第十一章機(jī)械的平衡

1、PAGE PAGE 246第十一章 機(jī)械的平衡內(nèi)容提要本章主要介紹機(jī)械平衡的基本概念，剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)與靜平衡實(shí)驗(yàn)，剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)與動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。并簡(jiǎn)要介紹撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)。11.1概述11.1.1機(jī)械平衡的目的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件由于制造、裝配誤差，材質(zhì)不均等原因造成質(zhì)量分布不均，使得質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上，導(dǎo)致構(gòu)件所產(chǎn)生的不平衡慣性力將在運(yùn)動(dòng)副中引起附加的動(dòng)載荷。這不僅會(huì)加劇運(yùn)動(dòng)副的磨損，降低機(jī)械的效率，而且會(huì)降低構(gòu)件的有效承載能力，縮短構(gòu)件的使用壽命。此外，由于這些不平衡慣性力的大小和方向都是周期性變化的，所以將會(huì)引起機(jī)械及其基礎(chǔ)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。如果振動(dòng)頻率接近系統(tǒng)的固有頻率，將

2、會(huì)引起共振，導(dǎo)致零件材料內(nèi)部疲勞損傷加劇，從而有可能使機(jī)械設(shè)備遭到破壞，影響機(jī)械工作質(zhì)量，甚至危及人員及廠房安全。尤其在高速、重型機(jī)械和精密機(jī)械中，更應(yīng)注意平衡這一問題。例如某航空電機(jī)的轉(zhuǎn)子，自重為10N，重心與回轉(zhuǎn)軸線的偏距為0.2 mm，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速為9000r/min時(shí)，該轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心慣性力為180N，為轉(zhuǎn)子自重的18倍。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，慣性力的大小和方向始終在變化，將對(duì)運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生動(dòng)壓力?？梢?，慣性力對(duì)機(jī)械的工作性能有極大的影響，必須予以高度的重視。機(jī)械平衡的目的就是研究慣性力分布及其變化規(guī)律，采取相應(yīng)的措施消除或盡量減小慣性力的不良影響，以改善機(jī)械的工作性能、延長(zhǎng)機(jī)械的使用壽命、降低噪音

3、污染，并改善現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境。應(yīng)當(dāng)指出，不平衡慣性力并非都是有害的，如振實(shí)機(jī)、按摩機(jī)、蛙式打夯機(jī)、振動(dòng)打樁機(jī)、振動(dòng)運(yùn)輸機(jī)等卻是利用構(gòu)件產(chǎn)生的不平衡慣性力所引起的振動(dòng)來(lái)工作的。對(duì)于此類機(jī)械，則是如何合理利用不平衡慣性力的問題。11.1.2 機(jī)械平衡研究的內(nèi)容1轉(zhuǎn)子的平衡繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子（rotor），如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、離心機(jī)等機(jī)器都以轉(zhuǎn)子為工作的主體。轉(zhuǎn)子可分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子兩種。1）剛性轉(zhuǎn)子的平衡當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速低于其一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)（一般為， nc1為轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速），其旋轉(zhuǎn)軸線撓曲變形可以忽略，完全可以看作是剛性物體，此時(shí)稱為剛性轉(zhuǎn)子（rigid rotor）。剛性轉(zhuǎn)

4、子平衡時(shí)可基于理論力學(xué)中力系平衡的原理，通過(guò)重新調(diào)整轉(zhuǎn)子上質(zhì)量的分布，使其質(zhì)心位于回轉(zhuǎn)軸線的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。剛性轉(zhuǎn)子的平衡是本章要介紹的主要內(nèi)容。2）撓性轉(zhuǎn)子的平衡當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速高于其一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，且轉(zhuǎn)子的徑向尺寸較小，長(zhǎng)徑比較大，重量大，此時(shí)轉(zhuǎn)子在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形，此變形不可忽略，并且離心慣性力會(huì)顯著增加，此時(shí)稱為撓性轉(zhuǎn)子（flexible rotor）。撓性轉(zhuǎn)子平衡時(shí)可基于彈性梁的橫向振動(dòng)理論，其平衡難度很大，本章只作簡(jiǎn)單介紹。2機(jī)構(gòu)的平衡對(duì)于存在有往復(fù)移動(dòng)或平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的機(jī)構(gòu)，因其質(zhì)心位置隨機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化，其慣性力無(wú)法就該構(gòu)件本身加以平衡，因而必須就整個(gè)機(jī)構(gòu)加以研

