小功率电动机转子初始不平衡量

2012-10-31彭亦稰叶泳东

微特电机 2012年2期

关键词：换向器不平动平衡

彭亦稰，叶泳东

(丽水学院，浙江丽水 323000)

0 引言

对小功率电动机转子校动平衡可显著减小电机运行时的振动和噪声。为了提高生产效率和产品质量，越来越多的企业采用全自动校平衡机，在生产线上对转子作去重动平衡校正。在使用这种高效设备时，若转子的初始不平衡量过大，会出现如下情况:

(1)校正时切削量过大而毁坏转子;

(2)要校正动平衡二次及以上，转子的校正效率低下;

(3)若满足切削量和校正效率要求，则转子校正后的剩余不平衡量明显增大，影响电机性能。因此，有效控制转子的初始不平衡量是提高转子校动平衡精度和效率的根本。

1 转子校动平衡原理

为了限制小功率电动机转子初始不平衡量，以动平衡要求较高的换向器电动机的转子为例，阐述动平衡原理。如图1所示，将转子理解为由若干个偏心圆盘组成，并将这些圆盘分为三组:L校正面和R校正面之间的N个，L校正面左侧的NL个和R校正面右侧的NR个。图2将N中的第i个圆盘、NL中的第j个圆盘和NR中的第k个圆盘的离心力等效分解到L校正面和R校正面上。动平衡计算及校动平衡原理如表1所示。

图1 换向器电动机的转子

图2 离心力等效分解到L校正面和R校正面

转子的不平衡仅取决于转子本身的质量分布，因此转子不平衡量一般用其左右校正面上的重径积mLrL和mRrR来表示，当左右校正面位置确定，rL=rR=r也确定时，可用mL和mR表示转子不平衡量。

表1 动平衡计算及校动平衡原理

2 转子的最大允许初始不平衡量

当选定用某种全自动校平衡机对某型号电动机的转子作去重动平衡校正时，要求转子的实际初始不平衡量不得超过其最大允许初始不平衡量，否则机器的校平衡工作无法正常开展。转子的最大允许初始不平衡量是基于校平衡时转子不被毁坏来确定的。若转子的动平衡校好，但去重切削量过大，转子装入电机因气隙严重不均匀而产生附加振动，则此转子仍属毁坏之列。转子的最大允许初始不平衡量可以用如下方法估算。图3为某转子在选用的校平衡机上作去重动平衡校正时，左校正面的最大允许切削痕迹。痕迹的深度一般取决于转子齿的齿肩厚度，切削后应保留部分厚度的齿肩;痕迹的宽度一般取决于机器采用的铣刀宽度;痕迹的弧角α一般为，痕迹的深度大时取小值。根据此痕迹的体积和切除材料的密度可计算出最大允许的校平衡切除质量m，转子的最大允许初始不平衡量mc与此最大允许切除质量m相对应，对应关系:

图3 左校正面的最大允许切削痕迹

3 转子的剩余不平衡量

采用全自动校平衡机校正转子动平衡时，转子的剩余不平衡量设置(即平衡精度设置)至关重要。转子剩余不平衡量的设置既要保证满足电机的振动要求，又希望机器有较高的校平衡工作效率。一般通过实验找到转子剩余不平衡量与电机振动之间的关联性，确定转子剩余不平衡量的最大值，机器上设置的剩余不平衡量ms不得大于此值。另外，经验表明，机器的校平衡工作效率与ms和最大允许的初始不平衡量mc密切相关，当ms＞时，机器校正效率高，95%以上的转子能一次校正完成;当ms＜时，机器校正效率明显降低。

4 转子初始不平衡量的设计控制

首先是转子上的所有零部件都要尽可能采用轴对称设计。图1为转子的轴伸存在一个用于联接机械负载的缺口，出现了轴不对称的情形，对转子初始不平衡量有明显影响。分析如下:设有缺口部分轴段的质量为mj，质心与轴线的距离为rj，质心与L校正面的距离为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+)·，尽管较小，但mj较大，且被放大了(1+)倍，所以不平衡量mLj是明显的。

在进行电机系列化设计时，往往采用相同冲片不同叠厚的转子铁心，此时要充分关注叠厚l减小给校正面上的不平衡量带来的增大效应。分析如下:如图1所示，L校正面左侧偏心圆盘j折算到L面上的不平衡量mLj=mj(1+)·，R校正面右侧偏心圆盘k折算到R面上的不平衡量mRk=mk(1+)·，在系列化设计时，一方面减小l，另一方面lj和lk不变或增大，结果使mLj和mRk增大。这种不平衡量增大效应有时会造成小叠厚转子校平衡工作效率明显下降。

转子零部件，即使是轴对称设计，也必须标注与不平衡量相关的技术要求。对于转子铁心，要求无明显毛刺，叠压紧密，铁心左右校正面的不平衡量应小于最大允许不平衡量mc的1/4;对于换向器和风叶，应提出静不平衡量的要求，将静不平衡量折算到其靠近的校正面上时，折算不平衡量应小于mc的1/5。在制造条件允许时，对转子零部件的不平衡量要求应该提得更高一些。

对于小功率的换向器电机，其轴上往往冲制有凸起的轴向筋，通过凸筋与转子铁心、换向器和风叶内孔过盈配合来传递转矩。轴上配合筋的凸起不宜设计得过大，原因是凸起大的轴筋在冲制时容易造成轴的弯曲;同时凸起大的轴筋，使轴压入转子铁心、换向器内孔时的压力过大，造成细长轴不稳定而弯曲，轴的弯曲会显著增加转子的初始不平衡量。