机械平衡的概述

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欢迎访问e展厅 展厅 9 试验机展厅 干燥箱, 老化试验箱, 环境试验箱, 盐雾试验箱, 恒温恒湿箱, ... 一、机械平衡的目的(Destination of Mechanical Balance) 构件在运动过程中都将产生惯性力和惯性力矩，这必将在运动副中产生附 加的动压力，从而增大构件中的内应力和运动副中的摩擦，加剧运动副的磨损， 降低机械效率和使用寿命。消除惯性力和惯性力矩的影响，改善机构工作性能，就是研究机械平衡的目的。 二、平衡的内容及分类(Contents and Classification of Mechanical Balance) 1、机构平衡(Mechanism Balance) 所有构件的惯性力和惯性力矩，最后以合力和合力矩的形式作用在机构的机架上。这类平衡问题称为机构在机架上的平衡。 2、转子平衡(Rotor Balance) 3、挠性转子的平衡(Flexible Rotor Balance) 在高速机械中，当转子转速较高接近或超过回转系统的第一阶临界转速时，转子将产生明显的变形，这时转子将不能视为刚体，而成为一个挠性体。这种转子称 为挠性转子。 4、刚性转子的平衡(Rigid Rotor Balance) 当转子的工作转速较低，远低于其一阶临界转速时,转子完全可以看作是刚性物体,称为刚性转子。 三、挠性转子动平衡简介 1、挠性转子动平衡及其特点( Dynamic Balance of Flexible Rotor and Its Character) 在很多高速与大型回转机械中，转子的工作速度往往超过其本身的临界速度，这些转子在回转的过程中将产生明显的变形——动挠度，因而引起或加剧其支承的振动。由于动挠度的出现，使转子的不平衡状态复杂化了，即除由于质量分布不均造成的不平衡外，增加了由于转子弹性变形造成的不平衡，而后者又随工作转速按复杂规律变化。与刚性转子的平衡相比，挠性转子的动平衡具有以下两个特点： 1) 转子的不平衡质量对支承引起的动压力和转子弹性变形的形状随转子的工作转速而变化，因此，在某一转速下平衡好的转子，不能保证在其它转速下也是平衡的。 2) 减小或消除支承的动压力不一定能减小转子的弯曲变形。而明显的弯曲变形将对转子的结构、强度和工作性能产生有害的影响。 2、挠性转子动平衡原理及方法简介(Introduction to Principle and Method of Flexible Rotor Dynamic Balance) 在挠性转子的平衡原理是建立在弹性轴（梁）横向振动理论的基础上，其动平衡原理为： 挠性转子在任意转速下回转时所呈现的动挠度曲线，是无穷多阶振型组成的空间曲线，其前三阶振型是主要成分，振幅较大，其他高阶振型成分振幅很小，可以忽略不计。前三阶振型又都是由同阶不平衡谐分量激起的，可对转子进行逐阶平衡。即先将转子启动到第一临界转速附近，测量支承的振动或转子的动挠度，对第一阶不平衡量谐分量进行平衡。然后再将转子依次启动到第二、第三临界转速附近，分别对第二、第三阶不平衡量谐分量进行平衡。 在在挠性转子的动平衡方法有很多种，常见的是振型平衡法。由于比较复杂，需要时可参考专门文献。 四、现场动平衡 有些回转体系统体积巨大，以至于没有合适的动平衡机能支承行住它；有些小厂不具备利用动平衡机进行平衡的工工作条件；有些回转体的工作环境为高热或高电磁场等，由于热变形或磁滞伸缩变形等，使在动平衡机上已达到的平衡遭到破坏；又由于运输或维修等原因，需要对平衡好的回转体重新进行组装；所有这些情况，均多方面进行现场动平衡。广义的说，现场动平衡也可以包括进行单面静平衡及对柔性回转体的动平衡。 进行静平衡的方法很简单，首先在回转体附加支承处（最好离校正面距离最短），振动较大的方向（通常为水平方向）上，安置传感器，并接通一个测振仪.启动回转体至工作转速下记录振动响应的大小，高读数为X，对应着被测的不平衡量U，并存在关系式U=kx，对于刚性回转体而言，在固定的转速下，不论是硬支承还是软支承，k一定是个常数，所以也一定存在矢量关系式U=kx。为求出矢量x的角度（或相位）可采用转们两次法进行测量计算。即在回转体半径为r(mm)r 任意位置上，安置一块校验质量m(g),然后启动回转体至相同的转速 下，记录此时的振动响应，高读数为x1,显然，x1为原不平衡量U及校验不平衡量U1=mr共同作用产生的，即kx1=U+Ut.将校验质量m(g)转位180º，重新安置后再次启动回转体至相同转速下，记录此时的振动响应，高读数为X2,应有kx2=U-Ut,因而利用图解的方法，很容易求解矢量方程。 对于需要进行双面平衡的回转体，应使用能测量相位的现场动平衡测试仪器，因而需要在回转体上设置其准信号发生器，常用光电式.也有使用由支承处的振动信号触发的同步闪光灯，由于人眼的视觉暂停现象，会学得观察到的回转体，处于静止状态。若预先在校正面上设置了0°，90°，180°…等角度标记，便可在同步内光的情况下，便可以观察出设置的0°角度标记与某固定位置（例如水平方向）之间的夹角了。 有了其准信号，能确定支承处振动响应的复振幅XL及XR，便可按系数影响法计算不平衡量的大少了。进行现场动平衡时，通常并不知道系统的刚度矩阵或质量矩阵，也不容易确定支承的刚度或阴尼特性，以便进一步简化动刚度矩阵，这时可通过实验的方法，求出系统的动柔度矩阵，再通过求逆矩阵，求出刚度矩阵。这个方法称为影响系数法，在柔性回转体多校正面平衡中，也得到广泛应用。 影响系数法采用复数进行运算比较方便，其系数矩阵元素，也为复数，因而可以考虑阴尼的影响，而不像软支承动平衡机或硬支承动平衡机那样尽量减小支承的阴尼，并在分离解处时，将其略去不计。影响系数矩阵元素为w2的函获得，测试时，均应在固定转速下进行，转速变了，影响系数矩阵值也就变了。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/16/2005)