5、究，設(shè)法使機(jī)構(gòu)的慣性力的合力和合力偶得到完全或部分的平衡。此類平衡問題必須就整個(gè)機(jī)構(gòu)加以研究，稱為機(jī)構(gòu)的平衡。機(jī)械平衡的方法有平衡設(shè)計(jì)和平衡試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)階段，除應(yīng)滿足機(jī)械的工作要求及制造工藝要求外，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采取措施消除或減少產(chǎn)生有害振動(dòng)的不平衡慣性力與慣性力矩，該過(guò)程稱為機(jī)械的平衡設(shè)計(jì)。經(jīng)平衡設(shè)計(jì)的機(jī)械，盡管理論上已經(jīng)達(dá)到平衡，但由于制造誤差、裝配誤差及材質(zhì)不均勻等非設(shè)計(jì)因素的影響，實(shí)際制造出來(lái)后往往達(dá)不到原始的設(shè)計(jì)要求，仍會(huì)產(chǎn)生新的不平衡現(xiàn)象。這種不平衡在設(shè)計(jì)階段是無(wú)法確定和消除的，必須采用試驗(yàn)的方法對(duì)其做進(jìn)一步平衡。11.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡11.2.1 剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡對(duì)于軸向尺寸較小

6、的盤狀轉(zhuǎn)子（即轉(zhuǎn)子的軸向?qū)挾萣與其直徑D之比），例如砂輪、凸輪、飛輪以及大部分的齒輪和帶輪，它們的質(zhì)量可近似的認(rèn)為分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)。如果質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時(shí)偏心質(zhì)量就會(huì)產(chǎn)生離心慣性力，從而在運(yùn)動(dòng)副中引起附加的動(dòng)壓力。這種不平衡現(xiàn)象在轉(zhuǎn)子靜態(tài)時(shí)即可表現(xiàn)出來(lái)，故稱為靜不平衡（static unbalance）。為了消除離心慣性力的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)確定各偏心質(zhì)量的大小和方位，然后計(jì)算為平衡偏心質(zhì)量所需增加或減小的平衡質(zhì)量的大小和方位，以使所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子理論上達(dá)到靜平衡。該過(guò)程稱為剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)。 如圖11-1a所示盤狀轉(zhuǎn)子，已知分布于同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的偏心質(zhì)量為、和，

7、回轉(zhuǎn)中心至各偏心質(zhì)量的矢徑分別為、和。當(dāng)轉(zhuǎn)子以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力分別為 （，2，3）（11-1）為平衡上述離心慣性力，可在該平面內(nèi)矢徑為處增加一個(gè)平衡質(zhì)量，使其產(chǎn)生的離心慣性力為與各偏心質(zhì)量的離心慣性力相平衡，即（11-2）式中所以 消去后可得（11-3）式（11-3）中質(zhì)量與矢徑的乘積稱為質(zhì)徑積，它表示在同一轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子上各離心慣性力的相對(duì)大小和方位。由上述分析可知，剛性轉(zhuǎn)子靜平衡的條件為分布于轉(zhuǎn)子上的各偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零或其質(zhì)徑積的矢量和為零。 （a） （b）圖11-1 剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)平衡塊的質(zhì)徑積的大小和方位，可用圖解法或者解析法來(lái)求得。圖解法是

