断裂的重大事故，电机启动时间计算值比实际值偏大也易造成电机不能正常启动甚至烧毁事故的发生。笔者在用AuoCAD进行风机设计的过程中，用该软件计算叶轮质量及转动惯量，不仅方便而且准确，即可以避免叶轮转动惯量偏大所造成的浪费，又不必承担转动惯量偏小所带来的风险。 2 叶轮质量及转动惯量的计算 2.1 模型的建立 用AuoCAD系统对叶轮质量及转动惯量的求解是在AuoCAD三维环境中实现的，所以首先要建立风机叶轮的三维几何模型。 （1）AuoCAD二维环境中精确绘制叶轮、叶片及轴盘的两个投影图。        （2）利用AuoCAD的三维绘图命令执行“旋转实体&dquo;即可创建轮盖、轮盘及轴盘的三维模型。 （3）用AuoCAD的三维绘图命令执行“拉伸实体&dquo;即可创建单板型叶片的三维模型。 （4）  执行AuoCAD的布尔运  算及三维阵列命令即可完成风机叶轮三维模型的建立。                                                 2.2叶轮质量及转动惯量的求解 利用AuoCAD系统提供的查询功能，选择所创建的叶轮三维模型，即可精确求出风机三维叶轮的体积、质量、转动惯量等数据。如图5所示。   2.3 注意事项 AuoCAD系统默认没有定义质量单位，更没有定义材料密度。所以只要所求解的量值进行了必要的单位换算，即可带入公式进行电机启动时间和转子临界转速的计算。        3 结论     AuoCAD系统是一套完备的计算机辅助设计软件，不仅提供了丰富的二维绘图命令，也在R12版本以后逐渐增加和完善了三维功能，用AuoCAD系统三维功能求解机械系统三维特性，不仅方便，而且准确。叶轮质量及转动惯量的精确求解对电机启动时间的计算以及主轴临界转速的校核都起着极为重要的作用。不仅可以节约成本及能源，避免不必要的浪费，又可以保证安全生产，避免不必要的损失及事故的发生。