高速立式电机转子临界转速计算分析及动平衡问题处理

董振兴

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江 佳木斯 154002)



高速立式电机转子临界转速计算分析及动平衡问题处理

董振兴

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江 佳木斯 154002)

高速立式电机结构的特殊性使电机转子在动平衡中出现问题，结合从事电机制造与研发工作的实践经验，从电机转子动平衡发生的问题及临界转速计算入手展开分析，介绍处理过程及结果，供广大同行参考。

高速立式电机；转子；临界转速；动平衡

某项目电机为高速立式电机，轴承为一推两导结构，转子与轴承安装时须先将轴承内的轴套热套到相应轴台上，再装配轴承。此转子由于部分轴承部件(起支撑作用)须安装在转子上，结构特殊，因此在临界转速计算中要考虑轴承部件影响。但是，由于高速立式电机结构的特殊性，使得该电机转子在动平衡发生多次问题，结合电机工作经验，对高速立式电机转子临界转速计算展开分析，提出动平衡问题的处理过程及处理结果。

1 转子系统振动问题

电机转子——轴承结构，如图1所示。

图1 电机转子——轴承结构Fig.1 Motor rotor-bearing structure

此转子在总装前须将轴承内的轴套热套到相应轴台上，如图3所示。按以往电机生产制造经验，将动平衡支撑位置选在如图2所示位置。进行动平衡后，平衡精度达到G1级。平衡后，整机进行了空载试验，发现电机振动异常激烈，最大振动值超过20 mm/s。为找到振动原因，先将电机拆检，对转子进行平衡精度检测，检测结果合格，但此时发现，初始动平衡支撑位置与轴套热套轴台的同轴度偏差了0.2 mm，按此偏差结合转子重量计算，动平衡结果严重不合格，现场决定返修处理。修理过程：将初始动平衡支撑位置进行加工，修复同轴度，修复后重新进行动平衡，平衡精度G1级。平衡后，整机再次进行空载试验，发现电机振动有所降低，但最大振动值依然很高，达到12 mm/s。再次进行电机拆检，对定子同轴度、电磁结构等进行检查，均未发现振动原因。经研究讨论，猜测原因可能是由于轴承的特殊结构引起，将轴套热套在转子上，将轴套外径作为支持台进行转子平衡，此时发现不平衡量高达100 g(按直径600 mm计算)，修复后，动平衡精度达到要求。将电机重新进行装配，进行整机试验，试验结果：振动值最高为2.3 mm/s，满足要求。

图2 动平衡支撑位置图Fig.2 Dynamic balance support position diagram

图3 动平衡支撑位置图Fig.3 Dynamic balance support position diagram

2 临界转速计算

模型建立时将轴套以实体单元方式建立，与轴刚性连接处理，轴承单元直接支撑在轴套上，而非直接支撑在轴上。轴采用beam单元建立有限元模型，转子铁心部分质量和转动惯量采用mass单元附加在轴上，轴套采用solid实体单元模拟，支撑处轴承采用combin单元模拟，计算时考虑轴套的影响，网格划分如图4所示。

图4 转子模型网格划分Fig.4 Mesh generation of rotor model

分别针对不同转速下的支承刚度(表1所示)进行迭代计算，计算时考虑陀螺效应，绘制坎贝尔图，1阶临界转速振型如图5所示，前2阶临界转速计算结果如表2所示。

表1 轴承参数

图5 临界转速振型(1阶)Fig.5 Critical vibration mode (order 1)

表2 临界转速计算值

3 结语

本文笔者结合以往的电机制造经验，对电机的动平衡支撑位置进行调节，并采取整机测试的方法，测得最高振动值，以解决此电机的异常振动问题。同时，通过对高速立式电机电机转子临界转速的计算分析，也更为清楚的认识到此轴承的特殊结构对转子临界转速所带来的影响。在今后电机的研制与设计上，可以针对特殊的轴承结构进行特殊的模型处理，对转子进行更加准确的临界转速仿真计算，从而尽可能的将转子轴伸长度控制在安全合理的范围之内。也希望通过本文的粗浅阐述，能够为广大的电机同行在今后高速立式电机的研发与制造过程中提供有益的帮助与建议，不断的提升我国高速立式电机的制造水平，满足现如今高速发展的经济社会对高品质、高质量电机的迫切需求，更好提升国内电机市场的占有率，促进电机产业的良好发展。

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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

董振兴(1985-)，男，中级工程师，本科。

TH113

A

1674-8646(2017)10-0008-02