8、根據(jù)各偏心質(zhì)量的質(zhì)徑積的大小和方位，選擇合適的比例作出首尾相接的矢量圖，最后用平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積去封閉矢量圖，即可得到平衡質(zhì)量質(zhì)徑積的大小和方位，圖11-1b所示為用圖解法求解的過(guò)程。解析法是以回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)O，在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)創(chuàng)建直角坐標(biāo)系，根據(jù)力平衡條件，由及可得（11-4） 式中，為第個(gè)偏心質(zhì)量的矢徑與方向的夾角（從軸正向到，沿逆時(shí)針方向?yàn)檎瑸槠胶赓|(zhì)量的方位角。解方程（11-4），可求出應(yīng)在轉(zhuǎn)子上增加的平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積的大小。 （11-5） 根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選定后，即可求出平衡質(zhì)量，其所在的方位角為：（11-6） 根據(jù)式（11-6）中分子分母的正負(fù)號(hào)可確定所在的象限。靜平衡設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)說(shuō)明：（1

9、）為使轉(zhuǎn)子總質(zhì)量不致過(guò)大，應(yīng)盡可能將選大些。（2）若轉(zhuǎn)子實(shí)際結(jié)構(gòu)不允許在矢徑方向(方向)上安裝平衡質(zhì)量，即采用增重法，亦可在矢徑的反方向（方向）上去除相應(yīng)的質(zhì)量來(lái)使轉(zhuǎn)子得到平衡，即為去重法。（3）若偏心質(zhì)量所在的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，實(shí)際結(jié)構(gòu)不允許安裝或去除平衡質(zhì)量，則應(yīng)根據(jù)平行力的合成與分解原理，在另外兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)分別安裝或去除合適的平衡質(zhì)量。如圖11-2所示，在原平衡平面兩側(cè)選定任意兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面和，它們與原平衡平面的距離分別為和，設(shè)在和面內(nèi)分別裝上平衡質(zhì)量和，則必須滿足平行力分解的關(guān)系式，即圖11-2 質(zhì)徑積分解到兩個(gè)平面（4）對(duì)于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，無(wú)論有多少個(gè)偏心質(zhì)量，都只需要在同一平衡面內(nèi)適當(dāng)?shù)?/p>

10、增加或去除一個(gè)平衡質(zhì)量即可獲得平衡，故靜平衡又稱單面平衡。【例11-1】如圖11-3所示的盤形回轉(zhuǎn)件上存在三個(gè)偏心質(zhì)量，已知，設(shè)所有不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，現(xiàn)用去重法來(lái)平衡，求所需挖去的平衡質(zhì)量的大小和方位（設(shè)挖去質(zhì)量處的半徑）。解：由方程（11-4）和式（11-5）可得，應(yīng)增加的平衡質(zhì)量為由式（11-6）可得挖去的質(zhì)量應(yīng)在矢量的反方向，即第二象限中，方位角為且處挖去18.0277 kg質(zhì)量?！纠?1-2】如圖11-4所示為一鋼制圓盤，盤厚，位置1處有一直徑的通孔，位置2處是一質(zhì)量的重塊，為了使圓盤達(dá)到靜平衡，需在圓盤上處制一通孔。試求此孔的直徑與位置。（鋼的密度) 圖11-3 盤形回

11、轉(zhuǎn)件 圖11-4 鋼制圓盤解：根據(jù)題意，為了達(dá)到平衡需在圓盤上再制一孔，為計(jì)算方便，可將位置2處的不平衡重塊產(chǎn)生的離心慣性力的方向置為反方向（即30方向），即相當(dāng)于在圓盤上距離回轉(zhuǎn)中心O點(diǎn)200mm且方位角為30處有一質(zhì)量為0.5kg的孔，此孔所產(chǎn)生的離心慣性力與2處的不平衡重塊產(chǎn)生的離心慣性力相當(dāng)。 根據(jù)靜平衡條件可知以回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)O，創(chuàng)建直角坐標(biāo)系，由及可得，。由可得，即在為253處且為21mm處加工一直徑為42mm的通孔即可達(dá)到平衡。經(jīng)過(guò)上述靜平衡計(jì)算后轉(zhuǎn)子在理論上已經(jīng)達(dá)到靜平衡，但由于制造和裝配的不精確及材質(zhì)不均勻等非設(shè)計(jì)因素的影響，實(shí)際制造出來(lái)后往往達(dá)不到原始的設(shè)計(jì)要求，仍會(huì)產(chǎn)生新

