王曉紅，王　晶

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

Research of Field Dynamic Balancing of an Antenna Rotor

WANG Xiaohong，WANG Jing

(No.38th Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)

某雷達天線轉(zhuǎn)子現(xiàn)場動平衡試驗研究

王曉紅，王晶

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

Research of Field Dynamic Balancing of an Antenna Rotor

WANG Xiaohong，WANG Jing

(No.38th Research Institute of CETC， Hefei 230088， China)

摘要：分析了某雷達天線轉(zhuǎn)子進行現(xiàn)場動平衡試驗的情況。試驗表明，現(xiàn)場動平衡試驗操作簡便，節(jié)約試驗成本，而且可以避免二次安裝帶來的誤差。通過現(xiàn)場動平衡測試，滿足了天線轉(zhuǎn)子動平衡的精度要求。

關(guān)鍵詞：天線轉(zhuǎn)子；現(xiàn)場動平衡；響應(yīng)

中圖分類號：TH137

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-2257(2015)07-0044-03

收稿日期：2015-03-20

基金項目：國家科技支撐計劃項目(2011BAH24B05)

作者簡介：王曉紅(1976-)，女，黑龍江密山人，高級工程師，主要從事雷達系統(tǒng)力學(xué)試驗工作；王晶(1976-)，男，安徽肥東人，高級工程師，主要從事雷達產(chǎn)品加工工藝研究工作。

Abstract：This paper describes the process of field dynamic balancing of an antenna rotor. Tests show that field dynamic balancing is easy to operate, reduces test cost, and avoids secondary installation deviation. By field dynamic balancing, the precision guidelines of the Antenna Rotor are met.

Key words：antenna rotor ；field dynamic balancing; response

0引言

機械設(shè)備中繞軸線旋轉(zhuǎn)的部件稱為轉(zhuǎn)子[1]。因為材料、制造、安裝等因素，經(jīng)常會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻的情況，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并且由多個零部件組成的轉(zhuǎn)子，這種質(zhì)量分布不均勻的情況尤為突出。質(zhì)量分布不均勻的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時會給支撐軸承帶來附加動壓力，從而引起整個設(shè)備的振動，產(chǎn)生噪聲，加速軸承磨損，降低設(shè)備壽命，嚴(yán)重時甚至?xí)斐砂踩鹿?。所以工程上需要對轉(zhuǎn)子進行動平衡試驗。

平衡是改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，以保證轉(zhuǎn)子在其支撐軸承中，旋轉(zhuǎn)時因不平衡引起的振動或振動力減小到允許范圍內(nèi)的過程[2]。

某雷達天線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直徑(長度方向)為5 600 mm，高度方向為350 mm，寬度方向為680 mm。因為體積限制，無法在動平衡機上進行動平衡測試，需要在工作狀態(tài)下進行現(xiàn)場動平衡測試。因為天線轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直徑與高度比為16，所以僅需要進行單面動平衡測試即可。

1現(xiàn)場動平衡測試原理

圖1　轉(zhuǎn)子簡圖

圖2　校正方位計算示意

2試驗前準(zhǔn)備

因為天線轉(zhuǎn)子是復(fù)雜的裝配件，且其中含有大量空間分布的線纜，導(dǎo)致其重心位置無法準(zhǔn)確估算。為了規(guī)避直接進行現(xiàn)場動平衡試驗有可能損壞傳動系統(tǒng)的隱患，需要在動平衡試驗前先對天線轉(zhuǎn)子進行靜配平，將天線轉(zhuǎn)子重心配平到轉(zhuǎn)軸附近。靜配平如圖3所示。天線轉(zhuǎn)子長度為5 600mm，寬度為680mm，高度為350mm，靜配平僅對長度和寬度方向進行。在雷達系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子是安裝到轉(zhuǎn)軸上隨轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)的。在進行靜配平時，此轉(zhuǎn)軸因為結(jié)構(gòu)尺寸原因無法利用，因此設(shè)計了轉(zhuǎn)軸模擬件。此模擬件模擬轉(zhuǎn)軸與天線轉(zhuǎn)子的真實接口關(guān)系，并且留有與墊塊的接口，以實現(xiàn)模擬軸與墊塊的裝配。

圖3　靜配平

靜配平利用杠桿平衡原理，將轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)軸、墊塊放置在水平平板上，因為墊塊下端面較窄，不平衡會使天線轉(zhuǎn)子偏重的一側(cè)向下傾斜。用彈簧秤將下傾的一端拉起至水平狀態(tài)，讀取彈簧秤讀數(shù)，計算配重質(zhì)量，然后安裝配重，保證天線能靜止在水平狀態(tài)，如此即實現(xiàn)了此方向的靜配平。一個方向靜配平滿足要求后再對另一個方向重復(fù)以上步驟，直到2個方向均實現(xiàn)靜平衡，即將重心調(diào)整到預(yù)定的范圍內(nèi)。

