基于振动检测的旋转机械现场平衡研究

　　工作机械中的许多构件是绕固定轴线回转的旋转件。由于旋转件结构不对称、材质不均匀、加工误差、安装误差等，都会造成构件质心与回转中心不重合。当质量为 m，质心偏心距为 r 的旋转件以角速度ω旋转时，产生的离心力为2F = mrω，离心力 F 的方向随旋转件的转动发生周期性的变化，并在支撑旋转轴的轴承中引起附加动压力，造成整个机械周期性的振动。当这种振动超过一定限度时，就会使机械设备的精度降低、可靠性下降、噪声增大，直至机械零件疲劳损坏。

　　据有关资料统计，在造成机械设备异常的各种原因中，失衡所占比例最大，约为 30%。因此，正确判断失衡、校正失衡，使旋转件工作时离心力系达到平衡、消除附加动压力，对旋转机械的安全可靠工作十分重要。

　　1 常用平衡方法

　　按照进行平衡校正时旋转体所处状态，把旋转机械的平衡分为平衡机实验法和现场平衡法。平衡机实验法可使转子整体达到平衡，但因校正时的条件和实际运行状态不同，加上装配精度的影响，装配后还可能发生不平衡。而现场平衡法是在转子装配后，在实际运行状态条件下使振动降低的方法，因此现场平衡是十分有效的方法。基于振动检测的现场平衡是现场平衡方法的一种。无论平衡机实验法还是现场平衡法，按照回转件结构特点，都可分为静平衡和动平衡。

　　1.1 静平衡

　　轴向尺寸很小的回转件，如飞轮、盘形凸轮、砂轮等，其质量分布可近似认为在同一回转面内，转动时由于质量分布不均产生的离心力，构成同一平面内汇交于回转中心的平面汇交力系，所以只需在该平面上加一合适的平衡质量，即可达到离心力向量和为零，不产生力偶矩。这种方法为静平衡，也称单面平衡。

　　1.2 动平衡

　　轴向尺寸较大的回转件，如电机转子、绞车滚筒、机床主轴等，其质量分布于垂直回转轴的多个平行平面内，这类回转件产生的离心力系不是平面汇交力系，而是空间力系，校正平衡时，需用理论力学方法把各个平面内不平衡质量简化到便于装加平衡质量的两个平行平面内，在两个平行平面内分别校正，使各质量的离心力的向量和为零，同时还应满足合力偶矩为零。这种方法是动平衡法，也称双面平衡法。

　　一个旋转件究竟应该按静平衡还是动平衡校正，国内多按 D>5b 时静平衡、D<5b 时动平衡。一些发达国家的资料则综合考虑旋转件结构特点和转速，按图 1 进行选择。

　　2 基于振动检测的现场平衡

　　图 2 为一转子模型，在轴向的不同位置上有若干个不平衡力 Fn，这些不平衡力的作用效果，只能通过检测电机振动值 Ym来观察，即：