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[摘要]本文论述了发电机转子的不平衡种类、动平衡精度的选择，并阐述了其在生产实践中的具体应用。
[关键词]平衡 平衡精度 精度选择
【中图分类号】TB857+.3
近年来随着国内车用交流发电机的设计制造技术的发展，发电机的额定工作转速由原来的3500转/分提高到6000转/分。标准中列出的至少正常连续工作15分钟的最高转速为12000转/分。如果发电机转子的不平衡重径积过大，运转时所产生的离心惯性力就会在发电机轴承处引起较大的附加动压力。加速轴承的磨损，降低发电机的使用寿命。因此，为消除或部分消除离心惯性力的不良影响，必须对发电机转子进行平衡，同时为了保证发电机的可靠性，又不至于过高增加生产成本，必须合理的选择发电机转子的平衡精度。
一． 刚性转子的平衡种类
回转件的不平衡可分为两类，即静不平衡和动不平衡。
转子主惯性轴与旋转轴线不重合，但相互平行，即转子重心不在旋转轴线上。当转子旋转时，将产生不平衡离心力C1，如图1-a。这种状态为静不平衡。
转子的主惯性轴与旋转轴线交错，但相交于转子的重心上，即转子的重心在旋转轴线上。如图1-b。这时转子虽处于静平衡状态，但转子旋转时，将产生一不平衡力矩。这种状态为动不平衡的一种特殊形式。
转子主惯性轴线与转子旋转轴线相交于非重心的任何一点。如图1-c。当转子旋转时，产生一个不平衡的离心力和一个力矩。这种状态为动不平衡的普遍形式
图1 不平衡种类
对于轴向宽度很小的回转件，即轴向宽度远小于回转件直径的回转件，如飞轮、砂轮等，其质量分布可以近似的认为在同一回转面内。当该回转件等速旋转时，这些质量所产生的离心力构成同一个平面内汇交于回转中心的力系。如该力系不平衡，则它们的合力∑ci就不等于零。由力学汇交力系平衡条件可知，如欲使其平衡，只要在同一回转面内加一质量或在相反位置减一质量，使其产生的离心力与原有质量所产生的离心力之总和等于零。这个力系就成为平衡力系。此回转件就达到静平衡状态。
对于轴向尺寸较大的转子，如电机转子、曲轴等，其质量就不能再视为分布在同一平面内了，而应该看作分布于沿轴向许多互相平行的回转面内。回转件转动时所产生的离心力系不再是平面汇交力系，而是空间力系。这类回转件单靠在某一回转面内加一平衡质量的静平衡方法，并不能解决它在转动时的不平衡问题，而必须在两个任意回转面内分别加一平衡质量，才能使其在转动时达到平衡。该两个回转面称为校正平面。首先将分布在各回转面的质量旋转时所产生离心力，根据平行力合成与分解原理，向两个校正平面分解，将空间力系转化成两个校正平面内平面汇交力系。此时可认为，质量分布不在同一回转面内的回转件的不平衡，是由两个校正平面内各有一个不平衡质量所产生，必须分别在相应的两个校正平面内各加上适当的平衡质量。使该适当的平衡质量旋转时产生的离心力与各自所在的校正平面内离心力汇交力系的合力等于零。此时回转件旋转时产生的离心力的合力、合力偶矩都等于零。回转件处于动平衡状态。达到动平衡的回转件，必将是静平衡的。
二． 平衡种类的选择
综上所述，对于轴向宽度与直径之比小于0.2的转子一般只需做静平衡。对于轴向宽度与直径之比大于或等于0.2的转子，需做动平衡。
我公司JF182交流发电机额定工作转速6000转/分，转子重量2.49Kg，转子尺寸如图2。
图2 转子尺寸
其轴向宽度与直径之比为：
59.7/99.4=0.60＞0.2
因此该转子的平衡方式采用动平衡。
三． 平衡精度的选择
评价回转件不平衡程度，在图面上可用许用不平衡重径积表示，即回转件重量与许用偏心距的乘积，单位为克·毫米，亦可用许用偏心距表示，单位为微米。
许用偏心距，对适用于静平衡的回转件，即为总重心的偏心距。对适用于动平衡的回转件，可以看作校正面内等效重量的偏心距。
国际标准化协会对于刚性转子的平衡精度分为11个等级，各精度等级适用的转子类型均有举例，在机械设计手册中可查到。
精度等级系指许用偏心距e与转子角速度ω的乘积，单位为毫米/秒。乘机的数值即为精度等级值，用G表示，为避免与转子重量G相混，本文平衡精度等级用B表示，即
B=eω （3-1） 如果：转子的许用偏心距e与角速度ω乘积值为16毫米/秒，则平
衡精度等级即为B16级。
根据刚性转子的平衡精度等级和转子的重量，即可算出许用不平衡重径积。
