采用新型电磁动平衡装置的动平衡研究

　　随着人类工业化的不断进步，旋转机械也逐渐朝着高速化、大型化的方向发展.受材料不均匀、安装制造误差等多方面的影响，旋转机械的转子往往存在着不平衡量.不平衡是转子振动的关键性因素之一，尤其对于高速转子，如高速机床主轴、航空发动机转子等零部件，微小的不平衡量引起的振动足以使其工作失效或引起灾难性后果，因此动平衡必不可少.

　　动平衡技术发展至今已相当成熟，但是经典的平衡方法不论是在专用的动平衡机上还是在现场进行动平衡，都需要1次以上的开、停车，这样所需要的费用有时是昂贵的[1].因此，在线动平衡装置和动平衡方法成了人们日益关注的焦点.在在线动平衡装置方面，Vande[2]于1960年代设计了最早的在线动平衡装置，之后有人在此基础上进行了改进[3-4].

　　这类装置的平衡头结构复杂，应用比较困难.198年，Gusarov[5]发明了利用可控电液冲击将固化液体快速喷射在失衡转子较轻一侧的喷涂式动平衡装置，并经改进后于实际中成功应用[6]，但是喷液式调节器也有较大的局限性.曾胜、汪希萱[7-8]提出了基于电动机工作原理的电磁式动平衡头，通过向定子线圈通入直流电产生电磁力，驱动平衡盘转动到平衡位置.李勇等[9-11]研究了用电磁力补偿不平衡力的技术，并设计了相应的定子绕组结构，但由于受涡流和磁滞效应的影响，该方法的平衡转速不高.动平衡方法可归纳为模态平衡法和影响系数法两大类[12]，都是刚性转子离线动平衡的有效手段，但仍有起停次数多、平衡时间长、变工况情况下适应效果差等应用上的局限性.对于在线平衡技术，能够快速、准确地识别出转子不平衡量是实现动平衡的前提.

　　本文设计了一种基于静磁场的电磁式动平衡装置，介绍了具体结构和工作原理，利用有限元软件对该装置产生的电磁场进行了数值模拟，建立了转子的动力学有限元模型，并以此为基础，采用无试重法[13]识别出转子的不平衡量，通过电磁动平衡装置实现了转子的动平衡.

　　1　工作原理和结构

　　1.1　工作原理

　　刚性转子的任意不平衡均可以用任选的2个校正平面内的校正质量加以平衡[14].动平衡原理示意图如图1所示，将转子在转速ω 下产生的不平衡力集中简化为2个指定平面O1和O2内不平衡质量m1和m2产生的离心力，因此动平衡的过程即为在平面O1和O2内分别产生力F1和F2，使之分别能与m1和m2产生的离心力相抵消.现有的电磁动平衡装置可产生与轴同步旋转的电磁力，即磁场是随轴的转动而变化的[9-11]，但是由于磁滞效应和电涡流的存在，其工作转速受到很大限制.本文讨论的是一种基于静磁场的新型电磁动平衡装置.