3現(xiàn)場動平衡試驗

因為天線轉(zhuǎn)子尺寸較大，無法在動平衡機上進行動平衡試驗，所以需要在天線轉(zhuǎn)子處于工作狀態(tài)時進行現(xiàn)場動平衡試驗。天線轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)原理如圖4所示。

圖4　天線轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)原理

天線轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在天線座內(nèi)。電機帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)天線轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)場動平衡試驗步驟如下：

a.根據(jù)結(jié)構(gòu)特點布置傳感器，連接測試儀器，如圖5所示。

圖5　傳感器的布置

b.初始狀態(tài)響應(yīng)測試。啟動電機，當(dāng)轉(zhuǎn)子達到穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速后，測得軸承處的響應(yīng)。

c.安裝試重后的響應(yīng)測試。在指定位置增加試重，測得工作轉(zhuǎn)速下軸承處的響應(yīng)，分析初始不平衡的大小和方位信息，確定配動平衡所需配重的質(zhì)量及方位。

d.安裝配重。

e.安裝配重后的響應(yīng)測試。在天線轉(zhuǎn)子平穩(wěn)的運行在工作轉(zhuǎn)速時，測得軸承處的響應(yīng)，驗證平衡效果。

f.反復(fù)重復(fù)以上步驟，直到殘余不平衡量滿足測試要求的精度等級。

4測試數(shù)據(jù)及分析

4.1　初始狀態(tài)響應(yīng)測試

初始狀態(tài)響應(yīng)測試數(shù)據(jù)如圖6所示。振動速度有效值為0.099 mm/s，轉(zhuǎn)速頻率為1 Hz，幅值為0.02 mm/s，占50 Hz以下頻率峰值第8位。

圖6　初始狀態(tài)響應(yīng)測試數(shù)據(jù)

4.2　安裝試重后的響應(yīng)測試

在83°位置上加1 050 g試重質(zhì)量。天線轉(zhuǎn)子再次運轉(zhuǎn)起來后進行測試。加完配重后的振動為 0.004 mm/s，角度為96.3°。通過計算，得出應(yīng)在97.8°位置增加922.6 g質(zhì)量的結(jié)論。

4.3　安裝配重后的響應(yīng)測試

在計算位置增加配重后，再次進行響應(yīng)測試，測試數(shù)據(jù)如圖7所示。由圖7可知，平衡后振動速度有效值為0.091 mm/s ，1 Hz振動已經(jīng)降到0.014 mm/s，而且1 Hz已經(jīng)不在峰值前10位的列表內(nèi)。

圖7　安裝配重后的響應(yīng)數(shù)據(jù)

4.4　殘余不平衡量測試

將天線轉(zhuǎn)子后蓋板上的螺釘全部安裝到天線上，因為螺釘在長度方向是均勻分布的，所以將螺釘?shù)刃樘幱?°方向，等效質(zhì)量是48 g的集中質(zhì)量。再次進行響應(yīng)測試和分析，得出在平衡半徑處的殘余不平衡質(zhì)量僅為469.2 g?？紤]到測試系統(tǒng)誤差，可以估算出此平衡半徑的殘余不平衡量大概在500 g左右。

4.5　平衡精度計算

5試驗結(jié)論

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及分析，可以得到如下結(jié)論：

a.現(xiàn)場動平衡試驗前進行的靜配平工作效果很好，初始狀態(tài)的響應(yīng)不大，振動主要成分是通過頻率，也就是旋轉(zhuǎn)體和空氣產(chǎn)生的振動。

b.通過現(xiàn)場動平衡1 Hz振動從0.02 mm/s降到0.014 mm/s ，試驗獲得成功。

c.殘余不平衡量的估值小于《GB/T 9239.1—2006 機械振動 恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求 第1部分：規(guī)范與平衡允差》G40的量值，滿足要求。

6結(jié)束語

大型天線轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場動平衡試驗達到了預(yù)期效果，取得了圓滿成功。在動平衡試驗之前先進行靜配平工作，能有效規(guī)避直接進行動平衡試驗有可能損壞傳動系統(tǒng)的隱患。這種在動平衡之前先進行靜配平的思路，也對以后大型轉(zhuǎn)子的動平衡試驗的開展提供了一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1]陳偉泉.淺談汽車輪胎動平衡測試技術(shù)[J].甘肅科技，2012，28(12)：60-61.

[2]梅柏杉，劉零生，余冰，等.大型電機現(xiàn)場動平衡試驗研究[J].機械強度，2000，22(3)：167-169.

[3]葉能安，余汝生.動平衡原理與動平衡機[M].武漢：華中工學(xué)院出版社，1985.