刚性转子动平衡测试原理与实现

　　1　刚性转子的动平衡测试原理

　　转子可视为由无限多个连续的薄盘组成,转子的不平衡是由每个薄盘相对旋转轴线存在偏心所造成的。对于刚性转子,按照静力学定律,每个薄盘上的不 平衡离心力可以分解到2个任意选定的平面上,并用2个等效力代替所有薄盘上的离心力。即刚性转子的任意不平衡状态,均可由选定的2个校正平面上的等效不平 衡量来代替。

　　按校正平面数量的不同,刚性转子动平衡分单面平衡和双面平衡,有时由于转子结构形式的限制或由于平衡工艺的特殊要求也采用多面平衡。单面平衡严 格来讲仍属于静平衡范畴,双面平衡一般是在动平衡机上或在转子使用现场进行平衡。双面平衡是刚性转子最基本的方法,应用也最普遍。

　　动平衡测量时要求转子必须能在支承系统上被驱动而旋转,支承系统必须有必要的自由度,以保证支承系统在转子不平衡离心力的作用下产生与转子不平 衡量成正比的有规律振动。这样,转子-支承系统就组成了一定形式的质量-弹簧系统,进而通过测量支承的振动而获得转子的校正平面上不平衡量大小和相位。这 就是动平衡测量的基本原理。

　　相应的动平衡机按此转子-支承系统力学特性的不同有软支承和硬支承平衡机之分,软支承平衡机系指平衡转速远高于转子-支承系统固有频率的平衡机,而硬支承平衡机系指平衡转速低于转子-支承系统固有频率的平衡机。

　　(1)软支承动平衡机工作原理

　　图1为卧式软支承动平衡机转子-支承系统的力学模型,是具有2个自由度的振动系统,系统运动可由转子质心C的平动和转子绕质心的摆动φ来描述, 且系统的阻尼很小,一般可忽略。设转子本身在左、右2个选定的校正面上具有的不平衡量(重径积)分别为U1、U2。这2个不平衡量产生的离心力U1ω2、 U2ω2将引起转子-支承系统振动。由于平衡机转子-支承系统均可近似为线性系统(支承结构设计时把支承设计成线性弹簧),根据线性系统的可叠加性性质, 可以认为转子-支承系统的振动是不平衡量U1、U2分别作用结果的叠加。

　　当只在转子的右校正面存在不平量U2时系统的运动方程为(这里为简化分析,设a=b)

　　同理,当只在转子的左校正面存在不平量U1时系统的运动方程为

　　对于所给定的转子-支承系统和校正面位置,影响系数均为定值,可通过试加重的办法确定。因此,只要知道系统的4个影响系数,就可采用传感器测得支承振动位移经信号处理得出2个不平衡量的大小和相位差。

　　(2)硬支承动平衡机工作原理