非对称转子无相位平衡法
【技术领域】
[0001]本发明应用于截面非对称转子的高速动平衡，适用的领域有侧面开槽的卧螺离心 机、开有线糟的发动机转子、双叶螺旋桨等。
【背景技术】
[0002] 两个截面主惯矩不相等的转子称为非对称转子，非对称转子在工程中应用广泛， 例如侧面开槽的卧螺离心机、开有线糟的发动机转子、双叶螺旋桨等。由于转轴的非对成称 引起的刚度系数周期性变化，其振动方程区别于对称转子，为带有时变参数的二阶微分方 程，同一截面不同相位处的不平衡量对系统振动的贡献不同。传统的动平衡方法主要分为 影响系数法和谐分量法两类，其中影响系数法的基础是在平衡截面内某一相位位置的一次 试重所得到的影响系数适用于该平衡截面内任意的相位位置的加重。由于非对称转子对于 不同相位加重的不平衡响应(包括振幅和相位)差别很大，在同一截面不同相位位置的试重 得到的影响系数不是定值，因此影响系数法中的平衡截面的概念不适用于非对称转子。近 年来，国内外学者一直关注于非对称转子振动特性、不稳定振动机理和振动控制方法、多不 对称转子参数激振特性等几个方面，对于具有很强工程应用价值的截面非对称转子的动平 衡方法研究仍很少。
【发明内容】
[0003] 本发明的的目的针对截面非对称转子的动平衡响应特征，提供一种科学有效的适 用于非对称转子的高速动平衡方法。
[0004] 发明的技术方案如下：
[0005] 非对称转子无相位平衡法，其特征在于，包括动平衡操作与计算原理，包含以下步 骤，如图1所示：
[0006] 1.测量转子两个测点的原始振动；
[0007] 2.选取轴向位置的第一个试重点进行试重，测量加重后的振动，计算得到试重后 两个测点的影响系数；
[0008] 3.取下试重块，选取下一个试重点，计算得到第二个试重点的影响系数；
[0009] 4.重复过程2和3,计算得到第三、第四个试重点的影响系数；
[0010] 5.根据得到的四组试重点的加重影响系数，计算得到消除原始振动所需的配重 量；
[0011] 6.根据得到的配重量，在相应的位置上加重平衡。
[0012] 所述两个测点的平衡至少需要四个试重点，进行四次平衡试重，四个试重点中的 最多两个试重点可以位于同一截面上，每个影响系数只适用于与试重点相对应的位置上的 配重。
[0013] 具体说明如下：
[0014] 1.在转子一端黏贴反光带，安装用于测量振动相位的光电传感器。在轴承座上安 装测量振动的光电传感器，各传感器连接转子测振仪；
[0015] 2.测量两个测点原始振动Αο和Bo，如图2所不，Αο为原始振动，Αι为弟一次试重后的 振动，知为第二次试重后的振动，以此类推，B同理；
[0016] 3 ·选取四个试重点P!、？2、？3、？4。在试重点？1试加重血，测量加重后的振动心和出 ；
[0017] 4 ·取下血，在试重点P2上试加重m2，测量加重后的振动A2和B 2;
[0018] 5 ·取下m2，在试重点p3、P4上重复过程2和3，得到A3和B 3、A4和B4;
[0019] 6.计算加重影响系数：
[0020] 气产， (1)
[0021 ] K = Bl.mB〇 ； (2)
[0022] 7.应用同样的方法可以得到<和〇^、<和af、<和<，系统的影响系数矩阵 如下式所示：
[0023] ^ (3)
[0024] 8.设在Pi、Ρ2、Ρ3、Ρ4处分别配重Qi、Q 2、Q3、Q4，为消除两个测点的振动，应使配重引起 测点的振动与测点的原始振动为〇,即满足： 「Q<l
[0025] Κ α' a：l Q4 = 4Au1 (4) L J [af a? < a4BJ 03 [bJ ⑷ .?.
