王 东 钱金宝 高世刚

（烟台冰轮集团，烟台 264002)

人们通常将一个没有考虑加工能力与制造误差的设计认为是无经验的设计，平衡性通常在设计中被忽略，但作为一个优良的有经验的设计，产品的平衡性在设计之初就应被考虑进去。如今，几乎所有的快速旋转类零部件都需要进行平衡校正，而零件良好的平衡性有助于提高产品的使用性能和寿命。

ISO1925对动平衡做出定义为：检验并在必要时调整质量分布，以保证在相应工作转速的频率下，剩余不平衡量或者轴颈振动和作用于轴承的力在规定范围之内的工艺过程。从上述定义中，可以总结出动平衡的两个主要过程，检验与调整，即检验零件的动平衡情况是否符合要求的平衡等级，若不符合，则对零件进行动平衡数值进行调整校正使其符合要求的平衡等级。

近年来，螺杆压缩机依靠其结构简单、零部件及易损件少、可靠性高、操作维护方便、适应性强等优点在各行业中应用越来越广泛，而压缩机在振动、噪音方面的劣势也限制了其在更多行业中的应用。转子作为压缩机中最主要的运动件，其动平衡的好坏对压缩机的振动与噪音有重要影响。

转子工作时其平衡性是由结构设计、材料、制造方式、零件数等众多因素决定的，因此，对于转子的动平衡校正，没有标准的模式方法，也没有任何的捷径可走，唯一的做法就是参照动平衡原理，借助平衡机的校正而得到一个理想的平衡转子。

1 动平衡原理

动平衡技术起源于旋转零件，随着发动机、马达、泵、压缩机等的出现，动平衡技术逐渐得到重视并开始发展。

质量为m的零部件在运动中必然会附带惯性力，若这些惯性力在运动件内部在不施加外力的情况下无法相互抵消，则我们认为该零部件为不平衡。

假设转子不平衡质量为m，不平衡位置半径为r，则不平衡量U=mr，即不平衡量是由不平衡质量与不平衡位置共同决定的。

进一步假设不平衡量导致转子质心相对旋转中心的偏心距为e，转子总质量为M，则不平衡量U=Me。

因为转子的旋转性，必然有离心力产生，而质心的偏移所导致的离心力便产生了不平衡量。

角速度与转速关系：ω≈n/10

则离心力：F=m×r×ω2=U×（n/10）2

因为质心偏移的不确定性，所以不平衡量应该作为一个矢量来考虑，且方向不变的前提下，它的运动轨迹可以进行线性转移，也可以与力一样进行合成、分解与叠加。

对于一根转子，无论存在多少不平衡量，按照矢量叠加原则，都可以合成为一个不平衡量，且可以分解至转子的两端，借助与平衡机将两端面上的不平衡量消除即可实现零件最终的动平衡。

平衡精度等级G则决定着平衡的质量，G=e×ω，而平衡精度等级的确定则由如下三种方法确定：根据积累的经验决定平衡的精度等级；根据试验结果决定平衡等级；根据轴承允许受力情况决定平衡等级。

2 动平衡机的应用

转子的不平衡量有很多个矢量组成，且具有一定的方向性，若借助普通的动平衡手段很难完成对不平衡量大小及位置的确定，因此，需要借助动平衡机完成不平衡量的确定。

动平衡机按测量模式可分为力检测硬支撑平衡机、位移检测软支撑平衡机；按平衡机的的结构可分为卧式平衡机、立式平衡机；按平衡机的驱动形式可分为万向节驱动、皮带驱动、压缩空气驱动、自驱动。烟台冰轮集团采用的平衡机申克HM30系列为卧式皮带驱动的硬支撑平衡机。平衡机的原理是当转子旋转达到设定转速后，进入稳定旋转阶段，两硬支撑处的振动传感器开始收集各种振动信号，包括因存在不平衡量而产生的振动、外界振动、动平衡机自身震动等，传感器将收集信号传至电测箱内，信号处理器开始对信号进行分离，对没有意义的信号分离处理，仅保留因不平衡量而产生的振动信号，并分析出不平衡量的大小及方向，在电测箱显示器上显示。操作者根据显示即可完成转子不平衡量的校正。

3 动平衡时参数选择

平衡过程中需要确定诸多参数才可完成整个动平衡过程，包括计算参数、测量参数及经验参数。

3.1 计算参数

计算参数指的是转子的合理不平衡量值。根据平衡等级计算公式及角速度与转速的关系，按如下公式e=10000G/n即可计算出不平衡量相对转子中心的偏移量，再根据U=Me计算出该转子的合理不平衡量值。

3.2 测量参数

测量参数指的是各可以通过测量工具直接测量出来的参数，包括转子的重量，去重半径，a、b、c数值。其中，a指的是左侧支撑与左侧校正面间距离，b指的是两校正面之间的距离，c指的是右侧支撑与右侧校正面间的距离。

3.3 经验参数

经验参数指的是动平衡时的平衡转速。平衡转速若选择过低，则会导致无法正确测出不平衡量值，若选择过高，则会导致没必要的能量浪费及较低的平衡效率。按照经验、转速的选择主要取决于转子的质量、可允许剩余不平衡量、转子的特性三方面。根据离心力的计算公式，当需要的振动值确定后，零件质量越大，需要的转速就越小。若需求的可允许剩余不平衡量越大，则对振动反馈要求越低，当零件质量一定的情况下，需要的转速就越小。若转子为刚性转子，工作转速并没有超过临界转速，动平衡时可以用低速代替高速进行平衡。

4 动平衡时的差错处理

动平衡出现的差错主要包括平衡数值不显示、平衡数值不稳定、平衡数值明显不合理三方面。

4.1 平衡数值不显示

平衡数值不显示说明在按要求的不平衡量进行动平衡操作时，选择的转速所产生的振动信号过小，不足以被平衡机传感器所接受，因此，该问题的处理方法为提高动平衡转速即可。

4.2 平衡数值不稳定

平衡数值不稳定说明平衡机电测箱在处理信号的过程中受到了一定程度的干扰，主要是指同频干扰，即外界存在的某一不确定振动的振动频率与转子不平衡量所产生的振动频率相同，电测箱无法将这一无关振动信号过滤掉，从而导致动平衡数值的不稳定。该问题的处理方法为首先要确保平衡机各锁紧部位的锁紧状态，包括地脚螺栓、支撑架、支撑滚轮等，其次要保证支撑滚轮与支撑轴颈的尺寸不能相同，皮带驱动轴颈与皮带盘轴颈不能相同。同时，更换动平衡转速即可排除外界的同频干扰。

4.3 平衡数值明显不合理

平衡数值明显不合理指的是平衡结果明显超出了正常值，出现这种情况主要是平衡转速过快，导致大量数值溢出，处理方法为降低转速即可。

5 结论

当前，越来越多制造商对于动平衡的重要性都有了共识，越来越多企业都会根据本行业的实际情况，制定切实可行的平衡方案。而对于螺杆压缩机制造商来说，对动平衡的重视对于进军更多的行业市场与领域也有重大意义。