某雷達天線轉子現場動平衡試驗研究

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)

某雷達天線轉子現場動平衡試驗研究

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子進行現場動平衡試驗的情況。試驗表明，現場動平衡試驗操作簡便，節約試驗成本，而且可以避免二次安裝帶來的誤差。通過現場動平衡測試，滿足了天線轉子動平衡的精度要求。

關鍵詞：天線轉子；現場動平衡；響應

中圖分類號：TH137

文獻標識碼：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，主要從事雷達系統力學試驗工作；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

機械設備中繞軸線旋轉的部件稱為轉子[1]。因為材料、制造、安裝等因素，經常會出現轉子質量分布不均勻的情況，特別是結構復雜、并且由多個零部件組成的轉子，這種質量分布不均勻的情況尤為突出。質量分布不均勻的轉子旋轉時會給支撐軸承帶來附加動壓力，從而引起整個設備的振動，產生噪聲，加速軸承磨損，降低設備壽命，嚴重時甚至會造成安全事故。所以工程上需要對轉子進行動平衡試驗。

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

某雷達天線轉子旋轉直徑(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，需要在工作狀態下進行現場動平衡測試。因為天線轉子旋轉直徑與高度比為16，所以僅需要進行單面動平衡測試即可。

1現場動平衡測試原理

圖1　轉子簡圖

圖2　校正方位計算示意

2試驗前準備

因為天線轉子是復雜的裝配件，且其中含有大量空間分布的線纜，導致其重心位置無法準確估算。為了規避直接進行現場動平衡試驗有可能損壞傳動系統的隱患，需要在動平衡試驗前先對天線轉子進行靜配平，將天線轉子重心配平到轉軸附近。靜配平如圖3所示。天線轉子長度為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，轉子是安裝到轉軸上隨轉軸進行旋轉的。在進行靜配平時，此轉軸因為結構尺寸原因無法利用，因此設計了轉軸模擬件。此模擬件模擬轉軸與天線轉子的真實接口關系，并且留有與墊塊的接口，以實現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，將轉子通過轉軸、墊塊放置在水平平板上，因為墊塊下端面較窄，不平衡會使天線轉子偏重的一側向下傾斜。用彈簧秤將下傾的一端拉起至水平狀態，讀取彈簧秤讀數，計算配重質量，然后安裝配重，保證天線能靜止在水平狀態，如此即實現了此方向的靜配平。一個方向靜配平滿足要求后再對另一個方向重復以上步驟，直到2個方向均實現靜平衡，即將重心調整到預定的范圍內。

3現場動平衡試驗

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

圖4　天線轉子工作狀態原理

天線轉子安裝在轉軸上，轉軸通過軸承安裝在天線座內。電機帶動轉軸轉動，從而實現天線轉子的轉動。現場動平衡試驗步驟如下：

a.根據結構特點布置傳感器，連接測試儀器，如圖5所示。

圖5　傳感器的布置

b.初始狀態響應測試。啟動電機，當轉子達到穩定的工作轉速后，測得軸承處的響應。

c.安裝試重后的響應測試。在指定位置增加試重，測得工作轉速下軸承處的響應，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量及方位。

d.安裝配重。

e.安裝配重后的響應測試。在天線轉子平穩的運行在工作轉速時，測得軸承處的響應，驗證平衡效果。

f.反復重復以上步驟，直到殘余不平衡量滿足測試要求的精度等級。

4測試數據及分析

4.1　初始狀態響應測試

初始狀態響應測試數據如圖6所示。振動速度有效值為0.099 mm/s，轉速頻率為1 Hz，幅值為0.02 mm/s，占50 Hz以下頻率峰值第8位。

圖6　初始狀態響應測試數據

4.2　安裝試重后的響應測試

在83°位置上加1 050 g試重質量。天線轉子再次運轉起來后進行測試。加完配重后的振動為 0.004 mm/s，角度為96.3°。通過計算，得出應在97.8°位置增加922.6 g質量的結論。

4.3　安裝配重后的響應測試

在計算位置增加配重后，再次進行響應測試，測試數據如圖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振動已經降到0.014 mm/s，而且1 Hz已經不在峰值前10位的列表內。

圖7　安裝配重后的響應數據

4.4　殘余不平衡量測試

將天線轉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，所以將螺釘等效為處于0°方向，等效質量是48 g的集中質量。再次進行響應測試和分析，得出在平衡半徑處的殘余不平衡質量僅為469.2 g。考慮到測試系統誤差，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試驗結論

根據試驗數據及分析，可以得到如下結論：

a.現場動平衡試驗前進行的靜配平工作效果很好，初始狀態的響應不大，振動主要成分是通過頻率，也就是旋轉體和空氣產生的振動。

b.通過現場動平衡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(剛性)轉子平衡品質要求 第1部分：規范與平衡允差》G40的量值，滿足要求。

6結束語

大型天線轉子的現場動平衡試驗達到了預期效果，取得了圓滿成功。在動平衡試驗之前先進行靜配平工作，能有效規避直接進行動平衡試驗有可能損壞傳動系統的隱患。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[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：華中工學院出版社，1985.