真空泵爪形转子的平衡方法研究(2)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京邮电大学 作者:于存荣

  由前面的分析可以知道,要用去质量法来平衡转子,首先要计算出转子的体积、质量、质心位置与转子对轴心的转动惯量。这里我们采用正负面积法来分析,因为转子的不规则外型中有规律可寻,考虑将转子拆分为五部分体积,其中两个部分是正体积(面积),另三个部分是负体积(面积),这三部分负体积也可以看作是通孔。如图2和图3 所示:

五部分正负面积

图3 五部分正负面积

  由于转子的型线都以知道,因此无论是正体积部分,还是负体积部分,其体积、质量等属性均可以计算得出,更为简单的方法是利用proe 的分析功能得出。规定质心在z 轴方向上坐标为0,只考虑转子形状的情况下,计算质心位置的时候只需计算这z = 0 截面的五部分的面积即可。

1.3、转子质心与转动惯量的计算

  (1) 计算五部分各自的面积,结合负面积法,即负面积取负值,它对应的质心计算式与转动惯量也将取到负值,然后再用定积分计算各部分质心坐标。

  (2)五部分各自的面积和质心坐标,就可以用下面的公式求出转子的总面积、体积与质心坐标:

1.4、纠偏孔的数据计算

  首先考虑挖孔后转子的剖面,如图4 所示:图中为转子半剖面,其中m 为转子质量,s为质心与旋转轴心距离,已经计算出来了。另外h 为转子厚度,r 为所打圆孔的半径,考虑转子在轴向惯性力与惯性力矩的平衡,所以在两侧打孔,h1 和l1 为第一个孔的深度和位置, h2 和l2 为第二个孔的深度和位置。

挖圆孔后转子理论剖面

图4 挖圆孔后转子理论剖面

  由偏心轮的质心纠偏公式:

  其中m' 为圆孔质量,s' 为圆孔与旋转轴心的距离,则可得下面算式:

  其中ρ 为转子所用材质的密度,由于转子用40Cr 制造,所以ρ = 7.8 g/cm3

  由于转子本身的偏心距比较大,所以纠偏时首先指定一个尽量大的盲孔,指定圆孔半径为r,圆孔中心距旋转轴心l。这样可计算得出孔深h1 若出现h1 大于转子厚度h 的情况下,就考虑打多孔来纠正转子的偏心,首先考虑3 孔,注意以下几点:

  (1)第一个孔的位置在转子质心与旋转轴心的连线上。

  (2) 其余两个孔两孔位于这条连线两侧45度,且三个孔半径相同,这样在设计样式上比较对称美观,同时方便数据计算。

  (3)三个孔的位置与深度,都不能太偏或太大,这样才能保证受力符合要求。

2、仿真

  下面以北京朗禾科技有限公司的LH- 70H型真空泵的转子为例来看一下仿真效果。仿真主要是用Pro/Engineer 软件进行模拟仿真。LH- 70H型真空泵转子的外型与尺寸如图5。

 LH- 70H 型真空泵转子的外型与尺寸

图5 LH- 70H 型真空泵转子的外型与尺寸

  根据上面介绍的方法可求出,待移除质量大小和位置,用Pro/Engineer 建立移除质量以后的模型如图6 所示。

移除质量后的转子模型

图6 移除质量后的转子模型图7 Pro/E 软件的模型仿真分析

  可以用Pro/E 软件的模型分析功能计算这个转子的质心位置,如果模型分析得到的质心坐标为(0,0),则验证出转子的重心与旋转轴心重合,即验证出前面计算的正确,分析数据如图7 所示。

3、结论

  该方法大大的提高了转子平衡工作的效率,节省了时间,一系列转子只需要计算一次即可,不用每一个都在平衡机上用试测法检验。

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