轉(zhuǎn)子動力學(xué)
的一個研究內(nèi)容,指確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的不平衡量(離心力和離心力偶,見相對運動
)的位置和大小并加以消除的操作。不平衡量會引起轉(zhuǎn)子的橫向振動
,并使轉(zhuǎn)子受到不必要的動載荷,這不利于轉(zhuǎn)子正常運轉(zhuǎn)。所以,大多數(shù)轉(zhuǎn)子應(yīng)該進行動平衡。在機器制造或維修中,動平衡成為一道工序。
臥式硬支撐雙驅(qū)動平衡機
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的不平衡量是因轉(zhuǎn)子各微段的質(zhì)心不嚴格處于回轉(zhuǎn)軸線上引起的。各微段因質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸線而產(chǎn)生的離心力都垂直于回轉(zhuǎn)軸線。通過力的合成可把離心力系合成為少數(shù)的集中力,其方向仍垂直于軸線。一般說,至少要用分別作用于兩個橫截面上的兩個集中力才能代表原來的離心力系。若這兩個集中力剛好形成力偶,則原來的不平衡量在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)時是無法察覺和測量的;旋轉(zhuǎn)時,力偶才形成橫向干擾并引起轉(zhuǎn)子的振動。這種不平衡的效應(yīng)只有在旋轉(zhuǎn)的動態(tài)中才能察覺和測量,所以需要進行動平衡。與此相對的靜平衡是指當轉(zhuǎn)子的質(zhì)量很集中以致可以看作一個垂直于回轉(zhuǎn)軸線的不計厚度的薄盤時,不需旋轉(zhuǎn)就能進行的平衡。其作法是將轉(zhuǎn)子水平放置,偏重的一邊受重力作用會垂到下方,設(shè)法調(diào)整轉(zhuǎn)子質(zhì)心的位置,使之位于回轉(zhuǎn)軸線上。
在測出不平衡的位置和大小后,或是直接將它去掉,或是在它的對稱方向加上和它相應(yīng)的質(zhì)量來平衡它的效應(yīng),即通過去重或配重完成動平衡。
根據(jù)轉(zhuǎn)子的變形和質(zhì)量分布的情況,動平衡分為剛性轉(zhuǎn)子的動平衡和柔性轉(zhuǎn)子的動平衡。
剛性轉(zhuǎn)子的動平衡
對于工作轉(zhuǎn)速遠低于臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子,不平衡量引起的變形很小。這種轉(zhuǎn)子可按剛體處理,動平衡可在低速下進行,稱為剛性轉(zhuǎn)子的動平衡。在進行剛性轉(zhuǎn)子動平衡時,各微段的不平衡量引起的離心慣性力系可以簡化到任意選定的兩個截面上去,在這兩個面上作相應(yīng)的校正(去重或配重)即可完成動平衡。為找到兩個截面上不平衡量的方位和大小可使用動平衡機。常見的動平衡機分為軟支承式和硬支承式兩類,前者檢測不平衡量引起的振動;后者檢測不平衡轉(zhuǎn)子對支承的作用力。剛性轉(zhuǎn)子的動平衡問題已解決得較好。目前,國際標準化組織(ISO)已規(guī)定出各類剛性轉(zhuǎn)子動平衡的精度。
柔性轉(zhuǎn)子的動平衡
超臨界轉(zhuǎn)速工作的轉(zhuǎn)子在啟動和制動時,轉(zhuǎn)速必定通過臨界轉(zhuǎn)速,這時不平衡量會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生明顯的變形。若轉(zhuǎn)子各微段質(zhì)心對回轉(zhuǎn)軸線的偏離對變形有明顯的影響,則轉(zhuǎn)子不能按剛性轉(zhuǎn)子處理,相應(yīng)的動平衡稱為柔性轉(zhuǎn)子的動平衡。
方法有兩種:
①振型法。將不平衡量按轉(zhuǎn)子的各階固有振型分解。若動平衡時的轉(zhuǎn)速接近某臨界轉(zhuǎn)速,則這一階固有振型突出于其他各階之上。通過檢測該振型,就可找到為消除這一階不平衡分量所需的校正質(zhì)量的大小和應(yīng)放置的位置。逐階進行,就可完成動平衡。
②影響系數(shù)法。在轉(zhuǎn)子上選定若干個校正面和若干個測量面并進行多次運轉(zhuǎn)校正。某校正面上單位校正量在一定轉(zhuǎn)速下引起的某測量面的振動就是一個影響系數(shù)。通過測量或計算求出這些影響系數(shù),便可根據(jù)不平衡量引起的振動,確定為將各測量面的振動限制在某量值以下,各校正面應(yīng)加配重(或去重)的位置和大小。在這兩個方法的基礎(chǔ)上還發(fā)展了其他方法,例如振型圓法等。
在轉(zhuǎn)子兩個校正面上同時進行校正平衡,校正后的剩余不平衡量,以保證轉(zhuǎn)子在動態(tài)時是在許用不平衡量的規(guī)定范圍內(nèi),為動平衡又稱雙面平衡。