12、的不平衡現(xiàn)象，此時(shí)只能通過(guò)靜平衡試驗(yàn)來(lái)確定平衡質(zhì)量的大小和方位。靜平衡所用的設(shè)備稱為靜平衡架，如圖11-5a所示為導(dǎo)軌式靜平衡架，兩導(dǎo)軌水平且互相平行，導(dǎo)軌的端口形狀常做成刀口狀或圓弧狀。試驗(yàn)時(shí)，將轉(zhuǎn)子用支承置于導(dǎo)軌上并讓其輕輕地自由滾動(dòng)，由于任何物體在重力的作用下，其質(zhì)心總是處于最低位置，故當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸上時(shí)，轉(zhuǎn)子不能在任意位置保持靜止不動(dòng)，到質(zhì)心位于最低位置時(shí)才靜止不動(dòng)，這時(shí)在質(zhì)心相反的方向任意向徑處加一平衡質(zhì)量（一般用橡皮泥），反復(fù)試驗(yàn)，并加減平衡質(zhì)量，直至轉(zhuǎn)子可在任意位置保持靜止為止，即說(shuō)明轉(zhuǎn)子的質(zhì)心已在回轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子已達(dá)到靜平衡。根據(jù)橡皮泥的質(zhì)量和位置，得到平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積。最

13、后，根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，在合適的位置增加或減少相應(yīng)的平衡質(zhì)量。 （a） （b） 圖11-5 靜平衡架導(dǎo)軌式靜平衡架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，平衡精度較高，但必須保證支承轉(zhuǎn)子的導(dǎo)軌的端口在同一水平面內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子兩端支承軸頸不相等時(shí)，就無(wú)法在其上進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)。此時(shí)，可用圖11-5b所示的圓盤式靜平衡架。平衡時(shí)將轉(zhuǎn)子的軸頸支承在兩對(duì)圓盤上，每個(gè)圓盤均可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而且一端的支承高度可以調(diào)整，以適應(yīng)兩端軸頸不相等的轉(zhuǎn)子。圓盤式靜平衡架的平衡試驗(yàn)方法與上述導(dǎo)軌式靜平衡架相同，其使用較為方便，但因軸頸與圓盤間的摩擦阻力較大，故平衡精度不如導(dǎo)軌式的靜平衡架高。因需要反復(fù)試驗(yàn)，上述兩種靜平衡架工作效率較低，故當(dāng)需要平衡

14、試驗(yàn)的轉(zhuǎn)子批量較大時(shí)可用單面平衡機(jī)，通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子不平衡慣性力所引起的支承的振動(dòng)或支承所受的動(dòng)載荷來(lái)迅速地測(cè)出轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量的大小和方位。11.2.2 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡當(dāng)盤狀轉(zhuǎn)子的軸向尺寸較大時(shí)（即轉(zhuǎn)子的軸向?qū)挾萣與其直徑D之比時(shí)），例如多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、電機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)床主軸等，就不能認(rèn)為其質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而是分布在若干個(gè)不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，此時(shí)，即便轉(zhuǎn)子的質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上，由于各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面，因此將形成慣性力偶使轉(zhuǎn)子仍處于不平衡狀態(tài)。這種不平衡狀態(tài)只有當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才能顯示出來(lái)，故稱其為動(dòng)不平衡。因此，對(duì)此類動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)轉(zhuǎn)子

15、的結(jié)構(gòu)，確定各回轉(zhuǎn)平面內(nèi)偏心質(zhì)量的大小和方位，然后計(jì)算所需增加的平衡質(zhì)量的數(shù)目、大小及方位，以使所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子理論上達(dá)到動(dòng)平衡。 如圖11-6所示，不平衡質(zhì)量、分布在1、2、3三個(gè)不同回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，向徑分別為、，方位如圖所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子以角速度回轉(zhuǎn)時(shí)，由于三個(gè)不平衡質(zhì)量產(chǎn)生離心慣性力不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，故為一空間力系。由理論力學(xué)可知，若要此三個(gè)離心慣性力達(dá)到平衡，可將各力分別分解為兩個(gè)與其相平行的分力然后再求平衡。因此，首先選定兩個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子軸線的平面、，和之間的距離為l，平面1至平面、的距離分別為、，則由理論力學(xué)可知，平面1中的不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力可用分解到平面和中的力和來(lái)代替。，因此，圖11

