小功率電動機轉子初始不平衡量

2012-10-31 06:53:18彭亦稰葉泳東

微特電機 2012年2期

彭亦稰，葉泳東

(麗水學院，浙江麗水 323000)

0 引言

對小功率電動機轉子校動平衡可顯著減小電機運行時的振動和噪聲。為了提高生產效率和產品質量，越來越多的企業采用全自動校平衡機，在生產線上對轉子作去重動平衡校正。在使用這種高效設備時，若轉子的初始不平衡量過大，會出現如下情況:

(1)校正時切削量過大而毀壞轉子;

(2)要校正動平衡二次及以上，轉子的校正效率低下;

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

1 轉子校動平衡原理

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

圖1 換向器電動機的轉子

圖2 離心力等效分解到L校正面和R校正面

轉子的不平衡僅取決于轉子本身的質量分布，因此轉子不平衡量一般用其左右校正面上的重徑積mLrL和mRrR來表示，當左右校正面位置確定，rL=rR=r也確定時，可用mL和mR表示轉子不平衡量。

表1 動平衡計算及校動平衡原理

2 轉子的最大允許初始不平衡量

當選定用某種全自動校平衡機對某型號電動機的轉子作去重動平衡校正時，要求轉子的實際初始不平衡量不得超過其最大允許初始不平衡量，否則機器的校平衡工作無法正常開展。轉子的最大允許初始不平衡量是基于校平衡時轉子不被毀壞來確定的。若轉子的動平衡校好，但去重切削量過大，轉子裝入電機因氣隙嚴重不均勻而產生附加振動，則此轉子仍屬毀壞之列。轉子的最大允許初始不平衡量可以用如下方法估算。圖3為某轉子在選用的校平衡機上作去重動平衡校正時，左校正面的最大允許切削痕跡。痕跡的深度一般取決于轉子齒的齒肩厚度，切削后應保留部分厚度的齒肩;痕跡的寬度一般取決于機器采用的銑刀寬度;痕跡的弧角α一般為，痕跡的深度大時取小值。根據此痕跡的體積和切除材料的密度可計算出最大允許的校平衡切除質量m，轉子的最大允許初始不平衡量mc與此最大允許切除質量m相對應，對應關系:

圖3 左校正面的最大允許切削痕跡

3 轉子的剩余不平衡量

采用全自動校平衡機校正轉子動平衡時，轉子的剩余不平衡量設置(即平衡精度設置)至關重要。轉子剩余不平衡量的設置既要保證滿足電機的振動要求，又希望機器有較高的校平衡工作效率。一般通過實驗找到轉子剩余不平衡量與電機振動之間的關聯性，確定轉子剩余不平衡量的最大值，機器上設置的剩余不平衡量ms不得大于此值。另外，經驗表明，機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，當ms＞時，機器校正效率高，95%以上的轉子能一次校正完成;當ms＜時，機器校正效率明顯降低。

4 轉子初始不平衡量的設計控制

首先是轉子上的所有零部件都要盡可能采用軸對稱設計。圖1為轉子的軸伸存在一個用于聯接機械負載的缺口，出現了軸不對稱的情形，對轉子初始不平衡量有明顯影響。分析如下:設有缺口部分軸段的質量為mj，質心與軸線的距離為rj，質心與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。

在進行電機系列化設計時，往往采用相同沖片不同疊厚的轉子鐵心，此時要充分關注疊厚l減小給校正面上的不平衡量帶來的增大效應。分析如下:如圖1所示，L校正面左側偏心圓盤j折算到L面上的不平衡量mLj=mj(1+)·，R校正面右側偏心圓盤k折算到R面上的不平衡量mRk=mk(1+)·，在系列化設計時，一方面減小l，另一方面lj和lk不變或增大，結果使mLj和mRk增大。這種不平衡量增大效應有時會造成小疊厚轉子校平衡工作效率明顯下降。

轉子零部件，即使是軸對稱設計，也必須標注與不平衡量相關的技術要求。對于轉子鐵心，要求無明顯毛刺，疊壓緊密，鐵心左右校正面的不平衡量應小于最大允許不平衡量mc的1/4;對于換向器和風葉，應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，折算不平衡量應小于mc的1/5。在制造條件允許時，對轉子零部件的不平衡量要求應該提得更高一些。

對于小功率的換向器電機，其軸上往往沖制有凸起的軸向筋，通過凸筋與轉子鐵心、換向器和風葉內孔過盈配合來傳遞轉矩。軸上配合筋的凸起不宜設計得過大，原因是凸起大的軸筋在沖制時容易造成軸的彎曲;同時凸起大的軸筋，使軸壓入轉子鐵心、換向器內孔時的壓力過大，造成細長軸不穩定而彎曲，軸的彎曲會顯著增加轉子的初始不平衡量。