[0026] 9.求解(4)中的方程，得到(^、〇2、〇3、〇 4的值，并在相应的位置上配重；如果计算所 得的配重量为正值，配重量直接加在试重点处;如果计算所得的配重量为负值，则配重于试 重点所在截面的对面。
[0027]本发明的效果如下：
[0028] 1.不需要考虑试重点位置的相位，不需要对试重点进行相位的测量，简化了测量 程序，减少了相位测量过程中的误差，提高了动平衡的精度；
[0029] 2.本发明即不需要增加、减少测量点又不需要专业的设备，可以在传统的高速动 平衡机上直接操作，简单方便；
[0030] 3.本发明针对非对称转子的高速动平衡法，可以有效降低转子的振动，从而提高 转子的寿命，提高机器运行的安全性。
【附图说明】
[0031 ]图1为非对称转子无相位平衡法流程图；
[0032]图2为试重点示意图；
[0033]图3为某卧螺离心机侧面开槽的非对称螺旋转子结构图；
[0034]图4为某卧螺离心机侧面开槽的非对称螺旋转子现场动平衡试验图。
【具体实施方式】
[0035] 实施例1
[0036] 本实例利用本发明提出的动平衡方法，针对某卧螺离心机侧面开槽的非对称螺旋 转子，应用商业通用有限元软件ANSYS对其进行动平衡仿真模拟。该卧螺离心机侧面开槽的 非对称螺旋转子结构示意图如图3所示。3300rpm时ANSYS软件模拟动平衡的具体过程如下： [0037] 1 ·给出测点的原始振动Αο=11 ·02Ζ 146μηι ppZ°和Βο = 9·02Ζ 136μηι ppZ° ;
[0038] 2.如图3所示，在试重点Ρι试加重mi = 16.8g，模拟得到加重后的振动Αι = 9.5968Ζ 157μπι ρρΖ° 和 Βι=13·3187Ζ?58μπι ρρΖ°;
[0039] 3 .取下mi，在试重点Ρ2上试加重im，模拟得到加重后的振动Α2= 12.4194Ζ 143μπι ρρΖ° 和 Β2=12·036?Ζ?24μηι ρρΖ°;
[0040] 4.取下m2,在试重点ρ3上试加重m3,模拟得到加重后的振动Α 3=19.4023Ζ?65μL? ρρΖ° 和 Β3=12·7454Ζ?59μηι ρρΖ°;
[0041 ] 5 ·取下m3，在试重点Ρ4上试加重Π14,模拟得到加重后的振动Α4 = 15 · 4350Ζ 134μL? ρρΖ。和Β4=10·3023Ζ?33μπι ρρΖ。；
[0042] 6.根据（1)式、（2)式，计算加重影响系数af = 0.1447/-278，af = 0.3S70Z193;
[0043] 7.同理，应用同样方法得到 4 = 0.09.U121 , af =0.2215Z.94，. af. = .0..3375Z198 , a§ = 0.S7S7Z187, = 0,082Z113, αξ = 0.3089Z108；
[0044] 8.求解(4)中的方程，得到& = -5.7888,〇2 = -28.9(^，〇3 = -10.748,〇4=-18.588; [0045] 9.把得到&、〇2、Q3、Q4的值输入到ANSYS软件中相应的位置，重新做动平衡仿真模 拟，得到新平衡后测点的振动Α = 0·2047Ζ?35μηι ppZ。和Β = 0·?Ζ48μηι ppZ°。
[0046] 表一为3300rpm时动平衡过程及结果(加粗的量均为矢量）。由表中可以看出，动平 衡后测点A和测点B的振动分别降低了 98.1%和98.8%，说明本发明所提的动平衡方法在理 论上是准确可行的。
[0047] 表一
[0048]
[0049] 实施例2
[0050] 本实例利用本发明提出的动平衡方法进行现场动平衡实验，如图4所示。采用上海 辛克试验机有限公司的硬支承平衡机对某卧螺离心机螺旋转子在2700rpm下进行非对称转 子无相位平衡法实验。具体的动平衡过程如下：
[0051 ] 1.测量出测点的原始振动Α〇 = 3·024Ζ89μπι ppZ。和Β〇 = 3·5?Ζ93μπι ppZ° ;
