什么叫动平衡什么是静平衡(什么是转子的平衡)
什么叫动平衡什么是静平衡(什么是转子的平衡)
2024-11-08 10:12:29  作者:吃铜锣烧  网址:https://m.xinb2b.cn/know/mow531810.html

转子平衡:检查和调整转子质量分布的工艺过程(或改善转子质量分布的工艺方法)。

为什么要做平衡:因为不平衡量大会导致转子震动,产生噪音以及旋转接触位置会加速磨损。平衡也常用在汽车轮胎,曲轴,泵的叶轮,风扇上。

做平衡的方法:去重(去掉转子不平衡的部分)或者添重(在转子上加重量使之平衡)。

一、先了解几个基本概念:

1,不平衡量概念:不平衡质量m1作用在半径r1上,单位g·mm。公式U=m1·r,如图1,也可以称为质量矩。

2,离心力:一个沿曲线运动的质点,反作用于约束它运动的物体的力,F=m1·r·ω^2=U·ω^2。离心力和不平衡量是线性关系。


图1

3,力偶矩:力偶是一对大小相等、方向相反且不在一条直线上的力。力偶的力矩就是力偶矩,数值等于其中一个力与平行力之间距离的乘积,与旋转中心无关。如下图2,当轴以ω的角速度旋转时,2个球会对轴产生F = m· r ·ω ^2的离心力,如果m1·r2=m2·r2,那么这就是一对力偶。进而产生一力偶矩M=F·b,是一个矢量。(矢量概念:有大小和方向的物理量)


图2 图3

4,等效力(不平衡量)分解转移公式:如上图3,V是离心力(不平衡量),左右质点根据力矩和力平衡分析,可得到V在左右支点力等效为V1和V2。如下图4,假设将转子分割成无数片,将每片的离心力进行分解合成,可以等效于u11和u12。 具体如何等效,看“二、等效力(不平衡量)实例解析”。


图4

Tip: 5,6,7的概念是用于另外一种方式理解动静平衡,可以先不细看。

5,转子质心偏移(质量中心偏移):如图5,如果圆盘本身有均匀质量m2,那么在增加m1质量后就会发生质心偏移。偏移距离e=m1·r/m2。(对于一个物体来说,质心只有一个点。)

6,惯性积:指构建中各个质点与其两个相互垂直平面的距离乘积之和,如图6。(A如果是面积就是面积的惯性积,如果是质量就是质量的惯性积)


图5 图6

7,主惯性轴:使惯性积等于零的一对正交坐标轴,我们后续会取转子轴方向的y坐标轴进行讨论。

二、等效力(不平衡量)实例解析:

转子上任意点的离心力(不平衡量)可以等效转移至任意垂直于旋转轴的一个平面上或者两个平面,但是等效结果不一样。

1,只等效在一个面1上 时,可以分解一个力(不平衡量) 及一个力偶矩(力偶),下面a,b,c图示是等效步骤,同颜色表示同一个力:


图a 图b 图c

步骤1:图a,在轴上有一个离心力,6N;

步骤2:图b,在面1增加一个6N向上的力(紫色)和6N向下的力(紫色),对力系无影响;

步骤3:图c,等效面1上有6N向下的力(紫色)。然后面1上6N向上的力(紫色)和右侧向下6N(蓝色)形成一对力偶,力偶矩6N·m;

2,如果等效在两个面1和面2上,可以分解两个力(不平衡量) ,等效过程中力偶相互抵消为0。


图d 图e 图f

步骤1:图d,在轴上有两个离心力(不平衡量) ,9N和6N,将其分别分解为5N 4N和5N 1N;

步骤2:图e,然后在面1和面2上各加一对4N和1N的力,对力系无影响;

步骤3:图f,根据力(不平衡量)的合成,过程中3个力偶4N·m,5N·m,1N·m相互抵消,最后只剩下两个力(不平衡量) 面1为4N、面2为1N;

三,现在可以解释动静平衡的概念了,方式有二:

方式一,使用等效力的概念解释:

静平衡:将转子上所有点的离心力(不平衡量)等效转移至一个面上,最终合成的离心力为0,力偶矩(力偶)合成可为0,也可不为0;

静不平衡:将转子上所有点的离心力(不平衡量)等效转移至一个面上,最终合成的离心力不为0 ,力偶矩(力偶)合成可为0,也可不为0;

偶平衡,等效于平常说的动平衡:将转子上所有点的离心力(不平衡量)等效转移至两个面上,最终在两个面上合成的离心力为0。 [力偶矩(力偶)合成后原本就恒等于0]

偶不平衡:将转子上所有点的离心力(不平衡量)等效转移至两个面上,最终在这两个面上合成的离心力不为0;

方式二,使用上述“Tip: 5,6,7”惯性积的概念解释:

静平衡:主惯性轴与旋转的轴线共线,等效于产品的质量矩为0,无任何力偶矩存在时称为静平衡。

静不平衡:主惯性轴与旋转轴心平行,就是说质心矩不为零。

偶平衡:主惯性轴与旋转的轴线共线。(偶平衡质心矩始终为0)

偶不平衡:主惯性轴与旋转的轴线在质心相交,产生夹角α。


图9 静平衡,亦称偶平衡 图10 静不平衡,但为偶平衡


图11 静平衡,但偶不平衡 图12 静不平衡和偶不平衡的合成

绕了这么久,有同学会问,静平衡和动平衡区分这么清楚干甚用?

回答:不同场景下关于旋转体的平衡要求不一样,比如说对于转速低的大圆盘,或者噪音等要求不高的叶轮,控制静平衡就足矣。但是对于高速旋转的转子,或者噪音寿命等要求高的旋转体,就必须同时控制它的动平衡和静平衡要求。

下面几张图,显示物体旋转时,静不平衡和动不平衡分别对支撑位置产生的影响。


图7 静不平衡:不考虑轴自重,离心力通过轴传递给两轴套方向一致的


图8 动不平衡:不考虑轴自重,离心力通过轴传递给两轴套方向不一致

总结:实际生产中常说的动不平衡实际上是:静不平衡和偶不平衡的混合不平衡。该工艺在电机行业算是关键工序,但这里我只想让大家了解下这个冷门工艺知识,吹吹夏日的冷风。如有错误请帮忙补充,能坚持看到最后一句话的人,一定给自己点个赞!

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