通风机转子的平衡

1平衡概念

通风机转子由于叶轮部件材料的不均匀，叶片装配位置分布的偏差，以及皮带、联轴器等转动部件因铸造、加工不均匀的影响，使通风机转子转动时，出现不平衡。不平衡一般分为静不平衡和动不平衡两种。

1.１静不平衡

通风机转子放在两条平行的轨道上，使其自由转动，转子如能在任一位置停止，则该转子已属于平衡。如转子来回摆动，而总是恢复到一定位置指向地面，则该转子属于静不平衡。

设影响不平衡的多余重量为W1，W1的重心位置距转子旋转中心为r1，则W1r1的乘积称为重径积。如将多余的重量W1去掉，则转子会静平衡，或在转子多余重量W1的对位置加重块W2，使其重径积相等（如图1），即

W1r1＝W2r2则转子保持静平衡。

1.2平衡

有许多叶轮很宽的转子，虽然已经获得静平衡，但当转子转动时，可能出现动不平衡。如图2转子，已经过静平衡校正，所配重块W1的重径积和多余重量W1的重径积相等；但所配重块W。的位置，却不与多余重量W。在一个垂直旋转轴的平面内。而相距d 距离。当转子转动时，两相等的离心力，产生一力偶M。

两个重径积相等的重块产生的离心力相等。

F＝（Ｗ／ｇ）ω2ｒ

其力偶

M＝Fd＝（Ｗ／ｇ）ω2ｒd＝（Ｗ／ｇ）（π／30）2ｎ2ｒd＝0.00001119Wr n2d （1）

式中W－－所配重块 g

g－－重力加速度 cm／sec2

n－－转数 r/min

d－－两离心力距离 cm

r－－重块重心到旋转中心距 cm

校正动不平衡时，可取垂直轴中心线的两平面，设其距离为d1，配重块为W3,W4,如图3，当旋转时所得W3,W4的新力偶，与原有W1,W2之力偶相等，但方向相反。因此，转子得到完全平衡。

1.3静混合不平衡

在一个转子中经常遇到既静不平衡又动不平衡。如图4有3个多余重量Ｗ1,Ｗ2和Ｗ3，其中Ｗ1和Ｗ2的重径积相等，即

Ｗ1 r1＝Ｗ2 r2

其力偶为

Ｗ＝0.00001119W1r1n2d

转子上同时存在力偶Ｍ和偏重Ｗ3,当转子旋转时，转子产生的振动是一端重一端轻。校正办法如下：

在转子上任选两校正平面a、b并垂直旋转中心线，而a、b越接近两端越好。

在a、b面上加配重块分别为△1，△2，使其重径积相等，即

△1Ｒ１＝△2Ｒ２

并使配重块的力偶Ｍ１等于多余重量的力偶Ｍ，即

实际操作时，须要通过试验方法，在选定两校正面内而多余重量的同方向去重，或在多余重量的相对方向重，就会得到完全静平衡与动平衡。

2通风机的静平衡

2.1静平衡的要求

在第一节中曾讨论过静平衡不能消除动不平衡所引起的力偶，然而实际上对通风机的

平衡要求，

通平衡要求，常认为叶轮宽度与叶轮直径的比值小于十分之一时，（即b／D＜0．1）可仅用静平衡校正，精度足够；但这是一般规定。严格说：产生不平衡的主要因素是力偶，而力偶又是力臂和转数的函数。因此，做不做动平衡，应按转数决定。推荐的图6要求较低，仅供参改。a线下方为静平衡适用范围，b 线上方为动平衡适用范围，a、b线之间，对重要设备应做动平衡。

转子静平衡的精度可参改图7，对于要求精度高的通风机，可用下面极限线，对于要求精度不高的通风机，可用上面极限线。图中ε是转子重心至旋转中心距离（ε＝1／1000mm）。一般许用不平衡度的规定，由不平衡重径积来确定，即

M＝0.1εG

式中M－－不平衡重径积g-cｍ

G－－转子重量kg

ε－－重心距

图7许用静不平衡精度图表

2.2静平衡所用设备及原理

静平衡所用设备种类很多，有平行导轨式、滚柱式、圆盘式等。现仅将导轨式与圆盘式加以介绍：

（1）平行导轨式静平衡机

平行导轨式静平衡机是最简单的静平衡设备。

这种静平衡机的结构，系由两条截面相同的轨道固定在支架上所组成。轨道截面形状有圆形、缺圆形等。轨道截面直径D一般为50～60mm。轨道表面硬度一般为50~60Rc之间。轨道截面形状可按被平衡的转子重量决定：转子重量不超过40～50kg时，可用圆形截面导轨。当转子重量大于上述数据时，则用缺圆截面导轨。缺圆截面导轨的轨面宽度b，推荐按下面常用经验公式确定：

b＝（0.35PE）/（б2d）（cm）（2）

式中P－－导轨面上所承受的压力 kg

E－－弹性模数kg／cm2

б－－许用挤压应力kg／cm２

d－－在导轨面上滚动的平衡轴直径 cm

例如：转子与平衡轴总重为60kg，轴径d＝20mm，用不淬火炭素钢材料。

平均分布在一条导轨上面的压力P：30kg，一般炭素钢E＝2×106kg／cm２，设许用挤压应力б＝3×103kg／cm２，则缺园轨面宽度b：b＝（0.35PE）/（б2d）＝（0.35×30×2×106）/［（3×103）2×2］＝0.9 cm