16、-6 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)以上分析表明：原來(lái)的空間力系中的三個(gè)不平衡離心慣性力完全可用平面中的、及平面中的、來(lái)代替，這樣就可將空間力系的平衡問題轉(zhuǎn)化為兩個(gè)平面匯交力系的平衡問題，即剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)問題可用靜平衡設(shè)計(jì)的方法來(lái)解決了。對(duì)于平面，可在該平面內(nèi)增加一個(gè)平衡質(zhì)量，該平衡質(zhì)量的向徑為，其產(chǎn)生的離心慣性力為與、相平衡。由式（11-2）可知將各力的大小代入可得（11-7）式中，。用靜平衡設(shè)計(jì)的方法求解式（11-7）可得的大小和方位，沿方向適當(dāng)選定的大小，即可求得平面內(nèi)應(yīng)加的平衡質(zhì)量。同理，對(duì)于平面有（11-8） 式中，。同樣采用靜平衡設(shè)計(jì)的方法求解式（11-8）可得的大小和方位，沿方向適當(dāng)

17、選定的大小，即可求得平面內(nèi)應(yīng)加的平衡質(zhì)量。由以上分析可知，不平衡質(zhì)量、可通過(guò)平面、中的平衡質(zhì)量和進(jìn)行平衡。故平面和稱為平衡平面或校正平面，其垂直于轉(zhuǎn)子的軸線。動(dòng)平衡設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）動(dòng)平衡的條件：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子上分布在不同平面內(nèi)的各個(gè)質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力及合力矩均為零，即及。（2）對(duì)于動(dòng)不平衡的轉(zhuǎn)子，無(wú)論它有多少個(gè)偏心質(zhì)量以及分布在多少個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只需要在選定的兩個(gè)平衡平面、內(nèi)各增加或減少一個(gè)合適的平衡質(zhì)量，即可使轉(zhuǎn)子獲得動(dòng)平衡，故動(dòng)平衡又稱為雙面平衡。在選擇平衡平面和時(shí)，需考慮轉(zhuǎn)子的實(shí)際結(jié)構(gòu)和安裝空間，以便于安裝或去除平衡質(zhì)量。此外，考慮力矩平衡的效果，兩平衡平面間

18、的距離應(yīng)適當(dāng)大一些，通常在實(shí)際中常選結(jié)構(gòu)上允許加重或去重的端面，同時(shí)在條件允許的情況下，為了減小平衡質(zhì)量，可將平衡質(zhì)量的向徑取得大一些。（3）由于動(dòng)平衡同時(shí)滿足靜平衡的條件，所以經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡；反之，經(jīng)過(guò)靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定動(dòng)平衡?！纠?1-3】如圖11-7所示為一滾筒軸，已知其上的偏心質(zhì)量，、均為0.4kg，各偏心質(zhì)量的軸向位置如圖所示，且各偏心質(zhì)量的向徑均為100mm，若選擇滾筒軸兩端面作為平衡平面，試對(duì)該滾筒軸進(jìn)行動(dòng)平衡設(shè)計(jì)。圖11-7 滾筒軸的動(dòng)平衡解：根據(jù)動(dòng)平衡的方法，將各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力向平面和中分解，則由前文分析可知，平面中： 根據(jù)平衡條件及式（11-5）、（11-

