1. 靜平衡的計算 對於軸向寬度不大的轉子,其質量可近似認為在同一迴轉平面內,迴轉體其質量不平衡產生的離心慣性力可用平面匯交力系表示,因合力不為零迴轉體不平衡,產生不均勻轉動,轉速逐漸降低,靜止時合力方向在鉛垂線軸心下方。
1. 靜平衡的計算 對於軸向寬度不大的轉子,其質量可近似認為在同一迴轉平面內,迴轉體其質量不平衡產生的離心慣性力可用平面匯交力系表示,因合力不為零迴轉體不平衡,產生不均勻轉動,轉速逐漸降低,靜止時合力方向在鉛垂線軸心下方。
在鉛垂線上方,做一平衡質量mb,使其產生的離心力與匯交力系合力矢大小相等,方向相反,這樣,迴轉體才能平衡,保持均勻轉動。以角速度ω迴轉時,其質量產生的離心慣性力構成了一個平面匯交力系,若此力系的合力不為零,則該回轉體不平衡。若使迴轉體平衡,則應在迴轉體內,增加或減少一平衡質量。使其產生的離心力Fb與原力系的離心力的向量和∑Fi等於零,此時迴轉體必達到平衡狀態。這樣,平衡的條件就可用下式表示: F=Fb+∑Fi=0 式中:F為總離心力。分別用質量和向徑表示,可寫成 mrω2= mbrbω2+∑miriω2 mr=mbrb+∑miri=0 式中mr、ri分別為迴轉平面內各偏心質量及其向徑;mb、ri分別為平衡質量及其向徑。mr稱為質徑積,若等於零則表示總質心與迴轉體軸線重合,迴轉體質量對迴轉軸線靜力矩等於零,稱為靜平衡。由此可見,機械靜平衡的條件是所有質徑積的向量和等於零。在轉子結構設計以後,由其幾何形狀和材料密度求出各部分的不平衡質量和質心的向徑,從而求得不平衡質徑積∑miri,再求出mbrb,適當選定正向徑rb,則校正質量mb即可確定。平衡配重的質徑積 可用向量圖解法求得。根據任一已知質徑積選定比例尺,按向徑 的方向分別作向量m1r1、m2r2、m3r3、mkrk、,mbrb使其首尾相連,封閉圖形的向量 ,即為所求的平衡質徑積 。求出mbrb後在由結構確定rb,最後確定mb的值。2. 動平衡計算 有時受實際結構所限,不便在該回轉面內增、減平衡質量,如單缸曲軸則需另選兩個校正迴轉平面Ⅰ和Ⅱ,在兩個校正平面內增加平衡質量,使迴轉體得到平衡。由力系的平行合成原理得: m1r1=mbrbL2/L m2r2=mbrbL1/L 由此可知:任一質徑積都可用任意選定的兩個校正迴轉平面Ⅰ、Ⅱ的兩個質徑積代替。若矢經不變,任一質量都可用任選的兩個迴轉平面內的兩個質量來代替。現在我們來討論一下軸向尺寸較大的迴轉體的平衡問題。這類構件如內燃機軸、機床主軸等,其質量不可能分佈在同一迴轉平面內,但可以看作是分佈在垂直於軸線的若干個相互平行的迴轉平面內,各平行平面內的不平衡質量所產生的離心力就形成了空間力系。這類迴轉體即前面提到的動不平衡,如下圖示。如何解決這個實際問題呢?下面我們就來分析一下各偏心質量位於不同平行平面內的迴轉體的平衡計算方法。為使動不平衡的迴轉體達到完全平衡,必須滿足如下條件: ∑Fi== 0 ∑Mi== 0 即不僅使其各不平衡質量所產生的慣性力之和為零,而且要使這些慣性力所形成的慣性力偶矩之和也為零。滿足上述條件的平衡稱為動平衡。由於動平衡同時滿足了靜平衡條件,故達到動平衡的迴轉體一定是靜平衡的,但滿足靜平衡的迴轉體不一定達到動平衡。當以角速度ω迴轉時,偏心質量所產生的離心慣性力及慣性力偶形成以空間力系。為達到平衡, 2,表示混流式水輪機,轉輪型號為542(比轉速)/543(比轉速) 3,對於高轉速機組來說材料要求其強度和剛度更高,而機組的尺寸和重量都比較小;但高轉速機組的動平衡要求高,(通常高轉速用於高水頭,小流量的地方,因此水輪機的壓力高,需要比較好的密封)