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转子动平衡「原理」,不简单,刚性转子静平衡,柔性转子动平衡,动平衡与转动惯量的关系

作者:佚名    文章来源:网络整理    点击数:    更新时间:2025/10/23

前言

首先,为什么要进行电机转子的动平衡呢?这是因为电机转子的不平衡会引起振动,而振动是电机设计和维护中最关键的问题之一,对电机的运行状态产生不利影响。振动会导致发电机产生巨大的噪音,加速轴承和磨损,严重影响发电机的性能和安全运行。为了降低或消除电机振动,对电机转子进行动平衡是在转子制造过程中必不可少的重要环节。

那么,我们需要明确电机转子平衡的两种状态:静不平衡和偶不平衡、刚性转子和柔性转子。前者解释了电机不平衡的原理,而后者则说明了如何避免电机不平衡。

静不平衡:当主惯性轴与旋转轴心平行时,质心矩不为零,也就是说重心没有位于中心点上。简单来说,静不平衡意味着转子的重量分布不均匀,导致转子在旋转时产生不平衡力。

 

偶不平衡:当主惯性轴与旋转轴线在质心处相交并形成一个夹角α时,质心位于中心点上。然而,当转子旋转时,离心力不会作用在同一点上,就好像有人在两侧分别拉动轴一样。简单来说,偶不平衡意味着转子的质量分布在对称轴两侧不均匀,导致转子旋转时产生不平衡力。

 

在大多数情况下,静不平衡的离心合力矢量与动不平衡的离心合力偶矢量不是垂直的。这导致力系最终被简化为力螺旋形式,其中转子旋转轴线既不平行于任何一个中心惯性主轴,也不与其相交。实际上,大多数转子的不平衡分布正是这种情况。

转子可以分为刚性转子和柔性转子两种类型。当工作转速低于一阶临界转速时,不平衡离心力较小,因此引起的挠曲变形可以忽略不计,这种转子被称为刚性转子

相反,当工作转速高于一阶临界转速时,挠曲变形无法忽略,转子就被称为柔性转子。需要指出的是,由于转子的复杂性,一阶临界转速通常需要通过计算和仿真来确定。

 

汽轮机和发电机转子通常属于柔性转子类型,而电厂的辅助设备,如风机、水泵和电动机,则多数属于刚性转子。

在制造部门中,刚性转子通常只需要在低速平衡机上进行平衡,而柔性转子需要在高速平衡机上进行平衡。

那么,刚性转子的平衡过程是如何进行的呢?

在进行动平衡之前,需要进行静平衡,而静平衡的方法非常简单。将转子放置在水平的两条平行导轨或滚轮架上,让其自由滚动,质心总是趋向于支点的下方。通过反复进行加重或减重的尝试,转子的不平衡量会逐渐减小到可接受的程度。此时,转子在导轨上近似地达到了静平衡状态。平衡的精度取决于转子与导轨或滚轮之间的滚动摩擦情况。

 

刚性转子的任何不平衡都可以通过在选择的两个校正平面内添加校正质量来进行平衡。经过平衡后,转子在一定精度范围内,其离心惯性力系成为一个平衡力系,其中某个中心惯性主轴与旋转轴重合。

然而,实际上我们无法实现完美的平衡,离心力对转子通常会产生弯曲力矩。幸运的是,转子是'刚性'的,弯曲力矩引起的挠曲变形可以忽略不计。因此,转子的不平衡分布不会因转速的变化而改变。

由此可以得出一个结论:一旦刚性转子在某个转速下进行平衡,那么在任何符合刚性转子条件的转速下,它都能保持平衡,无论转速如何变化。

 

动平衡与转动惯量的关系主要体现在旋转物体的运动稳定性上:

核心关联

转动惯量描述物体绕轴旋转时的惯性特性,而动平衡是通过调整质量分布使物体在旋转时达到力和力矩的平衡状态。两者均涉及物体旋转时的力学特性,但侧重点不同:转动惯量是物体固有属性,动平衡是动态平衡的调整过程。 ‌

转动惯量的公式 

转动惯量的公式

 

 

常见物体的转动惯量 

具体作用

  1. 转动惯量越大‌,物体旋转时所需的力矩越大,但若无法通过动平衡调整(如转子校准),会导致离心力和振动增加。
  2. 动平衡‌通过配重或去重调整,将不平衡量控制在许用范围内,从而减少因离心力偶引发的振动和动载荷,提升旋转稳定性。 ‌

实际应用

在旋转机械(如电机转子、机床主轴)中,需同时考虑两者的匹配:

  • 转动惯量影响设备启动和运行的惯性负载
  • 动平衡决定设备运行时的振动噪声和寿命 ‌

END

Tags:风机,振动,机械维修  
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