实际上关于轨面宽度b，常按转子重量确定，推荐如下：

转子重量在l00kg以下——用圆柱导轨

转子重量在300kg以下——b＝l0mm

转子重量在2000kg以下——b＝30mm

转子平衡轴在导轨面上滚动时，有滚动摩擦力影响平衡精度。一般用下面公式确定滚动摩擦力：

T＝（μ／ｒ）P

式中μ——滚动摩擦系数（0．0l～0．05）

P——导轨面上所承受的压力kg

r——在轨道面上滚动的转子轴半径cm

滚动摩擦力矩

MT＝T·r＝（μ／ｒ）P·r＝μP（3）

从上式看出，滚动摩擦力矩只与正压力p和滚动摩擦系数有关，而滚动摩擦系数是由接触面的硬度和加工精度决定，即加工精度和材料硬度越高，则滚动摩擦系数越小。

（2）圆盘式静平衡机．

圆盘式平衡机的结构，为了减少圆盘的摩擦阻力，圆盘轴上都装有漆动轴承。由于圆盘平衡机的圆盘直径较大，而圆盘的中心又比较靠近，则两圆盘上的分力夹角α比较小（如图11），因此，减小了滚动轴承上的擦摩损失。

1.圆盘

2.小轴

3.内砂碗

图9圆盘式平衡机 4.外砂碗 5.支架

设转子重量为Pzh，平衡机一端轴承上所受压力之合力为P。其关系为：

P＝Ｐzh/cosα（4）

从上式说明，在园盘上所受总压力P，总是大于所平衡转子重量Pzh。

转子在园盘式平衡机上平衡时，产生两种摩擦阻力，一种是轴在园盘上的滚动摩擦，其力矩由公式（3）确定。另一种是滚动轴承中的摩擦，其力矩由下列公式表示：

Mch＝Pμ１r（5）

图11两园盘受力分布示意图

式中P——平衡机一端轴承上的总压力

μl——滚动轴承滚动摩擦系数（0.001～0.005）

r——滚珠中心至轴承中心距

设Mc为残余不平衡力矩。则

Mc＝Pzh·ε

上述滚动摩擦力矩M。和滚动轴承内摩擦力矩Mch之和应与残余不平衡力矩Mc相等。即

Mc＝MＴ+Mch

为了计算方便，把滚动轴承内摩擦力矩Mch，变到平衡轴颈上的力矩。即

Mch＝Pμl r·RJ/R （5’）

将公式（4）代入公式（3）和公式（5’），则

MＴ＝μP＝μ（Ｐzh/cosα）M cｈ＝μ１ｒ（Ｒｉ／Ｒ）·（Pzh/cos α）

则残余不平衡力矩

Mc＝P z h·ε＝μ（Ｐzh/cosα）＋μ１ｒ（Ｒｉ／Ｒ）·（Pzh/cosα）

＝［（μＲ＋μ１ｒＲｉ）/（Ｒ·cosα）］·Ｐzh

因此，得出转子重心至旋转中心的剩余不平衡距离：

ε＝（μＲ＋μ１ｒＲｉ）/（Ｒ·cosα）（６）

式中μ——滚动摩擦系数（0.0l～0.05）

μ１——滚动轴承滚动摩擦系数（0.001～0.005）

R——圆盘半径

Rj——平衡轴颈半径

α——转子中心与圆盘中心所成夹角之半

例：圆盘式平衡机的圆盘半径R＝150mm，滚动轴承滚珠中心至轴承中心距r＝20mm，α＝20。，滚动摩擦系数μ＝0.02，μ１＝0.002，转子重量为1500kg，轴颈半径RJ＝60mm，求剩余不平衡重的中心距离。

如按平衡机的摩擦阻力矩分析，圆盘式平衡机比导轨式平衡机多出滚动轴承摩擦力矩，则圆盘式平衡机比导轨式平衡机的精度低。但阿盘式平衡机中心稳定，去重方便，平衡轴的两端可以不等。这又是圆盘式平衡机的优点。

3静平衡操作方法

无论导轨式平衡机或哑盘式平衡机，当转子的轴不符合平衡要求对，则须另备平衡轴。平衡轴与转子内孔配合处的精度。要术2级配合，两端轴颈尺寸相同（圆盘式平衡轴除外）。光洁虚△７以上。表面淬火硬度Rc＝50。以上。

导轨应尽量相互平行，导轨的水平度应在0．05／1000以上。

转子放在平衡机上，用手轻轻扳动转子，使其任意停止。在转子最下面作一标记“l”。如图12a，为了消除摩擦阻力矩误差，将转子旋转90。使标记“l”与转子中心线成水平位置，然后放开，待停止摆动后，再在转子最下而作标记“2”如图12b。再将转子向另一方向转90。，同样使标记“l”与转子中心线成水平位置，放开，停止摆动后，仍在转子下面作一标记“3”，如图12c。如果1、2、3点重台，则偏重位置就在重合点。否则，偏重位置应在2和3点的中间。

偏重位置找出以后，用试加法以黄泥或其它粘性物，贴在偏重对称方向配平衡块的位置。经过多次试加，待转子在任一位置都能停止时。则认为配重块的重径积与偏重的重径积相等。

但是，通风机叶轮有一定宽度，在叶轮的那一面（前盘或后盘）固定配重块，须要按实际情况分析不平衡的主要原因。如前后盘钢板厚薄不均，叶片位置不等分。轴盘铸件多肉，等等，以便确定配重块同定位置：前盘、后盘或前、后盘分担。避免引起过大的动不平衡。

如在组装叶片之前，把已加工好的后盘作一次静平衡，维装叶片时要求叶片等分，等重叶片对称安装。当叶片与后盘结合后，也做一次静平衡。前盘装好以后，再加工内圆及外圆。最后，找整个叶轮静平衡，配重块焊在前盘上。按这样操作程序的叶轮，存在动不平衡的可能性很小。因此，没有动平衡设备的单位，可以用上述操作方法，代替动平衡。