19、6）可得：平面中：根據(jù)平衡條件及式（11-5）、（11-6）可得：若設(shè)，則平衡平面和中應(yīng)增加的平衡質(zhì)量分別為：剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡是通過(guò)專用的動(dòng)平衡機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)平衡機(jī)種類較多，如通用平衡機(jī)、專用平衡機(jī)（如曲軸平衡機(jī)、渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡機(jī)、傳動(dòng)軸平衡機(jī)等）等，其作用均為測(cè)定需加于兩個(gè)平衡基面中平衡質(zhì)量的大小及方位。工業(yè)上用的較多的動(dòng)平衡機(jī)都是根據(jù)振動(dòng)原理來(lái)設(shè)計(jì)的。通常將轉(zhuǎn)子置于支承上，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于不平衡而產(chǎn)生離心慣性力和慣性力偶矩，這將導(dǎo)致支承產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，利用測(cè)振傳感器可將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)電子線路加以處理和放大，最后可測(cè)定被測(cè)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積的大小和方位。動(dòng)平衡機(jī)上的支承轉(zhuǎn)子

20、支架有軟支承和硬支承兩種。如圖11-8a所示的軟支承轉(zhuǎn)子支架由兩片彈簧懸掛起來(lái)，可沿振動(dòng)方向往復(fù)擺動(dòng)，剛度較小，軟支承動(dòng)平衡機(jī)的轉(zhuǎn)子工作頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率，一般情況下，轉(zhuǎn)子在的情況下工作。如圖11-8b所示的硬支承轉(zhuǎn)子剛度較大，硬支承動(dòng)平衡機(jī)的轉(zhuǎn)子工作頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的固有頻率，一般情況下，轉(zhuǎn)子在的情況下工作。 （a） （b）圖11-8 動(dòng)平衡機(jī)支承轉(zhuǎn)子支架如圖11-9所示為一帶微機(jī)系統(tǒng)的硬支承動(dòng)平衡機(jī)的工作原理示意圖，它通過(guò)支承處的傳感器來(lái)拾取平衡機(jī)主軸箱端部小發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和相位基準(zhǔn)信號(hào)作為振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)預(yù)處理電路進(jìn)行濾波和放大，并將振動(dòng)信號(hào)調(diào)整到A/D轉(zhuǎn)換卡所

21、要求的輸入量的范圍內(nèi)，再輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和解算，給出兩平衡平面上需加平衡質(zhì)量的大小和相位。發(fā)電機(jī)將提取的轉(zhuǎn)速信號(hào)和相位基準(zhǔn)信號(hào)處理成為方波或脈沖信號(hào)，利用方波的上升沿或正脈沖通過(guò)計(jì)算機(jī)的PIO口觸發(fā)中斷，從而使計(jì)算機(jī)開始和終止計(jì)數(shù)，以測(cè)量轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)周期。圖11-9 帶微機(jī)系統(tǒng)的硬支承動(dòng)平衡機(jī)的工作原理圖需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)轉(zhuǎn)子尺寸較大時(shí)，如幾十噸重的大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，一般無(wú)法在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行平衡，有些回轉(zhuǎn)體的工作環(huán)境為高熱或高電磁場(chǎng)等，由于熱變形或磁滯伸縮變形等，使在動(dòng)平衡機(jī)上已達(dá)到的平衡遭到破壞，又由于運(yùn)輸或維修等原因，需要對(duì)平衡好的回轉(zhuǎn)體重新進(jìn)行組裝，仍會(huì)發(fā)生微小變形而造成不平衡。在此情況

22、下，一般可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡。所謂現(xiàn)場(chǎng)平衡，即通過(guò)直接測(cè)量機(jī)器中轉(zhuǎn)子支架的振動(dòng)來(lái)確定轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的大小和方位，進(jìn)而確定應(yīng)加平衡質(zhì)量的大小和方位，使轉(zhuǎn)子得以平衡。值得一提的是，絕對(duì)的平衡是很難做到的，即經(jīng)過(guò)平衡實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)子，不可避免的還會(huì)有一些殘存的不平衡量，若要減小這些不平衡量，則需要更精密的平衡實(shí)驗(yàn)裝置，更先進(jìn)的測(cè)試手段和更高的平衡技術(shù)，所以隨便提高平衡精度是不合理的，實(shí)際上無(wú)需做到轉(zhuǎn)子的完全平衡，只要滿足其實(shí)際工作要求即可。因此根據(jù)工作要求，對(duì)轉(zhuǎn)子規(guī)定適當(dāng)?shù)脑S用不平衡量是很有必要的。轉(zhuǎn)子的許用不衡量有質(zhì)徑積表示法和偏心距表示法。轉(zhuǎn)子的許用不平衡質(zhì)徑積以表示，它是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)的一個(gè)相對(duì)量。常用于

