电动机转子动平衡工艺的设计_图文

1、 电动机转子动平衡工艺的设计万军红(上海电机学院,上海200240摘要:对电动机转子进行动平衡检测和校正是降低电动机运行噪声的有效方法。在转子动平衡校正工艺设计中,确定电动机转子总的剩余不平衡量和将总的剩余不平衡量分配到若干个校正平面是转子动平衡工艺设计的关键。关键词:转子动平衡;动平衡精度;允许剩余不平衡量中图分类号:T M303.3文献标识码:A文章编号:167326540(20081020055205Techn i ca l D esi gn of D ynam i c Ba l ance for Autom ob ile W i per M otor RotorWAN Jun2hong

2、(Shanghai D ianji University,Shanghai200240,ChinaAbstract:Balancing measure ment and adjust m ent t o the mot or r ot ors sub2asse mbly are effective methods, which can decrease the noise of running mot or.I n dyna m ic balancing and adjust m ent technical design,confir m ing the overall s pecificat

3、i on of residual unbalanced and distributi on the t otal residual unbalanced t o several adjust m ent p lanes need t o be adjust m ent are keys in mot ors r ot or technical design.Key words:dynam i c ba l ance of rotor;ba l anc i n g accuracy;spec i f i ca ti on of resi dua l unba l ance0引言电动机运行噪声主要

4、由机械噪声、电磁噪声和空气动力噪声构成。实践研究表明,三类噪声中机械噪声占65%75%,电磁噪声约占25%,空气动力噪声约占10%以下,而引起电动机机械噪声的主要原因是电动机转子不平衡。电动机转子的不平衡在电动机运行过程中将产生周期性机械振动,在转子轴承上产生附加的动压力,降低轴和轴承的寿命。降低电动机转子不平衡,除了提高零件的设计精度、制造精度外,最有效的方法是对电动机转子进行不平衡校正,其实质是调整转子部件的质量分布,使转子在转动时的离心力系达到平衡,以减少轴承上的附加动压力,降低电动机运行的机械振动和机械噪声。1转子动平衡工艺的设计1.1平衡支承面和校正面的设置旋转机械动平衡的品质是以旋

5、转机械支承轴承的单位承压大小为依据的,所以将电动机转子支承轴承的位置设置为转子动平衡校正的支承面。根据电动机转子的结构特点,可将其看作为刚性转子。对于刚性转子的任意不平衡量的分布,只要取两个校正面进行动平衡校正,就能将转子的剩余不平衡量校正到小于或等于转子的允许不平衡量。按照电动机转子的设计和制造工艺特点,可将两个校正面Uper1和Uper2设置在转子铁心附近。转子结构、动平衡校正的支承面及校正面的设置如图1所示。1.2平衡精确度和允许不平衡量的确定确定转子的允许不平衡量是一项很复杂的工作,因为在转子批量生产的条件下,必须同时兼顾工艺的必要性,工艺的可行性(因为涉及转子个体之间的差异性和工艺成

6、本等诸多方面的因素。目前,国际上还没有权威的确定旋转机械允许不平衡量的理论计算方法,而确定转子的允许不平衡量最有效的方法是通过耐心的试验,作统计和分析,但仅靠试验的方法显然不能满足大批量标准化生产的要求。因此,根据国家标准G B/ T9239.1idt I S O1940推荐的要求和多年的实践经验,本系统按G2.5的精度对转子进行动平衡 左轴承挡圈;右轴承挡圈图1转子结构、支承面及校正面的设置工艺设计。如某小型电动机转子的最高转速设计值为1400r/m in,则由式(1可计算出转子在最高转速下允许的不平衡度e per 。该值也可根据国家标准G B /T9239.1idt I S O 1940中

7、,动平衡品级相应的允许剩余不平衡度对照图直接查取。e per =S u0=S u2n 0/60=9.55S u n 0(1式中:S u 不平衡烈度(mm /s ;0转子最高角速度(rad /s ;n 0转子最高转速(r/m in 。转子允许的不平衡量U per 按式(2计算:U per =e per m(2式中:m 转子的质量。电动机转子的部分数据及动平衡校正工艺参数如表1所示。表1转子部分数据及动平衡校正工艺参数重量m /g 最高转速n 0/(r m in -1R /mmA /mmB /mmM /mm L /mm1490140018.5207051103根据式(1、(2和表1,该电动机转子允

8、许不平衡量设计值为:U per=e per m =9.55S un 0m =9.55×2.5/1400×1490=25.4(3式中,S u 2.5mm /s (根据国标G B /T9239.1idt I S O 1940。1.3允许剩余平衡量的分配当转子的允许不平衡量确定以后,将转子的允许不平衡量分配到两个校正面U per1和U per2的工作比较关键,分配转子允许不平衡量与转子结构(形状、重心位置等、支承面及校正面的设置位置有很大的关系。当电动机转子不对称时,即转子的重心面不在两校正平面的中心位置(图1中,B -M M -A 时,转子的校正面设置与支承面之间的距离较远,而