M=e*G（克毫米） （3-2）
式中e——许用偏心距，单位毫米
G——转子重量，单位克
M——许用不平衡重径积，单位克毫米
对于进行动平衡校正的回转件，如果两校正面与重心的距离相等，则回转件重量折算到左、右校正面的等效重量为回转件总重量的一半。
因此，对于该类回转件动平衡校正面的许用不平衡重径积为
M=0.5e*G（克毫米） （3-3）
四． JF182电机转子动平衡精度的选择过程
按国际标准化协会提供的平衡精度等级要求，对于一般电机转子精度应为B6.3级，在保证电机可靠性的情况下，不至于过高而增加制造成本，将平衡精度降低一级，选择平衡精度为B16级。
计算许用偏心距：平衡精度等级B16级，转子转速6000转/分，根据式（3-1），B=eω则
e=B/ω= = = 0.0255mm
计算校正平面许用不平衡重径积：
转子重量为2.49千克，作为校正平面的转子两端面与重心距离相等，根据式（3-3）
M=0.5e*G=0.5*0.0255*2.49=0.032Kgmm=32gmm
此计算值即为在图面上标注的校正平面许用不平衡重径积数值。
JF182电机转子在未做动平衡之前，经动平衡机测试，其校正平面不平衡重径积一般在60～150gmm之间。经动平衡校正后，不平衡重径积均小于32gmm。
计算校正面不平衡重径积为32gmm时，该转子旋转时所产生的最大离心力
P= eGω2 = eG（πn/30）2 = 0.032*2.49（3.14*6000/30）2 =31424（Kgmm/s2）=30.8（N）
五、结论
JF182交流发电机的两轴承型号为K402968、K500811，其额定动负荷分别为4610N和10740N。离心力与之相比影响甚微，故认为JF182电机转子平衡的精度的选择是合理的。随着车用电机设计制造技术的发展，工艺加工水平的提高，将逐步达到国际标准化协会公布的平衡精度等级要求。
参考文献
[1] 西北工业大学机械原理及机械零件教研室《机械原理》[M]，北京高等教育出版社，1996.
[2] 机械设计手册编辑委员会《机械设计手册》[M]，北京机械工业出版社，1995.
作者简介：张东阳，1990年毕业于辽宁锦州工学院，曾在锦州汉拿电机有限公司從事汽车电器设计及工艺工作，现在锦州经济技术开发区渔港管理处。
[关键词]平衡 平衡精度 精度选择
【中图分类号】TB857+.3
近年来随着国内车用交流发电机的设计制造技术的发展，发电机的额定工作转速由原来的3500转/分提高到6000转/分。标准中列出的至少正常连续工作15分钟的最高转速为12000转/分。如果发电机转子的不平衡重径积过大，运转时所产生的离心惯性力就会在发电机轴承处引起较大的附加动压力。加速轴承的磨损，降低发电机的使用寿命。因此，为消除或部分消除离心惯性力的不良影响，必须对发电机转子进行平衡，同时为了保证发电机的可靠性，又不至于过高增加生产成本，必须合理的选择发电机转子的平衡精度。
一． 刚性转子的平衡种类
回转件的不平衡可分为两类，即静不平衡和动不平衡。
转子主惯性轴与旋转轴线不重合，但相互平行，即转子重心不在旋转轴线上。当转子旋转时，将产生不平衡离心力C1，如图1-a。这种状态为静不平衡。
转子的主惯性轴与旋转轴线交错，但相交于转子的重心上，即转子的重心在旋转轴线上。如图1-b。这时转子虽处于静平衡状态，但转子旋转时，将产生一不平衡力矩。这种状态为动不平衡的一种特殊形式。
转子主惯性轴线与转子旋转轴线相交于非重心的任何一点。如图1-c。当转子旋转时，产生一个不平衡的离心力和一个力矩。这种状态为动不平衡的普遍形式
图1 不平衡种类
对于轴向宽度很小的回转件，即轴向宽度远小于回转件直径的回转件，如飞轮、砂轮等，其质量分布可以近似的认为在同一回转面内。当该回转件等速旋转时，这些质量所产生的离心力构成同一个平面内汇交于回转中心的力系。如该力系不平衡，则它们的合力∑ci就不等于零。由力学汇交力系平衡条件可知，如欲使其平衡，只要在同一回转面内加一质量或在相反位置减一质量，使其产生的离心力与原有质量所产生的离心力之总和等于零。这个力系就成为平衡力系。此回转件就达到静平衡状态。
