1. 靜平衡量計(jì)算
靜平衡的基本原理是合力矩為零。如果轉(zhuǎn)子存在不平衡質(zhì)量m_1,其質(zhì)心到旋轉(zhuǎn)軸的距離為r_1,要在距離旋轉(zhuǎn)軸r_2處添加平衡質(zhì)量m_2,根據(jù)力矩平衡原理m_1gr_1=m_2gr_2,則平衡質(zhì)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(jì)算:適用于軸向尺寸較小(一般軸向?qū)挾萣與直徑D之比b/D < 0.2)的盤狀轉(zhuǎn)子,如飛輪、砂輪等。當(dāng)這些轉(zhuǎn)子制造完成后,在安裝前需要檢查靜平衡。例如,在砂輪生產(chǎn)過程中,由于砂輪是盤狀結(jié)構(gòu),為防止其在安裝后的高速旋轉(zhuǎn)中因質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)軸而產(chǎn)生振動,需要進(jìn)行靜平衡計(jì)算和校正,保證其在靜止?fàn)顟B(tài)下任意位置都能保持平衡。
2. 動平衡計(jì)算(雙面平衡)
國際上廣泛采用ISO 1940 - 1標(biāo)準(zhǔn)來衡量動平衡精度。該標(biāo)準(zhǔn)將動平衡精度分為多個等級,從G0.4到G4000,數(shù)字越小表示精度越高。動平衡精度等級G的計(jì)算公式為G =eω/1000,其中e是轉(zhuǎn)子單位質(zhì)量的不平衡量(單位:g·mm/kg),ω是轉(zhuǎn)子的角速度(單位:rad/s)。
對于長軸類轉(zhuǎn)子(一般軸向?qū)挾萣與直徑D之比\(b/D\geqslant0.2\)),采用雙面平衡法。設(shè)轉(zhuǎn)子兩端面為A和B,在這兩個平面上分別有不平衡質(zhì)量m_A和m_B,它們到左、右支承點(diǎn)的距離分別為L_A、L_B,轉(zhuǎn)子長度為L,轉(zhuǎn)速為ω。根據(jù)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(diǎn),合力矩為零)。在實(shí)際應(yīng)用中,通過測量轉(zhuǎn)子在兩個平面上的振動幅值A(chǔ)A和AB來間接計(jì)算不平衡量。假設(shè)振動幅值與不平衡量成正比((A = kmr),k是比例系數(shù),與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、材料等有關(guān)),通過聯(lián)立方程求解可以得到m_A和m_B以及它們的位置。
風(fēng)機(jī)葉片的動平衡校驗(yàn)
什么時候考慮動平衡計(jì)算對于電機(jī)轉(zhuǎn)子、曲軸等長軸類旋轉(zhuǎn)部件,在制造、維修(如更換零部件)或改造后需要進(jìn)行動平衡計(jì)算。因?yàn)檫@些部件在高速旋轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)曲軸在經(jīng)過機(jī)械加工、更換連桿大頭瓦等操作后,由于質(zhì)量分布可能發(fā)生變化,必須進(jìn)行動平衡計(jì)算,以確保曲軸在發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行。