平衡
通過合理分配各運(yùn)動(dòng)件中的質(zhì)量﹐以消除或減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由於慣性力所引起的振動(dòng)的措施。平衡問題是隨著快速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的出現(xiàn)而出現(xiàn)的﹐并且隨著汽輪機(jī)﹑發(fā)電機(jī)﹑電動(dòng)機(jī)﹑離心泵﹑壓縮機(jī)和陀螺儀的出現(xiàn)變得越來越突出﹐因而它是機(jī)械動(dòng)力學(xué)所研究的一個(gè)重要問題。
         在繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子上﹐各質(zhì)點(diǎn)的離心慣性力組成一個(gè)空間力系﹐根據(jù)力學(xué)原理將它們向任何一點(diǎn)簡化﹐均可得到一個(gè)離心慣性力F 和一個(gè)慣性力偶。這個(gè)離心慣性力和慣性力偶將引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)﹐這種轉(zhuǎn)子稱為不平衡轉(zhuǎn)子。不平衡轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)﹐可能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子斷裂的重大事故。為了使轉(zhuǎn)子得到平衡﹐必須滿足F =0﹐=0的條件﹐這就是轉(zhuǎn)子平衡的力學(xué)原理。
         設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子時(shí)﹐可以通過合理分配質(zhì)量﹐使轉(zhuǎn)子在理論上達(dá)到平衡。但是﹐由於轉(zhuǎn)子材料的缺陷和製造的誤差等因素﹐轉(zhuǎn)子仍會(huì)產(chǎn)生不平衡﹐而這種不平衡又有很大的隨機(jī)性。因此﹐轉(zhuǎn)子在裝配前必須進(jìn)行平衡試驗(yàn)﹐再調(diào)整轉(zhuǎn)子質(zhì)量的分布以達(dá)到所需的平衡精度﹐從而保證轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)行。此外﹐連桿機(jī)構(gòu)也有平衡的問題。
         轉(zhuǎn)子的平衡 分為剛性轉(zhuǎn)子的平衡和撓性轉(zhuǎn)子的平衡。工作轉(zhuǎn)速小於0.75倍第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子﹔工作轉(zhuǎn)速大於 1.4倍第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子的平衡﹕分為靜平衡和動(dòng)平衡。一般在轉(zhuǎn)子的長度L 與轉(zhuǎn)子外徑D 之比L /D ≦1/5時(shí)﹐可進(jìn)行靜平衡﹔當(dāng)L /D ≧1時(shí)則必須進(jìn)行動(dòng)平衡。對於皮帶輪﹑齒輪﹑飛輪和鐘錶擺輪等軸向尺寸小﹑徑向尺寸大的轉(zhuǎn)動(dòng)件﹐由慣性力偶引起的支承動(dòng)反力較小﹐可忽略不計(jì)。這類轉(zhuǎn)子可看成為同一平面內(nèi)的迴轉(zhuǎn)質(zhì)量﹐它們的平衡條件是慣性力F ＝0。只要設(shè)法將其質(zhì)心移至軸線上﹐則轉(zhuǎn)子就處於平衡狀態(tài)。這種移動(dòng)質(zhì)心至軸線上的平衡方法稱為轉(zhuǎn)子靜平衡﹐可在專門的靜平衡架上進(jìn)行。軸向長度較大的轉(zhuǎn)子﹐如多級汽輪機(jī)﹑發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子等﹐都應(yīng)看作是不在同一平面的迴轉(zhuǎn)質(zhì)量。它們的平衡條件應(yīng)該同時(shí)滿足不平衡慣性力F ＝0和不平衡慣性力偶=0的條件。這一類的平衡問題稱為轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡計(jì)算時(shí)﹐可根據(jù)靜力學(xué)定律將所有不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力﹐分配到兩個(gè)任意選擇的校正面Ⅰ和Ⅱ上﹐并簡化為兩個(gè)等效不平衡慣性力和。這樣便可以在校正面Ⅰ﹑Ⅱ上分別加上兩個(gè)校正質(zhì)量﹐使其產(chǎn)生的離心慣性力分別與等效不平衡慣性力和大小相等﹐方向相反﹐轉(zhuǎn)子即可得到平衡。但是﹐轉(zhuǎn)子由於材料不均勻和製造誤差等原因造成的質(zhì)量不平衡具有很大的隨機(jī)性﹐事先無法用計(jì)算確定﹐所以這類轉(zhuǎn)子在製造出來以后一般都需要在動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)上測定其在兩個(gè)預(yù)定的校正面上應(yīng)加的校正質(zhì)量﹐以便校正。撓性轉(zhuǎn)子的平衡﹕撓性轉(zhuǎn)子必須進(jìn)行動(dòng)平衡﹐其方法是﹕先將轉(zhuǎn)子在剛性范圍內(nèi)﹐即工作轉(zhuǎn)速小於0.75倍第一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行動(dòng)平衡﹐再在撓性范圍內(nèi)﹐即工作轉(zhuǎn)速大於 1.4倍第一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)測出其彎曲變形﹐作為新的不平衡﹐然后用兩個(gè)大小相同而方向相反的校正力矩來防止彎曲變形。這種平衡的關(guān)鍵是﹕合理選擇校正面﹐正確分布平衡質(zhì)量﹐使轉(zhuǎn)子內(nèi)的彎矩盡可能小。多年來人們一直在研究撓性轉(zhuǎn)子的平衡試驗(yàn)。由於各種轉(zhuǎn)子的特性和採用的平衡設(shè)備不同﹐平衡方法也不同。利用電子計(jì)算機(jī)收集和處理數(shù)據(jù)﹐可大大提高平衡效率。