机械振动：平衡

平衡原理

在绕定轴转动的转子上﹐各质点的离心惯性力组成一个空间力系﹐根据力学原理将它们向任何一点简化﹐均可得到一个离心惯性力F 和一个惯性力偶。这个离心惯性力和惯性力偶将引起转子的振动﹐这种转子称为不平衡转子。不平衡转子在转动时﹐可能会发生转子断裂的重大事故。为了使转子得到平衡﹐必须满足F =0﹐=0的条件﹐这就是转子平衡的力学原理。

设计转子时﹐可以通过合理分配质量﹐使转子在理论上达到平衡。但是﹐由於转子材料的缺陷和制造的误差等因素﹐转子仍会产生不平衡﹐而这种不平衡又有很大的随机性。因此﹐转子在装配前必须进行平衡试验﹐再调整转子质量的分布以达到所需的平衡精度﹐从而保证转子的正常运行。此外﹐连杆机构也有平衡的问题。

转子的平衡 分为刚性转子的平衡和挠性转子的平衡。工作转速小於0.75倍第一阶临界转速的转子称为刚性转子﹔工作转速大於 1.4倍第一阶临界转速的转子称为挠性转子。刚性转子的平衡﹕分为静平衡和动平衡。一般在转子的长度L 与转子外径D 之比L /D ≦1/5时﹐可进行静平衡﹔当L /D ≧1时则必须进行动平衡。对於皮带轮﹑齿轮﹑飞轮和钟表摆轮等轴向尺寸小﹑径向尺寸大的转动件﹐由惯性力偶引起的支承动反力较小﹐可忽略不计。这类转子可看成为同一平面内的回转质量﹐它们的平衡条件是惯性力F =0。只要设法将其质心移至轴线上﹐则转子就处於平衡状态。这种移动质心至轴线上的平衡方法称为转子静平衡﹐可在专门的静平衡架上进行。轴向长度较大的转子﹐如多级汽轮机﹑发电机和电动机的转子等﹐都应看作是不在同一平面的回转质量。它们的平衡条件应该同时满足不平衡惯性力F =0和不平衡惯性力偶=0的条件。这一类的平衡问题称为转子动平衡。进行转子动平衡计算时﹐可根据静力学定律将所有不平衡质量产生的离心惯性力﹐分配到两个任意选择的校正面Ⅰ和Ⅱ上﹐并简化为两个等效不平衡惯性力和。这样便可以在校正面Ⅰ﹑Ⅱ上分别加上两个校正质量﹐使其产生的离心惯性力分别与等效不平衡惯性力和大小相等﹐方向相反﹐转子即可得到平衡。但是﹐转子由於材料不均匀和制造误差等原因造成的质量不平衡具有很大的随机性﹐事先无法用计算确定﹐所以这类转子在制造出来以后一般都需要在动平衡试验机上测定其在两个预定的校正面上应加的校正质量﹐以便校正。挠性转子的平衡﹕挠性转子必须进行动平衡﹐其方法是﹕先将转子在刚性范围内﹐即工作转速小於0.75倍第一阶临界转速时进行动平衡﹐再在挠性范围内﹐即工作转速大於 1.4倍第一阶临界转速时测出其弯曲变形﹐作为新的不平衡﹐然后用两个大小相同而方向相反的校正力矩来防止弯曲变形。这种平衡的关键是﹕合理选择校正面﹐正确分布平衡质量﹐使转子内的弯矩尽可能小。多年来人们一直在研究挠性转子的平衡试验。由於各种转子的特性和采用的平衡设备不同﹐平衡方法也不同。利用电子计算机收集和处理数据﹐可大大提高平衡效率。2100433B

2019年10月18日，《机械振动—转子平衡第21部分：平衡机的描述与评定》发布。

2020年5月1日，《机械振动—转子平衡第21部分：平衡机的描述与评定》实施。

主要起草单位：上海申克机械有限公司、孝感松林国际计测器有限公司、深圳市华测检测有限公司、郑州机械研究所、中机试验装备股份有限公司、上海衡望智能科技有限公司、上海申联试验机有限公司。

主要起草人：孙华刚、张金伟、舒宗昊、李鹏、张世民、郭强、黄润华。