[0052] 2.如图3所示，在试重点Pi试加重mi = 30g，测试得到加重后的振动六! = 2.967Z 131 4111口口2°和131 = 2.3852964111口口2°;
[0053] 3.取下nu，在试重点P2上试加重m2 = 30g，测试得到加重后的振动A2 = 2.993 Ζ 82μπι ρρΖ° 和 Β2 = 3·484Ζ?07μηι ρρΖ°;
[0054] 4.取下m2，在试重点Ρ3上试加重m3 = 30g，测试得到加重后的振动Α3 = 7.619 Ζ 112μ m ρρΖ° 和 Β3 = 5·328Ζ?02μηι ρρΖ°;
[0055] 5.取下m3，在试重点Ρ4上试加重m4 = 30g，测试得到加重后的振动Α4 = 4.659 Ζ 115μ m ρρΖ° 和 Β4=5·814Ζ?22μηι ρρΖ°;
[0056] 6.根据（1)式、（2)式，计算加重影响系数《?4 = 0.072Ζ202，af = 0.038Ζ267:
[0057] 7.同理，应用同样方法得到4 二 0.166乙 125，af 二 0.064乙 118，4 二 0.012Z351， αξ = 0.028^192, αξ = 0.078ζ149> αξ = 0.1076Ζ153；
[0058] 8.求解(4)中的方程，得到(>)1 = 45区，(>)2 = -6.7区，(>)3 = 72.3区，(>)4=-2]^;
[0059] 9.在相应的位置配重牝^^^^^^重新做动平衡测试屬到新平衡后测点的振动八 = 0·514Ζ?35μηι ppZ。和Β = 0·386Ζ48μηι ppZ。。
[0060] 表二为2700rpm时动平衡实验过程及结果(加粗的量均为矢量）：
[0061] 表二 [00621
[0063]本测试中两个测点位于轴承座上，其振动速度值以及振动速度对应的相位可直接 在动平衡机上读取，对振动速度积分便可得到振动幅值，用振动幅值作为振动的评判值。由 表中可以看出，动平衡后测点A和测点B的振动分别降低了83%和89%，说明本发明所提的 动平衡方法在实践中是准确可行的。
【主权项】
1. 非对称转子无相位平衡法，其特征在于，包含以下步骤： (1) 测量转子两个测点的原始振动； (2) 选取轴向位置的第一个试重点进行试重，测量加重后的振动，计算得到试重后两个 测点的影响系数； (3) 取下试重块，选取下一个试重点，计算得到第二个试重点的影响系数； (4) 重复过程(2)和(3)，计算得到第三、第四个试重点的影响系数； (5) 根据得到的四组试重点的加重影响系数，计算得到消除原始振动所需的配重量； (6) 根据得到的配重量，在相应的位置上加重平衡。2. 如权利要求1所述的非对称转子无相位平衡法，其特征在于两个测点的平衡至少需 要四个试重点。3. 如权利要求1所述的非对称转子无相位平衡法，其特征在于四个试重点中的最多两 个试重点可以位于同一截面上。4. 如权利要求1所述的非对称转子无相位平衡法，其特征在于每个影响系数只适用于 与试重点相对应的位置上的配重。
【专利摘要】本发明提供一种非对称转子无相位平衡法，步骤为1.测量转子两个测点的原始振动；2.选取轴向位置的第一个试重点进行试重，测量加重后的振动，计算得到试重后两个测点的影响系数；3.取下试重块，选取下一个试重点，计算得到第二个试重点的影响系数；4.重复过程2和3，计算得到第三、第四个试重点的影响系数；5.根据得到的四组试重点的加重影响系数，计算得到消除原始振动所需的配重量；6.根据得到的配重量，在相应的位置上加重平衡。本发明不需要考虑试重点位置的相位，不需要对试重点进行相位的测量，简化了测量程序，减少了相位测量过程中的误差，提高了动平衡的精度。可以在传统的高速动平衡机上直接操作，简单方便。
【IPC分类】G01M1/32
【公开号】CN105547591
【申请号】CN201510881822
【发明人】谭蔚, 钟伟良, 李怀民, 闫浩
【申请人】天津大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月3日