回转件的动平衡

    1.动平衡的概念

    对于轴向尺寸较大（L／D＞0.2）的回转构件，如电动机的转子、多缸发动机的曲轴等，不能认为其所有质量都分布在垂直于回转轴线的同一平面内，而是分布在一系列垂直于回转轴线的平行平面内。如图15－5a所示的双拐曲轴，其质量分布可简化在图15－5b所示的两平行平面Ⅰ和Ⅱ上的A和B点处，即使整个曲轴的质心位于回转轴线上，已满足静平衡条件，但回转时平面I和Ⅱ上的质量产生的离心力构成的不平衡的惯性力偶，仍将引起机械的振动。这种不平衡现象在回转构件回转时才显示出来，称其为动不平衡。如果整个曲轴的质心不在回转轴线上，则既有不平衡的惯性力，又有不平衡的惯性力偶。这种包含惯性力偶的平衡，称为动平衡。

    

    图15－5 曲轴动不平衡

    2.动平衡的计算方法

    一般回转构件的质量可认为是分布在垂直于回转轴线的一系列平行平面上，它们产生的惯性力构成空间力系，故回转时既有不平衡的惯性力，又有不平衡的惯性力偶。这个空间力系可简化为两个平面力系，即将各力向任意选定的两个垂直于回转轴线的面分解。在这两个平面上各得一平面汇交力系，分别可用一力来平衡。因此，当已知回转构件上各不平衡质径积的大小和方向时，可先选定垂直于回转轴线的两个准备加平衡质量的平面（称为校正平面）。将各不平衡的质径积分解到这两个校正平面上，然后对每个校正平面按静平衡方法求出平衡的质径积，达到理论上的动平衡。

    如图15－6a所示，设转子的两个不平衡质量m1、m2分别分布在两个回转平面1、2内，它们的质心的向径分别为r1和r2。在回转时，由m1、m2所产生的离心力F1、F2所构成的不再是平面汇交力系，而是空间力系。在一般情况下，它们可以简化为空间的一个力和一个力偶。为了使转子平衡，可选择两个可以安置平衡质量的平衡平面T′和T″，并在这两个平面内分别用不平衡质量m′1、m″1来代替回转平面1内的不平衡质量m1，同理，在平面T′和T″内分别用不平衡质量m′2、m″2来代替回转平面2内的不平衡质量m2，且使它们的质心的矢径大小分别为r′1＝r″1＝r1，r′2＝r″2＝r2，可得

    

    

    图15－6 动不平衡计算

    在以上分析中，已将质量分布在两个不同回转平面1、2内的平衡问题，转化为质量分布在回转平面T′内及回转平面T″内分别进行平衡的问题。因此，可得在平衡平面T′、T″内的两个矢量平衡方程式

    

    根据上式，选取适当的质径积比例尺μW（kg·mm／mm），分别画出由矢量W′1、W′2、W′b组成的矢量三角形（见图15－6b），以及由矢量W″1、W″2、W″b组成的矢量三角形（见图15－6c），根据两矢量三角形求得封闭边W′b和W″b，并选取两平衡质量m′b、m″b的质心矢径r′b、r″b后，即可求得m′b和m″b。其中

    

    由以上分析可知，对不平衡质量分布在不同回转平面内的转子的平衡问题，可以将各不平衡质量转化到所选定的两个平衡平面内，然后运用将不平衡质量分布到同一回转平面内的平衡方法来解决。由于动平衡条件中同时包含了静平衡条件，所以经过动平衡的回转件一定是静平衡的，但静平衡的回转件不一定能达到动平衡。

    3.回转件的动平衡试验

    与静平衡情况类似，对L／D＞0.2的回转件应做动平衡试验。利用专门的动平衡试验机可以确定不平衡质量、矢径确切的大小和位置，从而在两个确定的平面上加上（或减去）平衡质量，这就是动平衡试验。动平衡机种类很多，除了机械式、电子式的动平衡机外，还有激光动平衡机、带真空筒的大型高速动平衡机和整机平衡用的测振动平衡仪等。

    对于经过平衡的回转件，可用平衡精度A来表示回转件平衡的优良程度：

    A＝［e］ω／1 000 　 （mm／s）

    式中：［e］——许用质心偏距（μm）；

    ω——回转角速度。

    典型回转件的精度等级可查有关手册。