小功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始不平衡量

彭亦稰，葉泳東

(麗水學(xué)院，浙江麗水 323000)

0 引 言

對(duì)小功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡可顯著減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪聲。為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，越來(lái)越多的企業(yè)采用全自動(dòng)校平衡機(jī)，在生產(chǎn)線上對(duì)轉(zhuǎn)子作去重動(dòng)平衡校正。在使用這種高效設(shè)備時(shí)，若轉(zhuǎn)子的初始不平衡量過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)如下情況:

(1)校正時(shí)切削量過(guò)大而毀壞轉(zhuǎn)子;

(2)要校正動(dòng)平衡二次及以上，轉(zhuǎn)子的校正效率低下;

(3)若滿足切削量和校正效率要求，則轉(zhuǎn)子校正后的剩余不平衡量明顯增大，影響電機(jī)性能。因此，有效控制轉(zhuǎn)子的初始不平衡量是提高轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡精度和效率的根本。

1 轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡原理

為了限制小功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子初始不平衡量，以動(dòng)平衡要求較高的換向器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為例，闡述動(dòng)平衡原理。如圖1所示，將轉(zhuǎn)子理解為由若干個(gè)偏心圓盤組成，并將這些圓盤分為三組:L校正面和R校正面之間的N個(gè)，L校正面左側(cè)的NL個(gè)和R校正面右側(cè)的NR個(gè)。圖2將N中的第i個(gè)圓盤、NL中的第j個(gè)圓盤和NR中的第k個(gè)圓盤的離心力等效分解到L校正面和R校正面上。動(dòng)平衡計(jì)算及校動(dòng)平衡原理如表1所示。

圖1 換向器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子

圖2 離心力等效分解到L校正面和R校正面

轉(zhuǎn)子的不平衡僅取決于轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量分布，因此轉(zhuǎn)子不平衡量一般用其左右校正面上的重徑積mLrL和mRrR來(lái)表示，當(dāng)左右校正面位置確定，rL=rR=r也確定時(shí)，可用mL和mR表示轉(zhuǎn)子不平衡量。

表1 動(dòng)平衡計(jì)算及校動(dòng)平衡原理

2 轉(zhuǎn)子的最大允許初始不平衡量

當(dāng)選定用某種全自動(dòng)校平衡機(jī)對(duì)某型號(hào)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子作去重動(dòng)平衡校正時(shí)，要求轉(zhuǎn)子的實(shí)際初始不平衡量不得超過(guò)其最大允許初始不平衡量，否則機(jī)器的校平衡工作無(wú)法正常開展。轉(zhuǎn)子的最大允許初始不平衡量是基于校平衡時(shí)轉(zhuǎn)子不被毀壞來(lái)確定的。若轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡校好，但去重切削量過(guò)大，轉(zhuǎn)子裝入電機(jī)因氣隙嚴(yán)重不均勻而產(chǎn)生附加振動(dòng)，則此轉(zhuǎn)子仍屬毀壞之列。轉(zhuǎn)子的最大允許初始不平衡量可以用如下方法估算。圖3為某轉(zhuǎn)子在選用的校平衡機(jī)上作去重動(dòng)平衡校正時(shí)，左校正面的最大允許切削痕跡。痕跡的深度一般取決于轉(zhuǎn)子齒的齒肩厚度，切削后應(yīng)保留部分厚度的齒肩;痕跡的寬度一般取決于機(jī)器采用的銑刀寬度;痕跡的弧角α一般為，痕跡的深度大時(shí)取小值。根據(jù)此痕跡的體積和切除材料的密度可計(jì)算出最大允許的校平衡切除質(zhì)量m，轉(zhuǎn)子的最大允許初始不平衡量mc與此最大允許切除質(zhì)量m相對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)關(guān)系:

圖3 左校正面的最大允許切削痕跡

3 轉(zhuǎn)子的剩余不平衡量

采用全自動(dòng)校平衡機(jī)校正轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子的剩余不平衡量設(shè)置(即平衡精度設(shè)置)至關(guān)重要。轉(zhuǎn)子剩余不平衡量的設(shè)置既要保證滿足電機(jī)的振動(dòng)要求，又希望機(jī)器有較高的校平衡工作效率。一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到轉(zhuǎn)子剩余不平衡量與電機(jī)振動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)性，確定轉(zhuǎn)子剩余不平衡量的最大值，機(jī)器上設(shè)置的剩余不平衡量ms不得大于此值。另外，經(jīng)驗(yàn)表明，機(jī)器的校平衡工作效率與ms和最大允許的初始不平衡量mc密切相關(guān)，當(dāng)ms＞時(shí)，機(jī)器校正效率高，95%以上的轉(zhuǎn)子能一次校正完成;當(dāng)ms＜時(shí)，機(jī)器校正效率明顯降低。