对于轴向尺寸较大的转子，如电机转子、曲轴等，其质量就不能再视为分布在同一平面内了，而应该看作分布于沿轴向许多互相平行的回转面内。回转件转动时所产生的离心力系不再是平面汇交力系，而是空间力系。这类回转件单靠在某一回转面内加一平衡质量的静平衡方法，并不能解决它在转动时的不平衡问题，而必须在两个任意回转面内分别加一平衡质量，才能使其在转动时达到平衡。该两个回转面称为校正平面。首先将分布在各回转面的质量旋转时所产生离心力，根据平行力合成与分解原理，向两个校正平面分解，将空间力系转化成两个校正平面内平面汇交力系。此时可认为，质量分布不在同一回转面内的回转件的不平衡，是由两个校正平面内各有一个不平衡质量所产生，必须分别在相应的两个校正平面内各加上适当的平衡质量。使该适当的平衡质量旋转时产生的离心力与各自所在的校正平面内离心力汇交力系的合力等于零。此时回转件旋转时产生的离心力的合力、合力偶矩都等于零。回转件处于动平衡状态。达到动平衡的回转件，必将是静平衡的。
二． 平衡种类的选择
综上所述，对于轴向宽度与直径之比小于0.2的转子一般只需做静平衡。对于轴向宽度与直径之比大于或等于0.2的转子，需做动平衡。
我公司JF182交流发电机额定工作转速6000转/分，转子重量2.49Kg，转子尺寸如图2。
图2 转子尺寸
其轴向宽度与直径之比为：
59.7/99.4=0.60＞0.2
因此该转子的平衡方式采用动平衡。
三． 平衡精度的选择
评价回转件不平衡程度，在图面上可用许用不平衡重径积表示，即回转件重量与许用偏心距的乘积，单位为克·毫米，亦可用许用偏心距表示，单位为微米。
许用偏心距，对适用于静平衡的回转件，即为总重心的偏心距。对适用于动平衡的回转件，可以看作校正面内等效重量的偏心距。
国际标准化协会对于刚性转子的平衡精度分为11个等级，各精度等级适用的转子类型均有举例，在机械设计手册中可查到。
精度等级系指许用偏心距e与转子角速度ω的乘积，单位为毫米/秒。乘机的数值即为精度等级值，用G表示，为避免与转子重量G相混，本文平衡精度等级用B表示，即
B=eω （3-1） 如果：转子的许用偏心距e与角速度ω乘积值为16毫米/秒，则平
衡精度等级即为B16级。
根据刚性转子的平衡精度等级和转子的重量，即可算出许用不平衡重径积。
M=e*G（克毫米） （3-2）
式中e——许用偏心距，单位毫米
G——转子重量，单位克
M——许用不平衡重径积，单位克毫米
对于进行动平衡校正的回转件，如果两校正面与重心的距离相等，则回转件重量折算到左、右校正面的等效重量为回转件总重量的一半。
因此，对于该类回转件动平衡校正面的许用不平衡重径积为
M=0.5e*G（克毫米） （3-3）
四． JF182电机转子动平衡精度的选择过程
按国际标准化协会提供的平衡精度等级要求，对于一般电机转子精度应为B6.3级，在保证电机可靠性的情况下，不至于过高而增加制造成本，将平衡精度降低一级，选择平衡精度为B16级。
计算许用偏心距：平衡精度等级B16级，转子转速6000转/分，根据式（3-1），B=eω则
e=B/ω= = = 0.0255mm
计算校正平面许用不平衡重径积：
转子重量为2.49千克，作为校正平面的转子两端面与重心距离相等，根据式（3-3）
M=0.5e*G=0.5*0.0255*2.49=0.032Kgmm=32gmm
此计算值即为在图面上标注的校正平面许用不平衡重径积数值。
JF182电机转子在未做动平衡之前，经动平衡机测试，其校正平面不平衡重径积一般在60～150gmm之间。经动平衡校正后，不平衡重径积均小于32gmm。
计算校正面不平衡重径积为32gmm时，该转子旋转时所产生的最大离心力
P= eGω2 = eG（πn/30）2 = 0.032*2.49（3.14*6000/30）2 =31424（Kgmm/s2）=30.8（N）
五、结论
JF182交流发电机的两轴承型号为K402968、K500811，其额定动负荷分别为4610N和10740N。离心力与之相比影响甚微，故认为JF182电机转子平衡的精度的选择是合理的。随着车用电机设计制造技术的发展，工艺加工水平的提高，将逐步达到国际标准化协会公布的平衡精度等级要求。
参考文献
[1] 西北工业大学机械原理及机械零件教研室《机械原理》[M]，北京高等教育出版社，1996.
[2] 机械设计手册编辑委员会《机械设计手册》[M]，北京机械工业出版社，1995.
作者简介：张东阳，1990年毕业于辽宁锦州工学院，曾在锦州汉拿电机有限公司從事汽车电器设计及工艺工作，现在锦州经济技术开发区渔港管理处。