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静平衡/动平衡:刚性转子

在带有旋转部件的机器中,不平衡是最常见的振动源。这是现代机械设计中必须考虑的一个非常重要的因素,这样才能确保机器设备的高速运行与可靠性。转子的平衡可防止轴承过度负载和避免疲劳失效,从而延长机器的使用寿命。

Engineering services静平衡/动平衡:刚性转子
HANDBOOK BY MACDARA MACCAMHAOIL


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转子不平衡是质量分布不均的结果,会导致转子振动。

振动是由于不平衡的质量分量与旋转引起的径向加速度的相互作用而产生的,它们共同产生离心力。由于质量分量旋转,因此力也旋转,并试图使转子沿力的作用线运动。振动将传递到转子的轴承,每次转动,轴承上的任何一点都会承受该力。

Rotor unbalance

平衡
就是通过改善转子质量分布使转子在没有未补偿的离心力的情况下在其轴承中旋转的过程。这通常是通过在指定位置向转子增加补偿质量来实现的。也可以通过去除确定量的材料(例如通过钻孔)来实现。
 
现场平衡 就是在转子自身的轴承和支撑结构中(而不是在平衡机中)平衡转子的过程。

静不平衡 定义为转子重心的偏心矩,它是由距旋转中心一定半径处的点质量引起的(见图1)。要使重心恢复到旋转中心,需要有相等的质量,并与不平衡质量成180°角并位于相同半径处。静平衡涉及将主力分解为一个平面,并仅在该平面中添加校正质量。如果许多旋转零件(例如飞轮、砂轮、车轮等)的质量大部分集中在一个平面内或非常靠近一个平面,则均可视为静平衡问题。如果转子的直径大于其宽度的7到10倍,则通常将其视为单平面转子。

 

动态转子:不平衡计算

计算最大允许残余不平衡度时,假设转子的质量围绕重心均匀分布。如果转子的质量分布不均匀,则计算会稍微复杂一些。

在理想平衡的转子中,转子旋转时,其两端会受到相等的力。然而,如果转子的形状如图8所示,则两端的力将相等,但每个轴承的允许残余不平衡度将有所不同。重心位置将转子按1/3:2/3的比例划分。重心附近的力矩之和必须为零。因此,轴承A上的残余不平衡度是总残余不平衡度的2/3,而轴承B上的残余不平衡度是总残余不平衡度的1/3。

 

试验质量的选择

不平衡度用于计算试验质量的大小,在平衡过程中使用该质量来临时更改转子的质量分布,以确定不平衡度与轴承振动之间的关系。

要估算合适的试验质量值,必须确定转子的质量(kg)和进行校正所需的半径(mm)大小。最大残余MMR(克)通过下式得出:

Maximum Residual Mass
合适的试验质量是最大残余质量值的五到十倍。



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