4 轉(zhuǎn)子初始不平衡量的設(shè)計(jì)控制

首先是轉(zhuǎn)子上的所有零部件都要盡可能采用軸對(duì)稱設(shè)計(jì)。圖1為轉(zhuǎn)子的軸伸存在一個(gè)用于聯(lián)接機(jī)械負(fù)載的缺口，出現(xiàn)了軸不對(duì)稱的情形，對(duì)轉(zhuǎn)子初始不平衡量有明顯影響。分析如下:設(shè)有缺口部分軸段的質(zhì)量為mj，質(zhì)心與軸線的距離為rj，質(zhì)心與L校正面的距離為lj，由二面分解原理可知，折算到L校正面上的不平衡量mLj=mj(1+)·，盡管較小，但mj較大，且被放大了(1+)倍，所以不平衡量mLj是明顯的。

在進(jìn)行電機(jī)系列化設(shè)計(jì)時(shí)，往往采用相同沖片不同疊厚的轉(zhuǎn)子鐵心，此時(shí)要充分關(guān)注疊厚l減小給校正面上的不平衡量帶來(lái)的增大效應(yīng)。分析如下:如圖1所示，L校正面左側(cè)偏心圓盤j折算到L面上的不平衡量mLj=mj(1+)·，R校正面右側(cè)偏心圓盤k折算到R面上的不平衡量mRk=mk(1+)·，在系列化設(shè)計(jì)時(shí)，一方面減小l，另一方面lj和lk不變或增大，結(jié)果使mLj和mRk增大。這種不平衡量增大效應(yīng)有時(shí)會(huì)造成小疊厚轉(zhuǎn)子校平衡工作效率明顯下降。

轉(zhuǎn)子零部件，即使是軸對(duì)稱設(shè)計(jì)，也必須標(biāo)注與不平衡量相關(guān)的技術(shù)要求。對(duì)于轉(zhuǎn)子鐵心，要求無(wú)明顯毛刺，疊壓緊密，鐵心左右校正面的不平衡量應(yīng)小于最大允許不平衡量mc的1/4;對(duì)于換向器和風(fēng)葉，應(yīng)提出靜不平衡量的要求，將靜不平衡量折算到其靠近的校正面上時(shí)，折算不平衡量應(yīng)小于mc的1/5。在制造條件允許時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子零部件的不平衡量要求應(yīng)該提得更高一些。

對(duì)于小功率的換向器電機(jī)，其軸上往往沖制有凸起的軸向筋，通過(guò)凸筋與轉(zhuǎn)子鐵心、換向器和風(fēng)葉內(nèi)孔過(guò)盈配合來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。軸上配合筋的凸起不宜設(shè)計(jì)得過(guò)大，原因是凸起大的軸筋在沖制時(shí)容易造成軸的彎曲;同時(shí)凸起大的軸筋，使軸壓入轉(zhuǎn)子鐵心、換向器內(nèi)孔時(shí)的壓力過(guò)大，造成細(xì)長(zhǎng)軸不穩(wěn)定而彎曲，軸的彎曲會(huì)顯著增加轉(zhuǎn)子的初始不平衡量。

5 轉(zhuǎn)子不平衡量的工藝控制

以換向器電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為例，對(duì)轉(zhuǎn)子初始不平衡量有明顯影響的工序及其工藝控制措施列于表2。

表2 對(duì)轉(zhuǎn)子初始不平衡量有明顯影響的工序及其工藝控制措施

6 結(jié) 語(yǔ)

采用全自動(dòng)校平衡機(jī)在生產(chǎn)線上對(duì)轉(zhuǎn)子作去重動(dòng)平衡校正時(shí)，必須限制轉(zhuǎn)子的初始不平衡量。轉(zhuǎn)子的最大允許初始不平衡量可以估算出來(lái)。合理設(shè)置轉(zhuǎn)子的剩余不平衡量既可保證電機(jī)性能，又可獲得較高的校平衡工作效率。為了限制轉(zhuǎn)子的初始不平衡量，必須從設(shè)計(jì)和工藝兩個(gè)方面對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行有效控制。

［1］鄒慧君，張春林，李杞儀.機(jī)械原理［M］.第2版.北京:高等教育出版社，2006.

［2］葉能安，余汝生.動(dòng)平衡原理與動(dòng)平衡機(jī)［M］.武漢:華中工學(xué)院出版社，1985.

［3］楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析與工程應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2007.