9、且对运行噪声的要求比较苛刻,不能随便地将转子允许的不平衡量U per 直接一分为二地分配到两个校正面U per1和U per2上,分配原则应该是两个校正面上的允许不平衡量U per1与U per2之和必须不大于转子总的允许不平衡量U per 。如图1所示,转子为重心与两支承面不对称转子,所以左右两支承面的动载荷分别为:U 1=1-MLU per (4U 2=MLU per (5为了保证两支承面的动载荷不超载,两校正面的允许不平衡量U per1与U per2还必须满足式(6和式(7的约束条件。|U per1|1-AL+|U per2|1-BLU 1(6|U per1|A L +|U per2|B

10、LU 2(7根据式(4(7的约束方程,可得出两校正面的允许不平衡量U per1与U per2的取值不是惟一的。图解法可直观地反映这点,用图解法可求出两校正面分配的允许不平衡量U per1与U per2的取值范围,如图2所示。 图2图解法求两校正平面的允许不平衡量从图2可明显看出,位于OXGR 四边形内的任意点均满足式(6和式(7的约束。因此,两校正面的U per1和U per2的解不惟一,如取G 点,则左右两校正面U per1与U per2也可同时达到其允许不平衡量,但此时的U per1与U per2不相等,不利于大批量生产,同时左右两支承面U 1与U 2的动载荷也将出现在不利的相位上。根据实

11、践经验,在图2中取直角坐标的平分线与OXGR 四边形的交点G ,此时的U per1等于U per2。从图2可以看出左右两支承面U 1与U 2的动载荷与其允许值可能出现微小的差别。上述旋转机械动平衡的品质是以旋转机械支承轴承的单位承压大小为依据的,所以设图1中的左支承U 1为基准,则转子允许的不平衡量U per在左右两支承点U 1、U 2(左右支承轴承上产生的动压力F 1、F 2分别为:F 1=U per 1-M L2(8F 2=U per M L2(9式中:电动机转子的工作角速度(rad /s 。两校正面允许的不平衡量U per1和U per2在左右两支承点U 1、U 2(左右支承轴承上产生的

12、动压力f 1、f 2分别为:f 1=U per11-A L±U per21-B L2(10f 2=U per1A L ±U per2B L2(11式中,“+”表示1校正面允许的不平衡量U per1与2校正面不平衡量U per2的相位相同;“-”表示1校正面允许的不平衡量U per1与2校正面不平衡量U per2的相位相反。根据上文分析,按f 1F 1,f 2F 2,消去式(8(11中的得:U per 1-M L=U per11-A L±U per21-BL(12U perM L =U per1A L ±U per2B L(13针对图1所示的转子结构,按一

13、定比例对两校正面的允许不平衡量进行分配,设U per1/U per2=D,则D 可按式(14计算:D =M -A B -M(14将U per1/U per2=D 代入式(12、(13解得:U per1=U perL -M(L -A ±D (L -B (15U per2=U perM A ±DB(16式(15、(16即为图1转子中两校正面分配的U per1和U per2。由式(14及表1的数据,计算电动机转子两校正面允许不平衡量的分配比率D 值为:D =M -A B -M =51-2070-51=1.632(17由式(3、(15、(16、(17及表1的数据计算出转子两校正面的

14、允许不平衡量U per1和U per2为:U per1=U per L -M(L -A ±D (L -B =25.4×103-51(103-20±1.632×(103-70上文提到,根据两个校正面上的允许不平衡量U per1与U per2之和必须不大于转子总的允许不平衡量U per 的分配原则,取U per1=9.651g mm,而U per1的另一个解45.319g mm 已经大于转子总的允许不平衡量U per ,与分配原则矛盾,故舍去。则U per2=D ×U per1=1.632×9.651=15.75g mm 。针对图1的转子

15、结构,也可根据以下方法分配U per1和U per2:B -M B -A M -A B -A =70-5170-2051-2070-20=0.380.62则:U per1=0.38×U per =0.38×25.4=9.652U per2=0.62×U per =0.62×25.4=15.75针对图1所示,电动机转子利用这两种方法进行分配U per1和U per2,其分配结果一致。在实际操作过程中,为方便人员操作,将两校 正面的允许不平衡量U per1和U per2进行变换,由于电动机转子两校正面上配重位置半径约为18.5mm (见图1和表1,所以将两校

16、正面的允许不平衡量分别表示为521.7mg 和851.4mg (用U per1和U per2分别除以18.5mm ,考虑到操作方便最终将电动机转子两校正面的允许不平衡量分别设计为522mg 和851mg 。2动平衡的校正2.1校正方式的确定转子两个校正面的动平衡校正,校正量可以是正的,也可以是负的,所以转子动平衡的校正方式一般分为去重法和加重法两种。根据转子结构、动平衡工艺性、可返工性等多方面因素,电动机转子的校正方式采用加重法。这是因为转子体积比较小,对于部分初始不平衡量较大的转子,不需要去除较多的转子材料(一般去重法基本上都是去除转子铁心材料,避免影响电动机的磁路结构;其次是去重法的工艺比

