高速立式電機轉子臨界轉速計算分析及動平衡問題處理

董振興

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

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高速立式電機轉子臨界轉速計算分析及動平衡問題處理

董振興

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002)

高速立式電機結構的特殊性使電機轉子在動平衡中出現問題，結合從事電機制造與研發工作的實踐經驗，從電機轉子動平衡發生的問題及臨界轉速計算入手展開分析，介紹處理過程及結果，供廣大同行參考。

高速立式電機；轉子；臨界轉速；動平衡

某項目電機為高速立式電機，軸承為一推兩導結構，轉子與軸承安裝時須先將軸承內的軸套熱套到相應軸臺上，再裝配軸承。此轉子由于部分軸承部件(起支撐作用)須安裝在轉子上，結構特殊，因此在臨界轉速計算中要考慮軸承部件影響。但是，由于高速立式電機結構的特殊性，使得該電機轉子在動平衡發生多次問題，結合電機工作經驗，對高速立式電機轉子臨界轉速計算展開分析，提出動平衡問題的處理過程及處理結果。

1 轉子系統振動問題

電機轉子——軸承結構，如圖1所示。

圖1 電機轉子——軸承結構Fig.1 Motor rotor-bearing structure

此轉子在總裝前須將軸承內的軸套熱套到相應軸臺上，如圖3所示。按以往電機生產制造經驗，將動平衡支撐位置選在如圖2所示位置。進行動平衡后，平衡精度達到G1級。平衡后，整機進行了空載試驗，發現電機振動異常激烈，最大振動值超過20 mm/s。為找到振動原因，先將電機拆檢，對轉子進行平衡精度檢測，檢測結果合格，但此時發現，初始動平衡支撐位置與軸套熱套軸臺的同軸度偏差了0.2 mm，按此偏差結合轉子重量計算，動平衡結果嚴重不合格，現場決定返修處理。修理過程：將初始動平衡支撐位置進行加工，修復同軸度，修復后重新進行動平衡，平衡精度G1級。平衡后，整機再次進行空載試驗，發現電機振動有所降低，但最大振動值依然很高，達到12 mm/s。再次進行電機拆檢，對定子同軸度、電磁結構等進行檢查，均未發現振動原因。經研究討論，猜測原因可能是由于軸承的特殊結構引起，將軸套熱套在轉子上，將軸套外徑作為支持臺進行轉子平衡，此時發現不平衡量高達100 g(按直徑600 mm計算)，修復后，動平衡精度達到要求。將電機重新進行裝配，進行整機試驗，試驗結果：振動值最高為2.3 mm/s，滿足要求。

圖2 動平衡支撐位置圖Fig.2 Dynamic balance support position diagram

圖3 動平衡支撐位置圖Fig.3 Dynamic balance support position diagram

2 臨界轉速計算

模型建立時將軸套以實體單元方式建立，與軸剛性連接處理，軸承單元直接支撐在軸套上，而非直接支撐在軸上。軸采用beam單元建立有限元模型，轉子鐵心部分質量和轉動慣量采用mass單元附加在軸上，軸套采用solid實體單元模擬，支撐處軸承采用combin單元模擬，計算時考慮軸套的影響，網格劃分如圖4所示。

圖4 轉子模型網格劃分Fig.4 Mesh generation of rotor model

分別針對不同轉速下的支承剛度(表1所示)進行迭代計算，計算時考慮陀螺效應，繪制坎貝爾圖，1階臨界轉速振型如圖5所示，前2階臨界轉速計算結果如表2所示。

表1 軸承參數

圖5 臨界轉速振型(1階)Fig.5 Critical vibration mode (order 1)

表2 臨界轉速計算值

3 結語

本文筆者結合以往的電機制造經驗，對電機的動平衡支撐位置進行調節，并采取整機測試的方法，測得最高振動值，以解決此電機的異常振動問題。同時，通過對高速立式電機電機轉子臨界轉速的計算分析，也更為清楚的認識到此軸承的特殊結構對轉子臨界轉速所帶來的影響。在今后電機的研制與設計上，可以針對特殊的軸承結構進行特殊的模型處理，對轉子進行更加準確的臨界轉速仿真計算，從而盡可能的將轉子軸伸長度控制在安全合理的范圍之內。也希望通過本文的粗淺闡述，能夠為廣大的電機同行在今后高速立式電機的研發與制造過程中提供有益的幫助與建議，不斷的提升我國高速立式電機的制造水平，滿足現如今高速發展的經濟社會對高品質、高質量電機的迫切需求，更好提升國內電機市場的占有率，促進電機產業的良好發展。

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Calculation and analysis of rotor critical speed of high speed vertical motor and treatment of dynamic balance

DONG Zhen-xing

(Jiamusi Electric Co., Ltd., Jiamusi 154002, China)

The speciality of the high-speed vertical motor structure causes the motor rotor to have problems in the dynamic balance. Combined with the practical experience of the motor manufacturing and R & D work, the problems of the dynamic balance of the motor rotor and the calculation of the critical speed are analyzed for reference.

High speed vertical motor; Rotor; Critical speed; Dynamic balance

2017-03-14

董振興(1985-)，男，中級工程師，本科。

TH113

A

1674-8646(2017)10-0008-02