23、具體給定的轉(zhuǎn)子，它比較直觀又便于平衡操作，但是不能反映轉(zhuǎn)子和平衡機(jī)的平衡精度。轉(zhuǎn)子的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)軸線的許用偏心距以表示，它是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量無(wú)關(guān)的絕對(duì)量，用于衡量轉(zhuǎn)子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的檢測(cè)精度時(shí)，比較方便。目前我國(guó)尚未規(guī)定平衡精度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，表11-1為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定的各種典型轉(zhuǎn)子的平衡精度與對(duì)應(yīng)的許用不平衡量，可供參考使用。表11-1 各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級(jí)典型例子舉例A40004000剛性安裝的具有奇數(shù)個(gè)汽缸的低速船用柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A16001600剛性安裝的大型兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A630630剛性安裝的大型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；彈性安裝的船用柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A

24、250250剛性安裝的高速四缸柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A100100六缸或六缸以上的高速柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；汽車和機(jī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)A4040汽車輪、輪緣、輪組、傳動(dòng)軸；彈性安裝的六缸或六缸以上的高速四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；汽車和機(jī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸傳動(dòng)裝置A1616特殊要求的傳動(dòng)軸（螺旋槳軸、萬(wàn)向傳動(dòng)軸）；破碎機(jī)械及農(nóng)用機(jī)械的零部件；汽車和機(jī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊部件；有特殊要求的六缸或六缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸傳動(dòng)裝置A6.36.3作業(yè)機(jī)械的回轉(zhuǎn)零件；船用主汽輪機(jī)的齒輪；風(fēng)扇；航空燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子部件；泵的葉輪；離心機(jī)鼓輪；機(jī)床及一般機(jī)械的回轉(zhuǎn)零部件；普通電機(jī)轉(zhuǎn)子；特殊要求的發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)零部件A2.52.5燃汽輪機(jī)

25、和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子部件；剛性汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子；透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；機(jī)床主軸和驅(qū)動(dòng)部件；特殊要求的大型和中型電機(jī)轉(zhuǎn)子；小型電機(jī)轉(zhuǎn)子；透平驅(qū)動(dòng)泵A1.01.0磁帶記錄儀及錄音機(jī)驅(qū)動(dòng)部件；磨床驅(qū)動(dòng)部件；特殊要求的微型電機(jī)轉(zhuǎn)子A0.40.4精密磨床的主軸、砂輪盤及電機(jī)轉(zhuǎn)子；陀螺儀表11-1中的轉(zhuǎn)子不平衡量以平衡精度A的形式給出，其值可由下式求得：（11-9）式中，A的單位為。 對(duì)于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，許用不平衡量在根據(jù)表格選定A值后可由上式求得。對(duì)于動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子，先由表中定出，再求得許用不平衡質(zhì)徑積，然后將其分配到兩個(gè)平衡基面上。分配時(shí)，以圖11-10所示轉(zhuǎn)子為例，質(zhì)心位于S點(diǎn)，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為m，兩平衡基面的許用不平衡質(zhì)徑積可按下式求得：（11-10） 圖11-10 許用質(zhì)徑積分配到兩個(gè)校正平面11.3 撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡簡(jiǎn)介在很多高速與大型回轉(zhuǎn)機(jī)械中，當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其旋轉(zhuǎn)軸線撓曲變形不可忽略，此時(shí)轉(zhuǎn)子不能再視為剛體，而成為撓性體，即撓性轉(zhuǎn)子。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中撓性轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形，即動(dòng)撓度，且彎曲變形量隨轉(zhuǎn)速變化，由此產(chǎn)生的離心慣性力也隨之明顯增大，所以撓性