17、较烦琐,每次去除的材料不易准确掌握,只能逐步逼近,因此平衡效率不高;另外一旦出现某处去除的材料过多,就必须在上一次去重的地方继续去重,这样不利于保持转子的设计外形和质量(重量,影响电动机的运行精度。而加重法平衡合格后,将平衡校正量硬化后就可以了,如果发现硬化后的转子动平衡不合格,可以将加重过多的材料适量去除,在不改变转子设计外形和质量(重量的前提下,可以比较方便地将转子返工至合格。2.2平衡胶泥的制备与转子动平衡校正电动机转子的动平衡利用BM 23242CN 型号的软支撑卧式动(双面平衡机检测,校正材料使用J852环氧树脂平衡胶泥。每次检测结束后动平衡机自动分离显示两校正面的初始不平衡量或剩余

18、不平衡量。如果两校正面的初始不平衡量或剩余不平衡量超过设定的允许不平衡量,动平衡机将报警(显示红色信息,此时操作人员根据动平衡机显示的两校正面的初始不平衡量或剩余不平衡量与允许值间的差额和相位,将适量的平衡胶泥分别粘贴在两校正面的相应位置,然后重新检测、加重(包括减少上一次过多的加重量,直至转子平衡合格为止。动平衡校正过程中,平衡胶泥的调制比较重要,调制好的胶泥要软硬适中,过硬不利于与转子的粘贴;过软则在转子旋转结束后,由于离心作用胶泥容易产生飞边现象,飞边的平衡胶泥硬化后不仅可能擦碰电动机的机壳磁钢,同时会增加电动机的空气动力噪声;如果在平衡胶泥硬化前整形(消除飞边,已经处于动平衡的转子的平

19、衡准确度会发生变化。平衡胶泥对转子的校正面(粘贴胶泥的位置有一定的要求,被粘面应干燥无油污,需要时可用酒精擦净。平衡胶泥混合制备时,取等体积的甲、乙组份胶泥混合均匀,在冬季气温较低的环境下,可将胶泥预热(2530左右变软后再使用。混合方法以重复“位伸绞合折叠”的重复绞麻花法最为简单,有效。校完平衡的转子在高于5的条件下24h 内平衡胶泥将自行硬化。J852平衡胶泥在硬化时无重量及外形变化,硬化速度随温度的升高而加快。J852平衡胶泥甲、乙组份混合后的硬化时间与环境温度之间的关系(硬化特性如表2所示。表2J852平衡胶泥的硬化特性环境温度/(51020253070硬化时间/h152468453&

20、lt;0.53结语电动机转子的动平衡检测和校正不完全取决于工艺技术,也属于质量管理的范畴。因此,产品工程师、工艺工程师、质量工程师和操作人员要共同制订合适的检测和校正监控程序,并严格执行。动平衡机的精度和检测效率在转子动平衡工艺中起比较重要的作用,因此为了保证转子动平衡的校正质量,除了按国家标准平衡机的描述检验与评定(G B /T420122006/1S O295321999对动平衡机进行周期检验外,还应对其进行日常性的简化检验(G B /T420122006/1S O295321999中也推荐了动平衡机简化检验的方法和要求、维护和保养。另外,转子初始不平衡量不宜过大。对于初始不平衡量较大的转

21、子,虽然可以通过校正将其平衡到允许不平衡量范围以内,但是转子的整个质量(重量的增加量也相应较多,将影响电动机的运行精度(如复位的准确度等。因此,应注意 控制转子零件及转子本身的制造精度(如转子主轴的直线度,铁心及换向器的同轴度,齿槽的等分度,转子线圈排列的均匀程度,轴承挡圈的开口应尽量安装在相反的位置上等。【参考文献】1黄国治.中小旋转电机设计手册M .北京:中国电力出版社,2007.2陈世坤.电机设计M .北京:机械工业出版社,2006.3周骏,潘晓铭,周哲为.转子动平衡的技术研究J .机械设计与制造,2007(4:1512152.4唐善华.刚性转子动平衡测试原理与实现D .武汉:武汉工业学

22、院,2007.5G B /T9239.122006.机械振动恒态(刚性转子平衡品质要求S.2006.6周仁睦.转子动平衡原理、方法和标准M .北京:化学工业出版社,1992.收稿日期:2008206203(上接第39页 图7转速变化时动态响应 图8负载变化时动态响应4结语应用于BDF M 直接转矩控制的模型参考自适应算法,很好地解决了控制绕组磁链辨识受电阻影响的问题,实现了较为精确地辨识定子磁链,以及准确地计算转矩,达到了BDF M 直接转矩控制的目的。仿真结果表明,系统在最容易受定子电阻影响的低速区,动态响应平滑且迅速,减小了定子电阻的影响;而且系统调速过程平稳无超调,转矩能迅速跟踪负载的变化,具有较强的鲁棒性,动态响应性能优良。【参考文献】1Ruqi L i,A lan W allace,Rene Spee .Dynam ic si m ula 2ti on of brushless doubly 2fed machines J .I EEETransacti ons on Energy Conversi on,1991,6(3:4452452.2W illia m R B rassfield,Rene Spee .D irect t orque con 2tr ol for brushless doubly 2fed machines J .I EEETr