1. 靜平衡量計算
靜平衡的基本原理是合力矩為零。如果轉子存在不平衡質量m_1,其質心到旋轉軸的距離為r_1,要在距離旋轉軸r_2處添加平衡質量m_2,根據力矩平衡原理m_1gr_1=m_2gr_2,則平衡質量m_2 = m_1r_1/r_2,這里g是重力加速度。
什么時候考慮靜平衡計算:適用于軸向尺寸較。ㄒ话爿S向寬度b與直徑D之比b/D < 0.2)的盤狀轉子,如飛輪、砂輪等。當這些轉子制造完成后,在安裝前需要檢查靜平衡。例如,在砂輪生產過程中,由于砂輪是盤狀結構,為防止其在安裝后的高速旋轉中因質心偏離旋轉軸而產生振動,需要進行靜平衡計算和校正,保證其在靜止狀態下任意位置都能保持平衡。
2. 動平衡計算(雙面平衡)
國際上廣泛采用ISO 1940 - 1標準來衡量動平衡精度。該標準將動平衡精度分為多個等級,從G0.4到G4000,數字越小表示精度越高。動平衡精度等級G的計算公式為G =eω/1000,其中e是轉子單位質量的不平衡量(單位:g·mm/kg),ω是轉子的角速度(單位:rad/s)。
對于長軸類轉子(一般軸向寬度b與直徑D之比\(b/D\geqslant0.2\)),采用雙面平衡法。設轉子兩端面為A和B,在這兩個平面上分別有不平衡質量m_A和m_B,它們到左、右支承點的距離分別為L_A、L_B,轉子長度為L,轉速為ω。根據動平衡條件:離心力合力F = F_A + F_B=m_A r_Aω^2 + m_B r_Bω^2 = 0(軸向合力為零),離心力合力矩M = F_A L_A - F_B L_B=m_A r_Aω^2 L_A - m_B r_Bω^2 L_B = 0\)(以某一端為參考點,合力矩為零)。在實際應用中,通過測量轉子在兩個平面上的振動幅值AA和AB來間接計算不平衡量。假設振動幅值與不平衡量成正比((A = kmr),k是比例系數,與轉子的結構、材料等有關),通過聯立方程求解可以得到m_A和m_B以及它們的位置。
風機葉片的動平衡校驗
什么時候考慮動平衡計算對于電機轉子、曲軸等長軸類旋轉部件,在制造、維修(如更換零部件)或改造后需要進行動平衡計算。因為這些部件在高速旋轉時,即使靜平衡良好,由于離心力的軸向分布不均,也會引起振動。例如,汽車發動機曲軸在經過機械加工、更換連桿大頭瓦等操作后,由于質量分布可能發生變化,必須進行動平衡計算,以確保曲軸在發動機工作轉速范圍內平穩運行。