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平衡

2023-04-04 20:49自然百科人已围观

[拼音]：pingheng

[外文]：balance

通过合理分配各运动件中的质量，以消除或减少机械运转时由于惯性力所引起的振动的措施。平衡问题是随着快速旋转机械的出现而出现的，并且随着汽轮机、发电机、电动机、离心泵、压缩机和陀螺仪的出现变得越来越突出，因而它是机械动力学所研究的一个重要问题。

在绕定轴转动的转子上，各质点的离心惯性力组成一个空间力系，根据力学原理将它们向任何一点简化，均可得到一个离心惯性力F和一个惯性力偶Μ。这个离心惯性力和惯性力偶将引起转子的振动，这种转子称为不平衡转子。不平衡转子在转动时，可能会发生转子断裂的重大事故。为了使转子得到平衡，必须满足F=0，Μ=0的条件，这就是转子平衡的力学原理。

设计转子时，可以通过合理分配质量，使转子在理论上达到平衡。但是，由于转子材料的缺陷和制造的误差等因素，转子仍会产生不平衡，而这种不平衡又有很大的随机性。因此，转子在装配前必须进行平衡试验，再调整转子质量的分布以达到所需的平衡精度，从而保证转子的正常运行。此外，连杆机构也有平衡的问题。

转子的平衡

分为刚性转子的平衡和挠性转子的平衡。工作转速小于0.75倍第一阶临界转速的转子称为刚性转子；工作转速大于 1.4倍第一阶临界转速的转子称为挠性转子。

（1）刚性转子的平衡：分为静平衡和动平衡。一般在转子的长度L与转子外径D之比L/D≤1/5时，可进行静平衡；当L/D≥1时则必须进行动平衡。对于皮带轮、齿轮、飞轮和钟表摆轮等轴向尺寸小、径向尺寸大的转动件，由惯性力偶引起的支承动反力较小，可忽略不计。这类转子可看成为同一平面内的回转质量，它们的平衡条件是惯性力F＝0。只要设法将其质心移至轴线上，则转子就处于平衡状态。这种移动质心至轴线上的平衡方法称为转子静平衡，可在专门的静平衡架上进行。轴向长度较大的转子，如多级汽轮机、发电机和电动机的转子等，都应看作是不在同一平面的回转质量。它们的平衡条件应该同时满足不平衡惯性力F＝0和不平衡惯性力偶Μ=0的条件。这一类的平衡问题称为转子动平衡。进行转子动平衡计算时，可根据静力学定律将所有不平衡质量产生的离心惯性力，分配到两个任意选择的校正面Ⅰ和Ⅱ上，并简化为两个等效不平衡惯性力公式符号和。这样便可以在校正面Ⅰ、Ⅱ上分别加上两个校正质量，使其产生的离心惯性力分别与等效不平衡惯性力和大小相等，方向相反，转子即可得到平衡。但是，转子由于材料不均匀和制造误差等原因造成的质量不平衡具有很大的随机性，事先无法用计算确定，所以这类转子在制造出来以后一般都需要在动平衡试验机上测定其在两个预定的校正面上应加的校正质量，以便校正。

（2）挠性转子的平衡：挠性转子必须进行动平衡，其方法是：先将转子在刚性范围内，即工作转速小于0.75倍第一阶临界转速时进行动平衡，再在挠性范围内，即工作转速大于 1.4倍第一阶临界转速时测出其弯曲变形，作为新的不平衡，然后用两个大小相同而方向相反的校正力矩来防止弯曲变形。这种平衡的关键是:合理选择校正面，正确分布平衡质量，使转子内的弯矩尽可能小。多年来人们一直在研究挠性转子的平衡试验。由于各种转子的特性和采用的平衡设备不同，平衡方法也不同。利用电子计算机收集和处理数据，可大大提高平衡效率。

机构的平衡

在连杆机构中有的构件作往复运动，有的构件作平面复合运动。因此，这些构件产生的惯性力和惯性力偶就不能完全由构件各自平衡。其平衡问题必须就整个机构来加以研究。若机构运动构件的总质量为m，总质心的加速度为a，则总惯性力为F =-ma。由于机构总质量m不为零，要使机构在任何位置时F=0，则机构质心应作直线匀速运动或静止不动。对于一般的连杆机构，在设计时作到惯性力的平衡或者作到一次往复惯性力平衡已能满足工程要求。如果要达到完全平衡，即F=0、Μ=0，则是一个复杂的问题。对于运转平衡性要求很高的机构，除了惯性力平衡外，可再取一次往复惯性力偶的平衡，作到近似地满足动平衡。

现场平衡

当转子的尺寸或重量很大，不便放在平衡机上进行平衡，或者转子平衡后置於工作条件下其振动状态还不令人满意时，可在其本身的轴承和支架上进行现场平衡。由于是在机器本身的轴承上进行平衡，难免存在阻尼和谐振，因此测量不平衡相角和量值等有关问题都比在平衡机上复杂得多。机构的平衡常采用现场平衡。现场平衡的方法尚有待进一步实践和发展。

参考书目